CN109444657B - 一种配电网高阻接地故障区段定位方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种配电网高阻接地故障区段定位方法，包含以下步骤：提取零序电流和零序电压及其衰减周期分量；计算各相邻终端乘积为正的个数差；估算故障点过渡电阻；计算故障定段保护定值；判断是否满足保护判据；判断相位差的最大值。本发明所提故障区段定位方法适应性强，对于不同故障位置、不同过渡电阻，本方法均能准确地找出故障区段，并具有投入成本低，实用性强的优点。

Description

一种配电网高阻接地故障区段定位方法

技术领域

本发明涉及电力***故障检测领域，特别涉及一种基于零序电流衰减周期分量的配电网高阻接地故障区段定位方法。

背景技术

由于电力需求的日益增长以及土地资源的日渐稀缺，电缆线路在我国大中型城市得到了广泛使用。电缆线路本身存在着较大的对地电容，因此一般采用消弧线圈接地方式对电容电流进行补偿，从而减小单相接地故障发生时的故障电流。

消弧线圈接地(谐振接地)配电网发生高阻接地故障的概率较大，现有的故障检测和定段方法存在准确度低，实现难度大等问题。当其发生高阻接地故障时，如树障或导线坠落在草地，马路，水塘等；由于故障电气量特征不明显，极大增加了故障定位和排除的困难，若***长时间带故障运行，则可能发展为相间故障，扩大故障范围。

为了减小过渡电阻的影响，提高定位精度的影响，高压电网通常采用双端行波法进行故障定位。然而双端行波故障定位方法对线路两端的同步采样和采样频率要求较高，设备投入较大，且配电网中线路分支众多，因此在配电网中实现双端行波故障定位成本较高。

随着无线通信技术的不断发展和配电网自动化程度的不断提高，配电自动化终端被越来越广泛的应用，配电网也开始利用配电自动化终端进行故障定段。但并未考虑高阻接地的情况，因此，有必要进一步研究针对消弧线圈接地配电网的高阻接地故障检测和定位技术。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种配电网高阻接地故障区段定位方法，此方法可准确地判断故障区段，适应不同故障位置和过渡电阻，具有准确性高、适应性强等优点。

本发明的目的通过以下的技术方案实现：一种配电网高阻接地故障区段定位方法，包含以下步骤：

S1、故障定段终端分别提取零序电流和零序电压及其衰减周期分量；

S2、将各相邻终端零序电流和零序电压的衰减周期分量相乘，并求得乘积为正的个数差；

S3、配电自动化主站利用母线零序电压估算故障过渡电阻，确保所提故障定段方法的灵敏度，得到更精确的定段结果；

S4、计算故障定段保护定值，配电自动化主站利用母线零序电压估算的故障过渡电阻计算故障定段保护定值；

S5、判断是否满足保护判据，配电自动化主站利用各终端零序电流衰减周期分量的相位差差值判断故障区段，只要满足保护判据，则可以判断故障在线路末端，若不满足则可以判断故障在线路某一区段，进行下一步；

S6、判断故障定段终端相位差的最大值的区段，则故障点在该相位差最大的两测量区段之间。

优选的，所述步骤S1中，t₀时刻零序电流和零序电压的衰减周期分量，均采用下式计算:

其中，

表示t₀时刻零序电流或零序电压的衰减周期分量，A_Qk(t₀)表示线路在t₀时刻的零序电流值或零序电压值，T表示一个周波时间，单位为ms。

优选的，所述步骤S2中，取两个周波时间的数据窗，计算各终端零序电流衰减周期分量相对于零序电压的相位，将所采集的零序电压和零序电流衰减周期分量的瞬时值相乘，从乘积的正负情况可得出零序电流衰减周期分量和零序电压衰减周期分量的相对相位关系，并将计算的相位上传至配电自动化主站。

更进一步的，令所述各相邻终端乘积为正的个数差为D_pk，采用下式计算：

D_Pk＝|S_Pk-S_P(k+1)|

其中，在一个周波时间T的数据窗内，每个终端有T·n个乘积结果，n为每个终端的采样频率，单位为kHz；设一个周波时间内终端k中乘积为正的个数为S_Pk(k＝1,2,…m)，则该终端的零序电流衰减周期分量相对于零序电压的衰减周期分量的相位为

360为角度大小。

优选的，所述的故障过渡电阻R_f，采用下式计算：

其中，

ω₀为角频率，L_C为消弧线圈等值电抗，C_∑为***对地分布电容之和，U_f为故障点虚拟电源的幅值，U₀为母线零序电压的幅值。

优选的，步骤S4中，所述的故障保护定值采用下式计算：

D_SETO＝K_rel0·|k_s·θ_max|

其中，可靠系数K_rel0＝1.2；采样转换系数k_s表示零序电流衰减周期分量相对于零序电压的衰减周期分量的相位与终端采样点数之间的转换关系，即

θ_max为线路末端发生故障时，不同过渡电阻下各相邻终端相位差之间存在的最大差值。

优选的，步骤S5中，保护的判据为：

max|D_Pk-D_Pk+1|≤D_SET0。

本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：

1、本发明随着过渡电阻的增大，线路参数对母线零序电压幅值的影响比重减小，估算误差逐渐减小。定值计算时，过渡电阻误差以每100欧姆为一档来确定，由于计算误差均在可接受的范围内，故其不会对所提定段方法的准确性产生影响。

2、本发明适应性强，对于不同故障位置、不同过渡电阻，所提故障定段方法均能准确地找出故障区段。

3、本发明利用自动化终端获取较高的采样频率，结合零序电流衰减周期分量，降低设备投入，成本较低，实用性较好。

附图说明

图1是本发明一种配电网高阻接地故障区段定位方法流程图。

图2是本发明实施例中消弧线圈接地***模型图。

具体实施方式

为了更好的理解本发明的技术方案，下面结合附图详细描述本发明提供的实施例，但本发明的实施方式不限于此。

实施例

在RTDS(实时数字仿真仪)中搭建如图2所示的消弧线圈接地***模型。图2为10.5kV消弧线圈接地配电***。***共有三回出线，L₁、L₂和L₃均为电缆线路，长度均为10km，单位长度线路电容为C_L＝0.37μF，每条线路的负荷均为6MW，功率因数0.95；***采用过补偿方式，脱谐度为-6％，消弧线圈等值电抗为L_C＝0.3075H；L₁为故障发生线路，n_1—n₄为不同的故障点(每个故障点均在该区段的中点)；L₁上等距安装有4个故障定段终端，用以测量零序电流和零序电压。

如图1，测量故障区段的定位方法包含以下顺序的步骤：

S1、提取零序电流和零序电压及其衰减周期分量。

故障定段终端分别提取零序电流和零序电压及其衰减周期分量，所述的t₀时刻零序电流和零序电压的衰减周期分量均采用下式计算:

其中，

表示t₀时刻零序电流或零序电压的衰减周期分量，

表示线路在t₀时刻的零序电流值或零序电压值，T表示一个周波时间，单位为ms。

S2、将各相邻终端零序电流和零序电压的衰减周期分量相乘，并求得乘积为正的个数差；

取两个周波时间的数据窗，计算各终端零序电流衰减周期分量相对于零序电压的相位，将所采集的零序电压和零序电流衰减周期分量的瞬时值相乘，从乘积的正负情况可得出零序电流衰减周期分量和零序电压衰减周期分量的相对相位关系，并将计算的相位上传至配电自动化主站。令各相邻终端乘积为正的个数差D_pk，采用下式计算：

D_Pk＝|S_Pk-S_P(k+1)|

其中，在一个周波时间即20ms的数据窗内，每个终端有20n个乘积结果，n为每个终端的采样频率，单位为kHz。设一个周波时间内终端k中乘积为正的个数为S_Pk(k＝1,2,…m)，则该终端的零序电流衰减周期分量相对于零序电压的衰减周期分量的相位为

360为角度大小。

S3、估算故障点过渡电阻。

当发生高阻接地时，各终端测量的

与过渡电阻相关，且非故障区段的较低电阻和故障区段的较高电阻可能存在重叠部分。为了确保所提故障定段方法的灵敏度，得到更精确的定段结果，配电自动化主站利用母线零序电压估算故障过渡电阻。所述的故障过渡电阻R_f，采用下式计算：

其中，

ω₀为角频率，L_C为消弧线圈等值电抗，C_∑为***对地分布电容之和，U_f为故障点虚拟电源的幅值，U₀为母线零序电压的幅值。

设线路f₂处发生单相接地故障，通过MATLAB计算出故障点的过渡电阻，并与RTDS中实际过渡电阻相比较得到其估算误差，如表1所示。

表1

S4、计算故障定段保护定值。

配电自动化主站利用母线零序电压估算的故障过渡电阻计算故障定段保护定值，具体步骤如下：

D_SETO＝K_rel0·|k_s·θ_max|

其中，可靠系数K_rel0＝1.2；采样转换系数k_s表示零序电流衰减周期分量相对于零序电压的衰减周期分量的相位与终端采样点数之间的转换关系，即

θ_max为线路末端发生故障时，不同过渡电阻下各相邻终端相位差之间存在的最大差值。

S5、判断是否满足保护判据。

配电自动化主站利用各终端零序电流衰减周期分量的相位差差值判断故障区段。只要满足保护判据,则可以判断故障在线路末端，若不满足则可以判断故障在线路某一区段，进行下一步。保护的判据为：

max|D_Pk-D_Pk+1|≤D_SET0

S6、判断故障定段终端相位差的最大值的区段。

对于高阻接地故障发生在线路中某一区段时，基于故障点相邻的两个测量终端测量的

相差较大，可依据各个D_Pk中的最大值max(D_Pk)来确定故障区段，即故障点在k段与k+1段之间。

基于RTDS对所提的故障定段方法进行验证。假设每个终端的采样频率均为10kHz，取两个周波时间的数据窗进行故障区段判别。表2为不同过渡电阻和不同故障位置下各检测点的S_Pk、故障定段定值以及故障定段结果。

表2

由表中的计算结果可知，本发明一种配电网高阻接地故障区段定位方法可针对不同故障位置、不同过渡电阻准确地找出故障区段，适应性强、准确率高。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种配电网高阻接地故障区段定位方法，其特征在于,所述方法利用各终端零序电流衰减周期分量的相位差判断故障区段，包含以下步骤：

S1、故障定段终端分别提取零序电流和零序电压及其衰减周期分量；

S2、将各相邻终端零序电流和零序电压的衰减周期分量相乘，并求得乘积为正的个数差；

S3、配电自动化主站利用母线零序电压估算故障过渡电阻；

故障过渡电阻R_f采用下式计算：

其中，

ω₀为角频率，L_C为消弧线圈等值电抗，C_∑为***对地分布电容之和，U_f为故障点虚拟电源的幅值，U₀为母线零序电压的幅值；

S4、计算故障定段保护定值，配电自动化主站利用母线零序电压估算的故障过渡电阻计算故障定段保护定值；

故障定段保护定值采用下式计算：

D_SETO＝K_rel0·|k_s·θ_max|

其中，可靠系数K_rel0＝1.2；采样转换系数k_s表示零序电流衰减周期分量相对于零序电压的衰减周期分量的相位与终端采样点数之间的转换关系，即

θ_max为线路末端发生故障时，不同过渡电阻下各相邻终端相位差之间存在的最大差值；

S5、判断是否满足保护判据，配电自动化主站利用各终端零序电流衰减周期分量的相位差差值判断故障区段，只要满足保护判据，则可以判断故障在线路末端，若不满足则可以判断故障在线路某一区段，进行下一步；

保护判据为：

max|D_Pk-D_Pk+1|≤D_SET0其中：D_Pk为各相邻终端乘积为正的个数差；

S6、判断故障定段终端相位差的最大值的区段，则故障点在该相位差最大的两测量区段之间。

2.根据权利要求1所述的配电网高阻接地故障区段定位方法，其特征在于，所述步骤S1中，t₀时刻零序电流和零序电压的衰减周期分量均采用下式计算：

其中，

表示t₀时刻零序电流或零序电压的衰减周期分量，

表示线路在t₀时刻的零序电流值或零序电压值，T表示一个周波时间，单位为ms。

3.根据权利要求1所述的配电网高阻接地故障区段定位方法，其特征在于，所述步骤S2中，取两个周波时间的数据窗，计算各终端零序电流衰减周期分量相对于零序电压的相位，将所采集的零序电压和零序电流衰减周期分量的瞬时值相乘，从乘积的正负情况可得出零序电流衰减周期分量和零序电压衰减周期分量的相对相位关系，并将计算的相位上传至配电自动化主站。

4.根据权利要求3所述的配电网高阻接地故障区段定位方法，其特征在于，令所述各相邻终端乘积为正的个数差为D_pk，采用下式计算：

D_Pk＝|S_Pk-S_P(k+1)|

其中，在一个周波时间T的数据窗内，每个终端有T·n个乘积结果，n为每个终端的采样频率，单位为kHz；设一个周波时间内终端k中乘积为正的个数为S_Pk(k＝1,2,…m)，则该终端的零序电流衰减周期分量相对于零序电压的衰减周期分量的相位为

360为角度大小。

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