CN107015114A - 基于非故障相电流相关性比较的断线识别方法 - Google Patents

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徐铭铭
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王鹏
牛荣泽
王文博
徐恒博
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张建宾
孙芊
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贺翔
王磊
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Abstract

本发明公开了一种基于非故障相电流相关性比较的断线识别方法，通过在变电站采集母线的三相电压以及每条出线的三相电流，并基于此计算出三相电压幅值的突变量和各出线三相电流的幅值，选择电压升高相为断线发生的相，电压降低的相为健全相，进而求出所有出线相关系数绝对值的大小，其中最大的就是故障线路；本发明只使用变电站信息，不受配电网中性点接地方式和断线位置的影响，可以可靠识别断线不接地故障以及断线加负荷侧接地故障，有效提高配电网供电的可靠性。

Description

基于非故障相电流相关性比较的断线识别方法
技术领域
本发明涉及一种配电网继电保护方法，具体为配电网发生断线后基于非故障相电流相关性比较的识别方法。
背景技术
配电网是直接面向用户的供电网络，是电力***的重要组成部分，配网的发展速度与经济发展水平及人们的生活息息相关、密不可分。目前我国大部分城市采用的是10kV电压等级向用户供电。配电网中发生单相断线和接地故障的概率最高，断线故障会因线路落地而形成接地故障。目前我国配电网主要为小电流接地方式，当配电网发生单相接地故障时，为了提高供电可靠性，要求电网持续运行1-2h。在这期间当人员经过事故点时，容易造成人身伤亡事故，严重威胁人民群众的生命安全和电网运行安全。
随着国民经济的增长，人们越来越重视配电网的建设。为了减小人身伤亡事故，有必要研究配网单相故障的快速识别与处理技术。由于配电网覆盖面广，为了具有可实施性，研究基于现有配网设备配置条件下的单相故障识别与处理技术迫在眉睫。本发明专利技术仅利用变电站信息的断线识别新方法。
发明内容
本发明专利主要解决断线不接地以及断线负荷侧接地故障的识别。当发生断线不接地故障以及断线负荷侧接地故障后的故障特征为母线三相电压中有一相升高，另外两相降低，故障线路的电压升高相电流变为0，对于故障线路，健全相的电流相位相反，对于健全线路，三相电压基本对称。基于此构造断线识别判据。
为实现上述目标，本发明采用如下的技术方案：
步骤一：在变电站采集母线的三相电压以及每条出线的三相电流。
步骤二：通过FFT算法提取母线三相电压的工频幅值。
步骤三：通过式(1)计算母线三相电压幅值的突变量。
其中表示相电压幅值的突变量，为故障后相电压的幅值，表示故障前相电压的幅值。
相电压幅值的突变量大于0，表示相电压升高，相电压幅值的突变量小于0，表示降低。如果判断出母线三相电压有一相升高，另外两相降低，则进行步骤四，如果不是这种情况，则返回到步骤一重新计算。
步骤四：通过FFT算法提出各出线三相电流的幅值，如果任意某条出线中电压升高相的电流为0，则进行步骤五，如果所有出线的电压升高相电流都不为0，则重新从步骤一开始计算。
步骤五：选择电压升高相为断线发生的相，电压降低的相为健全相。
步骤六：通过式(2)计算所有出线健全两相电流的相关系数。
ρxy表示相关系数，N为一个周期内的采样点数，x(n)和y(n)分别表示两健全相。
两个频率相同的正弦量相位相差120°时，相关系数为-0.5，当两个频率相同的正弦量相位相差180°时，相关系数为-1。
步骤七：求所有出线相关系数的绝对值。
步骤八：比较所有出线相关系数绝对值的大小，其中最大的就是故障线路
本发明的有益效果是：本发明基于非故障相电流相关性比较的断线识别方 法不受配电网中性点接地方式和断线位置的影响，可以可靠识别断线不接地故障以及断线加负荷侧接地故障。
附图说明
图1为10kV配电网仿真模型；
图2为断线不接地时4条出线非故障相电流的相关系绝对值；
图3为断线负荷侧接地时4条出线非故障相电流的相关系绝对值。
具体实施方式
图1为基于PSCAD建立的10kV配电网仿真模型示意图；该模型中，35kV变电站有两回进线，通过两台主变压器配出的10kV***为单母线形式；母线带有4条主馈线，出线上各区段的编号如图中所示。其中，区段1、3、5、10为电缆，区段2、9、11、12、13为架空绝缘线，区段4、6、7、8、14为架空裸导线。消弧线圈装在所用变中性点上。开关K打开时，***为中性点不接地***；开关K闭合则为消弧线圈接地***，过补偿度取为10％。
各区段长度分别为：L1＝5.1km，L2＝4km，L3＝3.8km，L4＝7.5km，L5＝4km，L6＝10km，L7＝0.1km，L8＝3km，L9＝4km，L10＝3.2km，L11＝10km，L12＝5km，L13＝3km，L14＝7.5km。
电缆参数为：正序电阻r1＝0.157Ω/km，正序感抗x1＝0.076Ω/km，正序容纳b1＝132×10-6S/km；零序电阻r0＝0.307Ω/km，零序感抗x0＝0.304Ω/km，零序容纳b0＝110×10-6S/km。
架空绝缘线参数为：正序电阻r1＝0.27Ω/km，正序感抗x1＝0.352Ω/km，正序容纳b1＝3.178×10-6S/km；零序电阻r0＝0.42Ω/km，零序感抗x0＝3.618Ω/km，零序容纳b0＝0.676×10-6S/km。
区段7、8中裸导线参数为：正序电阻r1＝0.91Ω/km，正序感抗x1＝0.403Ω/km， 正序容纳b1＝2.729×10-6S/km；零序电阻r0＝1.06Ω/km，零序感抗x0＝3.618Ω/km，零序容纳b0＝0.672×10-6S/km。
其它区段裸导线参数为：正序电阻r1＝0.63Ω/km，正序感抗x1＝0.392Ω/km，正序容纳b1＝2.807×10-6S/km；零序电阻r0＝0.78Ω/km，零序感抗x0＝3.593Ω/km，零序容纳b0＝0.683×10-6S/km。
两台主变参数分别为：容量SN＝2MVA，短路损耗Pk＝20.586kW，短路电压百分数Uk％＝6.37％，空载损耗P0＝2.88kW，空载电流百分数I0％＝0.61％；容量SN＝2MVA，短路损耗Pk＝20.591kW，短路电压百分数Uk％＝6.35％，空载损耗P0＝2.83kW，空载电流百分数I0％＝0.62％。
令各配电变压器与所连接区段编号一致，则它们的容量分别为：S5N＝50kVA，S7N＝500kVA，S8N＝200kVA，S9N＝1MVA，S10N＝100kVA，S12N＝1MVA，S13N＝400kVA，S14N＝630kVA。为简单起见，各配电变压器所带负荷统一为变压器容量的80％，功率因数为0.85。
图2为在不接地***区段1的末端设置单相断线不接地故障仿真得到的波形。可以看出，线路1的相关系数绝对值最大，所以可以确定是线路1发生了断线故障。
图3为消弧线圈接地***在区段4的首端设置单相断线加负荷侧接地故障仿真得到的波形。可以看出，线路4的相关系数绝对值最大，所以可以确定时线路4发生了断线故障。
综上分析可以看出基于非故障相电流相关性比较的断线识别方法不受配电网中性点接地方式和断线位置的影响，可以可靠识别断线不接地故障以及断线加负荷侧接地故障。

Claims (4)

1.一种配电网断线识别方法，其特征在于，基于非故障相电流的相关性比较进行识别，只使用变电站信息，不受配电网中性点接地方式和断线位置的影响，能够识别断线不接地故障以及断线负荷侧接地故障。
2.根据权利要求1所述的配电网断线识别方法，其特征在于，所述识别方法进一步包括如下步骤：
步骤一：在变电站采集母线的三相电压以及每条出线的三相电流；
步骤二：通过FFT算法提取母线三相电压的工频幅值；
步骤三：计算母线三相电压幅值的突变量；如果判断出母线三相电压有一相升高，另外两相降低，则进行步骤四，如果不是这种情况，则返回到步骤一重新计算；
步骤四：通过FFT算法提出各出线三相电流的幅值，如果任意某条出线中电压升高相的电流为0，则进行步骤五，如果所有出线的电压升高相电流都不为0，则重新从步骤一开始计算；
步骤五：选择电压升高相为断线发生的相，电压降低的相为健全相；
步骤六：计算所有出线健全两相电流的相关系数；
步骤七：求所有出线相关系数的绝对值；
步骤八：比较所有出线相关系数绝对值的大小，其中最大的就是故障线路。
3.根据权利要求2所述的配电网断线识别方法，其特征在于，通过式(1)计算母线三相电压幅值的突变量；
其中表示相电压幅值的突变量，为故障后相电压的幅值，表示故障前相电压的幅值；相电压幅值的突变量大于0，表示相电压升高，相电压幅值的 突变量小于0，表示降低。
4.根据权利要求2所述的配电网断线识别方法，其特征在于，通过式(2)计算所有出线健全两相电流的相关系数：
ρxy表示相关系数，N为一个周期内的采样点数，x(n)和y(n)分别表示两健全相；两个频率相同的正弦量相位相差120°时，相关系数为-0.5，当两个频率相同的正弦量相位相差180°时，相关系数为-1。
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