CN109298288A - 广域零序电流分布信息的配电网故障区段精确定位方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了广域零序电流分布信息的配电网故障区段精确定位方法，在每条配电线路上间隔一定距离装设录波型故障指示器，每两个故障指示器的距离为一个区段，当线路上发生单相接地故障时，沿线布置的故障指示器启动并记录零序电流幅值，根据故障线路与非故障线路零序电流幅值沿线分布的差异，按照本发明给出的规则判断故障区段。本发明的广域零序电流分布信息的配电网故障区段精确定位方法不受过渡电阻与故障初始角的影响，无论是中性点不接地***，还是谐振接地***，本发明都能迅速、可靠地利用故障指示器的测值确定故障区段，此外，在发生母线故障时也能进行有效判断，具有较高的实际应用价值。

Description

广域零序电流分布信息的配电网故障区段精确定位方法
技术领域
本发明涉及电力***电力线路故障定位的设计领域，尤其涉及一种广域零序电流分布信息的配电网故障区段精确定位方法。
背景技术
小电流接地***中单相接地故障发生几率最高。虽然在发生单相接地故障后，允许***带故障运行一段时间，但若不快速、准确地排查、消除故障，容易发展成严重的短路故障，影响***的安全可靠运行，造成巨大的损失。目前，常见的故障区段定位方法通常仅能判断故障点所在的一段线路，故障定位范围较广，仍然需要检修人员长距离巡线查找故障点。因此，将故障点定位至更小的区段对于缩短巡线时间、减少经济损失、提高***稳定性具有重要意义。
目前，随着配电自动化技术的发展，用于监测线路三相负荷电流、零序电流、温度等运行信息的新型故障指示器已在配电网中有大量应用，可以将故障信息实时上传至主站。因此，研究利用分布式故障指示器测量电流信息的故障区段定位方法能够有效缩小故障定位的范围，具有重要的现实意义。
发明内容
发明目的：为了进一步缩小故障点的范围，本发明提出广域零序电流分布信息的配电网故障区段精确定位方法。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
广域零序电流分布信息的配电网故障区段精确定位方法，包括如下步骤：
步骤一：在小电流接地***的每一条配电线路上，从线路首端至末端，间隔Ls安装一个录波型故障指示器，故障指示器间距的计算方法如下所示：
其中，n为所安装的录波型故障指示器的AD采样位数，K为故障指示器所能测量的最大零序电流，Imin为故障指示器最小动作零序电流，L为整个小电流接地***线路长度，k为裕度系数，k＝1.5；优选的，两个故障指示器的间距Ls为1.5km。
步骤二：按照以下规则对故障指示器编号：
对于多分支的小电流接地***，按照从左到右，从上到下的顺序，遍历每一个故障指示器，每一个故障指示器的编号记为pq，由两部分组成：
p代表该故障指示器所在的支路，
q代表每条支路上故障指示器的排序，
把相邻的两个故障指示器i、j之间的线路定义为一个定位区段Si-j；
步骤三：当线路上发生接地故障时，沿线布置的故障指示器启动，测量该处的零序电流幅值Ipq，并将按编号顺序存放在矩阵Iz的第p行第q列，
其中，Iz为m×n阶矩阵,m为配电线路的总数，n为线路上的最大故障指示器数，对于故障指示器安装数量小于n的线路，使用0元素填充空缺位置；
步骤四：利用下式对矩阵Iz中的元素进行处理，形成新的矩阵Iz’：
其中，Ls代表两个故障指示器的间距，I’pq为矩阵I’z中第p行q列的元素；
步骤五：针对小电流接地***不同的中性点接地方式，采用以下两种不同的方法，根据I’z中的数据特征，判断故障区段：
(a)对于中性点不接地***，判断矩阵I’z中每一个元素的正负，分别记录下负值所在的行号p和列号q，所有行号p所对应的支路必定连接在一起，故障发生在支路pmax上，pmax为所有负值元素的行号的最大值，qmax为线路pmax中所有负值元素的列号的最大值，此时，故障点两端的故障指示器编号为pmax(qmax+1)与pmax(qmax+2)，即故障发生在区段中，特殊地，如果矩阵I’z中每一个元素均为非负数，则判断故障发生在母线上。
(b)对于谐振接地***，利用下式处理矩阵I’z中的元素，形成新的矩阵I”z：
I”pq＝|I'pq-I'p(q+1)|,p＝Ι,ΙΙ,…,m；q＝1,2,…,n-2
其中，I”pq为矩阵I”z中第p行q列的元素；
比较矩阵I”z中每一个元素的大小，记录下大于ε的两个元素的行号p和列号q1与q2，故障发生在p所对应的支路上，此时，故障点两端的故障指示器编号为p(q1+1)与p(q2+2)，即故障发生在区段中。特殊的，如果矩阵I”z中每一个元素均小于ε，ε＝1，则需要比较母线、分支母线前后的零序电流大小，如果不相等，该母线即为故障母线。
有益效果：本发明的广域零序电流分布信息的配电网故障区段精确定位方法能够将故障点定位至两个故障指示器之间，能够有效缩小故障点的范围，不受过渡电阻与故障初始角的影响，适用于各种类型的接地故障，在发生母线故障时也能准确判断故障点的位置，具有较高可靠性和工程实践意义。
附图说明
图1是本发明流程图。
图2是架空线、电缆混合线路示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
本发明提出了广域零序电流分布信息的配电网故障区段精确定位方法，如图1所示，包括如下步骤：
步骤一：在小电流接地***的每一条配电线路上，从线路首端至末端，间隔1.5km安装一个录波型故障指示器，故障指示器间距的计算方法如下所示：
其中，n为所安装的录波型故障指示器的AD采样位数，K为故障指示器所能测量的最大零序电流，Imin为故障指示器最小动作零序电流，L为整个小电流接地***线路长度，k为裕度系数，k＝1.5。
步骤二：按照以下规则对故障指示器编号：
对于多分支的小电流接地***，按照从左到右，从上到下的顺序，遍历每一个故障指示器，每一个故障指示器的编号记为pq，由两部分组成：
p代表该故障指示器所在的支路，使用罗马数字表示。
q代表每条支路上故障指示器的排序，***数字表示。
把相邻的两个故障指示器i、j之间的线路定义为一个定位区段Si-j。
步骤三：当线路上发生接地故障时，沿线布置的故障指示器启动，测量该处的零序电流幅值Ipq，并将按编号顺序存放在矩阵Iz的第p行第q列。
其中，Iz为m×n阶矩阵,m为配电线路的总数，n为线路上的最大故障指示器数，对于故障指示器安装数量小于n的线路，使用0元素填充空缺位置。
步骤四：利用下式对矩阵Iz中的元素进行处理，形成新的矩阵I’z：
其中，Ls代表两个故障指示器的间距，I’pq为矩阵I’z中第p行q列的元素。
步骤五：针对小电流接地***不同的中性点接地方式，采用以下两种不同的方法，根据I’z中的数据特征，判断故障区段：
(a)对于中性点不接地***，判断矩阵I’z中每一个元素的正负，分别记录下负值所在的行号p和列号q，所有行号p所对应的支路必定连接在一起，故障发生在支路pmax上，pmax为所有负值元素的行号的最大值，qmax为线路pmax中所有负值元素的列号的最大值，此时，故障点两端的故障指示器编号为pmax(qmax+1)与pmax(qmax+2)，即故障发生在区段中，特殊地，如果矩阵I’z中每一个元素均为非负数，则判断故障发生在母线上。
(b)对于谐振接地***，利用下式处理矩阵Iz’中的元素，形成新的矩阵I”z：
I”pq＝|I'pq-I'p(q+1)|,p＝Ι,ΙΙ,…,m；q＝1,2,…,n-2
其中，I”pq为矩阵I”z中第p行q列的元素；
比较矩阵I”z中每一个元素的大小，记录下大于ε的两个元素的行号p和列号q1与q2，故障发生在p所对应的支路上，此时，故障点两端的故障指示器编号为p(q1+1)与p(q2+2)，即故障发生在区段中。特殊的，如果矩阵I”z中每一个元素均小于ε，ε＝1，则需要比较母线、分支母线前后的零序电流大小，如果不相等，该母线即为故障母线。本发明理论上不受过渡电阻与故障初始角的影响，无论是中性点不接地***，还是谐振接地***，本发明都能迅速、可靠地利用故障指示器的测值确定故障区段，此外，在发生母线故障时也能进行有效判断，具有较高的实际应用价值。
仿真验证
为了检验本发明的有效性与可靠性，在PSCAD/EMTDC上搭建如图2所示的架空线、电缆混合连接的小电流接地***仿真模型，线路名称T、C分别代表架空线路与电缆线路，共5条线路，包括3条电缆线路和2条架空线路，线路名称与长度如表1所示，L为消弧线圈，分别设置中性点不接地与谐振接地两种不同的接地方式，在不同分支线路上模拟了具有不同故障电阻(10Ω和200Ω)的单相接地故障。故障区段定位结果如表2所示。
表1线路的名称与长度
表2不同故障电阻和故障类型下的定位结果
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.广域零序电流分布信息的配电网故障区段精确定位方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤一：在小电流接地***的每一条配电线路上，从线路首端至末端，间隔Ls安装一个录波型故障指示器；
步骤二：按照以下规则对故障指示器编号：
对于多分支的小电流接地***，按照从左到右，从上到下的顺序，遍历每一个故障指示器，每一个故障指示器的编号记为pq，由两部分组成：
p代表该故障指示器所在的支路，
q代表每条支路上故障指示器的排序，
把相邻的两个故障指示器i、j之间的线路定义为一个定位区段Si-j；
步骤三：当线路上发生接地故障时，沿线布置的故障指示器启动，测量该处的零序电流幅值Ipq，并将按编号顺序存放在矩阵Iz的第p行第q列；
其中，Iz为m×n阶矩阵,m为配电线路的总数，n为线路上的最大故障指示器数，对于故障指示器安装数量小于n的线路，使用0元素填充空缺位置；
步骤四：利用下式对矩阵Iz中的元素Ipq进行处理，形成新的矩阵Iz’：
其中，Ls代表两个故障指示器的间距，Ip'q为矩阵Iz’中第p行q列的元素；
步骤五：针对小电流接地***不同的中性点接地方式，采用以下两种不同的方法，根据Iz’中的数据特征，判断故障区段：
(a)对于中性点不接地***，判断矩阵Iz’中每一个元素的正负，分别记录下负值所在的行号p和列号q，故障发生在支路pmax上，pmax为所有负值元素的行号的最大值，qmax为线路pmax中所有负值元素的列号的最大值，此时，故障点两端的故障指示器编号为pmax(qmax+1)与pmax (qmax+2)，即故障发生在区段Spmax(qmax+1)-pmax(qmax+2)中，如果矩阵Iz’中每一个元素均为非负数，则判断故障发生在母线上；
(b)对于谐振接地***，利用下式处理矩阵Iz’中的元素，形成新的矩阵Iz”：
I″pq＝|I'pq-I'p(q+1)|,p＝Ι,ΙΙ,…,m；q＝1,2,…,n-2
其中，I″pq为矩阵I″z中第p行q列的元素；
比较矩阵I″z中每一个元素的大小，记录下大于ε的两个元素的行号p和列号q1与q2，故障发生在p所对应的支路上，此时，故障点两端的故障指示器编号为p(q1+1)与p(q2+2)，即故障发生在区段Sp(q1+1)-p(q2+2)中，如果矩阵I″z中每一个元素均小于ε，则需要比较母线、分支母线前后的零序电流大小，如果不相等，该母线即为故障母线。
2.根据权利要求1所述的广域零序电流分布信息的配电网故障区段精确定位方法，其特征在于：步骤一中，所布置故障指示器的间距Ls按照以下方法计算:
其中，n为所安装的录波型故障指示器的AD采样位数，K为故障指示器所能测量的最大零序电流，Imin为故障指示器最小动作零序电流，L为整个小电流接地***线路长度，k为裕度系数。
3.根据权利要求1所述的广域零序电流分布信息的配电网故障区段精确定位方法，其特征在于：步骤五中，用于比较矩阵I″z中元素大小的ε取值为ε＝1。
4.根据权利要求1所述的广域零序电流分布信息的配电网故障区段精确定位方法，其特征在于：两个故障指示器的间距为1.5km。
5.根据权利要求2所述的广域零序电流分布信息的配电网故障区段精确定位方法，其特征在于：裕度系数k＝1.5。
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