CN108181553A - 一种基于线电压变化特征的小电流接地***单相断线故障区段定位方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于线电压变化特征的小电流接地***单相断线故障区段定位方法，适用于中性点不接地方式配电网，属于配电网继电保护领域。在绝缘导线应用之后,断线故障发生的概率加大，现有的单相断线不接地故障区段定位方法，都有一定的局限性，不能广泛运用到配电***当中。本发明克服现有技术的不足，综合利用单相断线不接地故障发生时线电压的幅值与相位的变化规律，利用已有的配电网自动化***平台或者故障指示器***实现故障区段定位，即利用馈线终端或者故障指示器采集线电压信息，上报主站后，由主站综合分析各检测点线电压信息判断故障的发生并确定故障区段，适应性更强，可靠性更高，同时具有很高的工程应用价值。

Description

一种基于线电压变化特征的小电流接地***单相断线故障区 段定位方法

技术领域

本发明涉及一种基于线电压变化特征的小电流接地***单相断线故障区段定位方法，适用于小电流接地方式配电网，属于配电网继电保护领域。

背景技术

在配电网中，断线故障已成为常见的故障之一。尤其是在绝缘导线应用之后，由于电弧不能随意移动，外皮不能及时散热，导致线路温度过高而被烧断，使断线故障发生的概率加大。如果断线后线路下垂，容易发生人畜触电事故，但现场缺乏有效的检测技术措施。因此单相断线故障发生时，如何正确定位到故障发生区段，已成为配电网单相断线故障定位技术研究和应用的热点、重点。

配电网断线类型可分为断口悬空，断口前接地以及断口后接地三种情况。目前对于单相断线并接地故障已有较多分析与研究，但对于单相断线不接地故障的分析以及区段定位的方法较少。例如，基于负荷监测仪的单相断线故障区域判定方法，通过划定发生单相断线故障的可能区域和不可能区域，并将两个区域作差集运算，从而得出最小断线区域，但是该方法的精确性依赖于馈线负荷监测点的广泛布局。利用梯形模糊数估计配变负荷变化范围以及节点电流的计算，并根据节点电流为零的可能性来判断断线故障发生位置的方法受线路运行方式的影响很大，可靠性较差。基于能量测度的断线故障选线方法，通过分析配电网单相断线故障时负序电流的一般变化规律，能够判断出断线故障的发生，但是不能对故障区段进行定位。可见现有的单相断线不接地故障区段定位方法，都有一定的局限性，不能广泛运用到配电***当中。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，综合利用单相断线不接地故障发生时线电压的幅值与相位的变化规律，提供一种可靠性高、适应性强的单相断线不接地故障区段定位方法。

本发明的技术解决方案为：

一种基于线电压的幅值与相位变化特征的小电流接地***单相断线故障区段定位方法，利用电力线路中设置的若干检测点上传线电压的幅值与相位数据，由主站接受并处理后进行故障区段定位判断，其特征在于：利用各线电压的幅值和相位之间的关系确定故障点所处的故障区段。

所述的利用各线电压的幅值和相位之间的关系确定故障点所处的故障区段，其具体故障判断步骤为：

步骤1，母线出口处的检测点记为检测点1，相邻检测点记为检测点2，且检测点编号依次递加，最后一个检测点记为检测点n；

步骤2，将检测点1标记为k，此时k＝1；

步骤3，判断k值是否满足小于等于n，若满足则分别定义检测点k处各线电压为 主站依次计算检测点k处各线电压两两相加的幅值之和，分别定义为若不满足，则判定故障区段为检测点n到线路末端之间的区段，转入步骤7；

步骤4，分别比较检测点k处U₁与U₂与U₃与的大小以及θ₁、θ₂及θ₃之间的关系；

步骤5，若满足且θ₁＝θ₂±2mπ＝θ₃±(2m+1)π(m为整数)，则可以判定断线相为B相；若满足且θ₂＝θ₃±2mπ＝θ₁±(2m+1)π(m为整数)，则可以判定断线相为C相；若满足且θ₃＝θ₁±2mπ＝θ₂±(2m+1)π(m为整数)，则可以判定断线相为A相；若满足上述三个条件中的任何一个，则转入步骤6；否则k自动加1，继续执行步骤3；

步骤6，判定故障区段为检测点k与检测点k-1之间的区段；

步骤7，结束判断，确定故障区段。

与现有技术相比，本发明的一种基于线电压变化特征的单相断线故障区段定位方法所具有的有益效果为：

本发明可利用已有的配电网自动化***平台或者故障指示器***实现，即利用馈线终端(FTU)或者故障指示器(FI)采集线电压信息，上报主站后，由主站综合分析各检测点线电压信息判断故障的发生并确定故障区段。适应性更强，可靠性更高，同时具有很高的工程应用价值。

附图说明

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步说明：

附图1为一种基于线电压变化特征的单相断线故障区段定位方法的故障定位流程图；

附图2为一种基于线电压变化特征的单相断线故障区段定位方法的故障线路检测点分布图；

附图3为一种基于线电压变化特征的单相断线故障区段定位方法的***结构图；

附图4为附图3所示***中S₄检测点处线电压仿真波形图。

具体实施方式

为实现上述目的，本发明可用下述技术方案来实现：

附图1～4是本发明的最佳实例，下面结合附图1～4对本发明做进一步说明：

对于单相断线不接地故障，现有的单相断线不接地故障区段定位方法，都有一定的局限性，不能广泛运用到配电***当中。本发明克服现有技术的不足，综合利用单相断线不接地故障发生时线电压的幅值与相位的变化规律，利用已有的配电网自动化***平台或者故障指示器***实现故障区段定位，即利用馈线终端(FTU)或者故障指示器(FI)采集线电压信息，上报主站后，由主站综合分析各检测点线电压信息判断故障的发生并确定故障区段。

如图2所示，自母线出口处至负荷之间，每隔一段距离设置一个检测点，相邻两个检测点之间形成若干个区段。当发生单相断线不接地故障后，主站接收各故障检测点上传的线电压幅值与相位的数据信息并依次对各区段进行定位判断，直至找出故障发生的区段。

如图1所示，其具体判断步骤如下：

步骤1，母线出口处的检测点记为检测点1，相邻检测点记为检测点2，且检测点编号依次递加，最后一个检测点记为检测点n；

步骤2，将检测点1标记为k，此时k＝1；

步骤3，判断k值是否满足小于等于n，若满足则分别定义检测点k处各线电压为 主站依次计算检测点k处各线电压两两相加的幅值之和，分别定义为若不满足，则判定故障区段为检测点n到线路末端之间的区段，转入步骤7；

步骤4，分别比较检测点k处U₁与U₂与U₃与的大小以及θ₁、θ₂及θ₃之间的关系；

步骤5，若满足且θ₁＝θ₂±2mπ＝θ₃±(2m+1)π(m为整数)，则可以判定断线相为B相；若满足且θ₂＝θ₃±2mπ＝θ₁±(2m+1)π(m为整数)，则可以判定断线相为C相；若满足且θ₃＝θ₁±2mπ＝θ₂±(2m+1)π(m为整数)，则可以判定断线相为A相；若满足上述三个条件中的任何一个，则转入步骤6；否则k自动加1，继续执行步骤3；

步骤6，判定故障区段为检测点k与检测点k-1之间的区段；

步骤7，结束判断，确定故障区段。

如图3所示，整套检测***由三个部分组成：分布于各个检测点的检测设备(此处假定都是FTU)、主站、联系各个检测设备与主站的通信***。L₁、L₂、L₃、L₄为母线1的4条出线，其中线路长度分别为L₁＝3km、L₂＝8.5km、L₃＝12km、L₄＝10km。S₁、S₂、S₃、S'₁、S'₂、S'₃为分段开关，K为联络开关。假设***A相发生断线并设置F为断线点，断线点位于故障线路中间(距母线距离为本线路长度的50％)。在此***中，架空线路的相关正序参数为：Z₁＝(0.17+j0.38)Ω/km，b₁＝(j3.045)us/km。零序参数为Z₀＝(0.23+j1.72)Ω/km，b₀＝(j1.884)us/km。负荷采用三角形连接，各条线路等效负荷阻抗统一采用Z_l＝400Ω。利用此***验证上述故障区段定位方法的有效性。

***正常运行时，线电压的幅值与相位变化量很小、未达到定值时，FTU不会启动。

当发生单相断线不接地故障(如S₃、S₄之间发生A相断线故障不接地故障)时，各FTU不断采集线电压信息并检测到某两相之间的线电压幅值小于等于故障前线电压的1/2，则FTU将带有时间标签的线电压幅值与相位信息上报主站。主站收集到变电所选线装置和各个FTU故障信息后，根据选线装置的电压信息确认是否发生单相断线不接地故障，对于扰动则退出。如图3所示，假设母线与负荷之间共设置4个检测点，并假设S₃与S₄之间发生A相断线故障不接地故障，对于单相断线不接地故障则采用如下步骤进行定位：

主站首先对检测点1的上游区段进行判断，即此时k＝1。主站计算检测点1各线电压两两相加的幅值之和，分别定义为分别比较U₁与U₂与U₃与的大小以及θ₁、θ₂及θ₃之间的关系。不满足且θ₁＝θ₂±2mπ＝θ₃±(2m+1)π(m为整数)、且θ₂＝θ₃±2mπ＝θ₁±(2m+1)π(m为整数)、且θ₃＝θ₁±2mπ＝θ₂±(2m+1)π(m为整数)三个条件中的任意一个，检测点1的上游区段为健全区段。

此时k<4，k值自动加1，此时k＝2，主站进入下一区段即检测点2与检测点1之间的区段进行判断。不满足且θ₁＝θ₂±2mπ＝θ₃±(2m+1)π(m为整数)、且θ₂＝θ₃±2mπ＝θ₁±(2m+1)π(m为整数)、且θ₃＝θ₁±2mπ＝θ₂±(2m+1)π(m为整数)三个条件中的任意一个，检测点2和检测点1之间的区段为健全区段。

此时k<4，k值自动加1，此时k＝3，主站进入下一区段即检测点3与检测点2之间的区段进行判断。不满足且θ₁＝θ₂±2mπ＝θ₃±(2m+1)π(m为整数)、且θ₂＝θ₃±2mπ＝θ₁±(2m+1)π(m为整数)、且θ₃＝θ₁±2mπ＝θ₂±(2m+1)π(m为整数)三个条件中的任意一个，检测点3和检测点2之间的区段为健全区段。

此时k<4，k值自动加1，此时k＝4，主站进入下一区段即检测点4与检测点3之间的区段进行判断。如图4***仿真波形图所示，与幅值相等，相位相同，且二者幅值为的一半，相位与相反，经采样取值此处可见满足且θ₃＝θ₁＝θ₂+π，从而可以判定断线相为A相，且检测点4和检测点3之间的区段为故障区段。

主站以各种形式报告断线信息，并自动或人工在适当时机指令断开检测点3和检测点4开关并闭合联络开关，保证隔离故障区段进行检修，同时不影响健全区段的供电。

当故障位于其他区段时，与故障位于S₃、S₄之间类似，不再一一赘述。

以上是利用单相断线不接地故障发生后断口下游线电压的变化特征来确定故障点所处的故障区段的定位方法。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容,依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (1)

1.一种基于线电压变化特征的小电流接地***单相断线故障区段定位方法，利用电力线路中设置的若干检测点上传的线电压幅值与相位的数据信息，由主站接收并处理后进行故障定位判断，其特征在于：具体故障判断步骤为：

步骤1，母线出口处的检测点记为检测点1，相邻检测点记为检测点2，且检测点编号依次递加，最后一个检测点记为检测点n；

步骤2，将检测点1标记为k，此时k＝1；

步骤3，判断k值是否满足小于等于n，若满足则分别定义检测点k处各线电压为 主站依次计算检测点k处各线电压两两相加的幅值之和，分别定义为 若不满足，则判定故障区段为检测点n到线路末端之间的区段，转入步骤7；

步骤4，分别比较检测点k处U₁与U₂与U₃与的大小以及θ₁、θ₂及θ₃之间的关系；

步骤5，若满足且θ₁＝θ₂±2mπ＝θ₃±(2m+1)π(m为整数)，则可以判定断线相为B相；若满足且θ₂＝θ₃±2mπ＝θ₁±(2m+1)π(m为整数)，则可以判定断线相为C相；若满足且θ₃＝θ₁±2mπ＝θ₂±(2m+1)π(m为整数)，则可以判定断线相为A相；若满足上述三个条件中的任何一个，则转入步骤6；否则k自动加1，继续执行步骤3；

步骤6，判定故障区段为检测点k与检测点k-1之间的区段；

步骤7，结束判断，确定故障区段。