CN109884471A - 相量积有功法判断故障相及选线方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种相量积有功法判断故障相及选线方法，提出了相量积有功等于两个相量的同步采样值相乘所得乘积的半个周波的平均值，并提出根据相量积有功的大小和正负判断相量之间的相位关系，从而实现单相接地时故障相的判断和选线，不再依靠准确计算每一个故障量实施判断，无需傅里叶变换等精确计算故障量，本发明规避了各种不确定因素及暂态量的影响，准确判断故障相和选线，确保***安全运行。
Description
技术领域
本发明涉及电网中性点非有效接地***，具体为单相接地故障时故障相的识别与选线。
背景技术
一直以来，中性点不接地方式是我国配电网采用最多的一种接地方式，它投资省、供电可靠性高。但是，当该***中发生弧光接地时，由于对地电容中的能量不能有效释放，将会产生弧光接地过电压或谐振过电压，该电压的数值很高，会对***中电气设备的绝缘造成威胁。
当前，消弧线圈、故障相接地消弧都有缺陷，不得不使用中性点低值电阻器接地快速切除故障线路，但中性点经低值电阻器接地在遇到故障点高阻抗接地时失效，也无法切除故障线路。
故障相接地消弧简单、投资省，但故障相判断困难，无法准确判断故障相就会造成相间短路，不仅不能消弧还造成更大的事故，准确判断故障相是故障相接地消弧必须具备的条件。
单相接地不能准确选线是当前所有选线装置的通病，不能准确选线和判断故障相，都是因为弧光接地弧燃弧熄的过程非常复杂，当前选线和判断故障相的算法均是从每一个故障量的值的精确计算入手，定量判断故障及选线，由于弧光接地弧燃弧熄过程不确定的因素过多，燃弧期间往往小于半个周波，熄弧和燃弧期间的电压分别是相电压和对地电压，不是一个电压参量，傅里叶变换等等精确计算算法无用武之地，再加上暂态量的影响，现有技术手段穷尽所能也无法得到满意的结果。
发明内容
本发明是为避免上述现有技术所存在的不足之处，提供一种相量积有功法判断故障相及选线方法，定性判断故障相及选线，而不是定量，不再依靠准确计算故障相量实施判断，规避了各种不确定因素及暂态量的影响，克服了当前定量判断故障相与选线的缺陷，无需傅里叶变换等精确计算故障量，实现百分之百准确判断故障相和选线，确保***安全运行。
本发明为解决技术问题采用如下技术方案：
本发明相量积有功法判断故障相及选线方法的特点是：
相量的函数表达式uE(t)为：uE(t)＝Ksin(ωt+α)，
相量的函数表达式uF(t)为：uF(t)＝Psin(ωt+α+β)，
K和P分别为相量和相量的模，α和α+β分别为相量和相量的相位角，β为相量和相量的夹角；
将相量和相量的相量积记为相量积的相量积有功记为WE*F，相量积的函数表达式记为g(t)；
WE*F＝KPcosβ
g(t)＝WE*F-KPsin(2ωt+2α+β)
相量积的相量积有功WE*F的采样算法由式(1.1)所表征：
uE(ti)、uF(ti)和g(ti)分别为相量相量和相量积在ti时刻的同步采样值，n为相量和相量的半个周波或半个周波整倍数的采样数量，n为不小于2的自然数；
根据式(1.1)获得由式(1.2)所表征的判据：
根据式(1.1)计算相量积有功，依据式(1.2)再根据相量积有功的大小和正负判断相量之间的相位关系，实现单相接地时故障相的判断和选线。
本发明相量积有功法判断故障相及选线方法的特点也在于：
针对具有m条出线的电网***，在所述电网***发生单相接地故障时，
以和分别表示超前相、滞后相和故障相的相电压，并将所述和定义为一组三相对称参照相量；
以和分别表示超前相对故障相、滞后相对超前相和故障相对滞后相的线电压，并将所述和定义为另一组三相对称参照相量，将所述定义为选线参照相量；
以和分别表示超前相、滞后相和故障相的相对地电压，以表示中性点电压，将所述和和定义为故障相量；
θ表示相量和相量的夹角；
以表示第i条出线的电容电流，i＝1,2,…,m，m为不小于1的自然数，以表示故障线路的电容电流，和为故障相量，则有关系式(2.1)：
构建一组三相对称参照相量和所述三相对称参照相量和超前三相相电压和的相位均为将在(-30°，60°)区间中任意取值；或将按式(2.1)和式(2.2)跟踪中性点电压动态取值，使与的夹角为锐角且最小；
构建一组三相对称参照相量和所述三相对称参照相量和超前三相相电压和的相位均为将在(-30.5°，59.5°)区间中任意取值；或将按式(2.1)和式(2.3)跟踪中性点电压动态取值，使与的夹角为锐角且最小；
构建一个选线参照相量所述参照相量超前相位为将在(0°，90°)区间中任意取值；或将按式(2.1)和式(2.4)跟踪中性点电压动态取值，使与的夹角为锐角且最小；
用于实现有功法判断故障相的相量积为：故障相量与故障相量乘，或为故障相量与三相对称参照相量相乘；
用于实现有功法选线的相量积为：每条出线的电容电流与选线参照相量相乘，或每条出线的电容电流与故障相对地电压相乘；
本发明相量积有功法判断故障相及选线方法的特点也在于：
针对***发生G相单相接地故障，按如下任意判据进行故障相判断：
判据1：将故障相量与故障相量相乘，即：将分别与和相乘，获得 和其中，的相量积有功最大且为正；
判据2：将故障相量与三相对称参照相量相乘，即：将分别与和相乘，获得和其中，的相量积有功最大且为正；
判据3：将故障相量与三相对称参照相量相乘，即：将分别与和相乘，获得和其中，的相量积有功最大且为正；
判据4：将故障相量与三相对称参照相量相乘，即：和分别与同名相的 和相乘，获得：和其中，的相量积有功最大且为正；
判据5：将故障相量与三相对称参照相量相乘，即：将和分别与同名相的 和相乘，获得和其中，的相量积有功最大且为正；
判据6：将故障相量与三相对称参照相量相乘，即：将分别与和相乘，获得：和其中的相量积有功最大且为正；
判据7：将故障相量与三相对称参照相量相乘，即：将和分别与同名相的 和相乘，获得：和其中，的相量积有功最大且为正；
本发明相量积有功法判断故障相及选线方法的特点也在于：
针对***发生G相单相接地故障，按如下判据一到判据三的任意选线判据进行故障选线：
判据一：将故障相量与选线参照相量相乘获得相量积有功，即：将每条出线的与相乘获得故障线路的相量积有功是所有中相量积有功最大且为正值；
判据二：将故障相量与故障相量以及将故障相量与选线参照相量相乘获得相量积有功：
若将故障相量与故障相量相乘获得相量积有功，每条出线的与相乘获得故障线路的相量积有功是所有中相量积有功最大且为正值；
若时，将故障相量与选线参照相量相乘获得相量积有功，即：将每条出线的与相乘获得故障线路的相量积有功是所有中相量积有功最大且为正值；
判据三：将故障相量与选线参照相量相乘获得相量积有功，即：将每条出线的与相乘获得故障线路的相量积有功是所有中相量积有功最大且为正值。
本发明相量积有功法判断故障相及选线方法的特点也在于：
在***发生G相单相接地时，按如下任意方式获得三相的相电压采样值：
方式一：超前相相电压滞后相相电压和故障相相电压的采样值等于同名相的相对地电压的采样值减中性点电压的同步采样值，由式(5.1)所表征；
方式二：采用电压互感器进行测量，针对所述电压互感器的二次侧电压进行采样获得相电压采样值，所述电压互感器的一次侧中性点不接地。
方式三：超前相相电压滞后相相电压和故障相相电压的采样值，依据三相对地电压在单相接地故障前的等位采样值获得，所述等位采样值是指：
针对周期为T的交流信号f(t)实施采样，将***正常运行时的交流信号f(t)记为f1(t)，将tτ时刻***发生故障后的交流信号f(t)记为f2(t)，f1(t)在故障发生后t2时刻的采样值f1(t2)，并有：
k不小于1的自然数，f1(t1)为f1(t2)的在故障前的等位采样值，则：
f1(t2)＝f1(t1) (5.3)
f(t)在t2时刻的故障增量：
Δf(t2)＝f2(t2)-f1(t2) (5.4)
以f(t)表示***的相对地电压，以f1(t)表示***的相电压和以f2(t)表示单相接地后***的相对地电压和***正常运行时f(t)＝f1(t)，单相接地后f(t)＝f2(t)。
本发明相量积有功法判断故障相及选线方法的特点也在于：
超前相对故障相、滞后相对超前相和故障相对滞后相的线电压和的采样值由如下任意方式获得：
第一种方式：根据式(2.1)，和的采样值分别由超前相、滞后相和故障相的相电压和的同步采样值相减获得；
第二种方式：根据式(6.1)，和的采样值分别由超前相、滞后相和故障相的对地电压和的同步采样值相减获得；
两个相量之差等于第三个相量，则该两个相量的同步采样值相减等于第三个相量的同步采样值，并适用于向量相减运算。
本发明相量积有功法判断故障相及选线方法的特点也在于：中性点电压的采样值是根据式(2.1)由三相对地电压的同步采样值相加获得，或由电压互感器开口三角电压的采样值变换获得；
两个相量之和等于第三个相量，则该两个相量的同步采样值相加等于第三个相量的同步采样值，并适用于向量相加运算。
本发明相量积有功法判断故障相及选线方法的特点也在于：所述选线判据适用于中性点电阻器接地的电网***。
本发明相量积有功法判断故障相及选线方法的特点也在于：设相量和相量的相量积有功为WE1*F1，相量和相量的相量积有功为WE2*F2；
若WE1*F1≥WE2*F2，则有：
或：
n1为大于半个周波时间段的采样数量，uE1(ti)、uF1(ti)、uE2(ti)和uF2(ti)分别为 和在ti时刻的采样值。
与已有技术相比，本发明有益效果体现在：
1、本发明独创的相量积有功法判断故障相及选线装置，定性判断故障相与选线，而不是定量判断，不再依靠准确计算每一个故障量实施判断，无需傅里叶变换等精确计算故障量，因此，抛开了变幻莫测难以捕捉规律的暂态过程，刨除了繁杂的暂态数据去判断故障相和选线，从而实现百分之百的准确率。
2、本发明提出相量积有功法，算法简单只有算术运算，半个周波整倍数的时间内两个相量采样值乘积的平均值，对采样频率要求低，CPU的功能要求小。
3、本发明提出相量积有功法，两个相量夹角为锐角有功为正，夹角为钝角有功为负，参照相量是根据故障相量落入的相位区域而设置，使参照相量与故障相量的夹角任何情况下都保持锐角，为定性判断故障相及选线提供可靠保障。
4、本发明相量积有功判断故障相给出了多种特征判据，多种判据相互验证，有力地保障了本发明判断故障相百分之百的准确性，攻克了故障相难以准确判断的技术难题。
5、本发明相量积有功选线给出三种特征判据，三种判据相互验证，有力地保障了本发明选线百分之百的准确性，攻克了选线的技术难题。
6、本发明提出了相电压在故障后等位采样值的算法，为本发明的参照相量选择提供了基础条件，且本发明的等位采样值算法适用于所有矢量。
7、本发明线电压的采样值通过相电压的采样值直接相减获得，为矢量和、差采样值的计算提供了新的方法。
附图说明
图1为单相接地各相量关系示意图；
图2为单相接地熄弧时刻示意图；
图中标号：和分别为超前相相电压、滞后相相电压和故障相相电压， 和分别为超前相对地电压、超前相对地电压、故障相对地电压和中性点电压，Q、H、G和O分别超前相、滞后相、故障相、中性点的符号，θ为单相接地时故障相相电压与中性点电压的夹角，和分别为超前相、滞后相、故障相的线电压，ICi为第i条出线的电容电流，为故障线路的电容电流。
具体实施方式
本实施例中相量积有功法判断故障相及选线方法是：
相量的函数表达式uE(t)为：uE(t)＝Ksin(ωt+α)，相量的函数表达式uF(t)为：uF(t)＝Psin(ωt+α+β)，K和P分别为相量和相量的模，α和α+β分别为相量和相量的相位角，β为相量和相量的夹角；
将相量和相量的相量积记为相量积的相量积有功记为WE*F，相量积的函数表达式记为g(t)；
WE*F＝KPcosβ
g(t)＝WE*F-KPsin(2ωt+2α+β)
相量积的周期是相量和相量的二分之一，因此相量和相量的半个周波是相量积一个周波，所以半个周波或半个周波整倍数时间内：
因此
相量积的相量积有功WE*F的采样算法由式(1.1)所表征：
uE(ti)、uF(ti)和g(ti)分别为相量相量和相量积在ti时刻的同步采样值，n为相量和相量的半个周波或半个周波整倍数的采样数量，n为不小于2的自然数；
根据式(1.1)获得由式(1.2)所表征的判据：
根据式(1.1)计算相量积有功，依据式(1.2)再根据相量积有功的大小和正负判断相量之间的相位关系，实现单相接地时故障相的判断和选线。
相量的夹角β为锐角时，β越小相量积有功为正就越大，相量的夹角β为钝角时，β越靠近180°相量积有功为负就绝对值越大。具体实施中利用相量积有功判断故障相和选线时，一般采用相量的夹角β为锐角实施，这样简单便于分析。
本发明提出相量积有功法，算法简单只有算术运算，半个周波整倍数的时间内两个相量采样值乘积的平均值，对采样频率要求低，CPU的功能要求小。
具体实施中，针对具有m条出线的电网***，在电网***发生单相接地故障时：
以和分别表示超前相、滞后相和故障相的相电压，并将和定义为一组三相对称参照相量；
以和分别表示超前相对故障相、滞后相对超前相和故障相对滞后相的线电压，并将和定义为另一组三相对称参照相量，将定义为选线参照相量；
以和分别表示超前相、滞后相和故障相的相对地电压，以表示中性点电压，将和和定义为故障相量；
θ表示相量和相量的夹角；
以表示第i条出线的电容电流，i＝1,2,…,m，m为不小于1的自然数，以表示故障线路的电容电流，和为故障相量，则有关系式(2.1)：
构建一组三相对称参照相量和三相对称参照相量和超前三相相电压和的相位均为将在(-30°，60°)区间中任意取值；或将按式(2.1)和式(2.2)跟踪中性点电压动态取值，使与的夹角为锐角且最小；
参见图1，当发生单相接地时，随着接地阻抗的增大，θ也随之增大，超前相位随之减小，超前相位在-30°～60°之间，金属性接地下，超前相位为60°，当接地阻抗无穷大时，超前相位为-30°。
具体实施例中，在-30°～60°之间任意取值，我们可以将的最佳取值为15°，故障点落在故障点轨迹半圆上任何一点时，与构建的三相对称参照相量和中的夹角都小于45°，最有利于的相量积有功最大。
当然还可以让跟踪中性点电压动态取值，如图1，根据式(2.2)，则：超前这样与的夹角为锐角且接近0，那么，的相量积有功更突出，更有利于故障相判断。
构建一组三相对称参照相量和三相对称参照相量和超前三相相电压和的相位均为将在(-30.5°，59.5°)区间中任意取值；或将按式(2.1)和式(2.3)跟踪中性点电压动态取值，使与的夹角为锐角且最小；
参见图1，在ΔOQJ中，有：
由式(2.3.1)～(2.3.3)推导出式(2.3)
由式(2.3)计算得出：超前相位在-3°～30°之间，的最佳取值是13.5°，故障点落在故障点轨迹半圆上任何一点，与构建的三相对称参照相量和中的夹角都小于16.5°，最有利于的相量积有功最大。
当然还可以让跟踪中性点电压动态取值，使与的夹角为锐角且接近0，那么，的相量积有功更突出，更有利于故障相判断。
构建一个选线参照相量参照相量超前相位为将在(0°，90°)区间中任意取值；或将按式(2.1)和式(2.4)跟踪中性点电压动态取值，使与的夹角为锐角且最小；
参见图1，超前相位90°～180°，故障线路的电容电流滞后相位90°，超前相位0～90°，的最佳取值为45°，使得与的夹角在各种接地情况下均为锐角，的相量积有功是所有中有功最大且为正。
当然还可以让跟踪中性点电压动态取值，使得与的夹角为锐角且接近0，那么，的相量积有功是所有中有功最大且为正。
用于实现有功法判断故障相的相量积为：故障相量与故障相量乘，或为故障相量与三相对称参照相量相乘；
用于实现有功法选线的相量积为：每条出线的电容电流与选线参照相量相乘，或每条出线的电容电流与故障相对地电压相乘；
如果参照相量与故障相量的夹角为钝角，即参照相量与故障相量的方向相反，则参照相量与故障相量的相量积有功为负值最大。
若***中A相为故障相，则C相为超前相，B相为滞后相；若***中B相为故障相，则A相为超前相，C相为滞后相；若***C相为故障相，则B相为超前相，A相为滞后相。
本发明提出相量积有功法，两个相量夹角为锐角有功为正，夹角为钝角有功为负，参照相量是根据故障相量落入的相位区域而设置，使参照相量与故障相量的夹角任何情况下都保持锐角，为定性判断故障相及选线提供可靠保障。
本发明独创的相量积有功法判断故障相及选线装置，定性判断故障相与选线，而不是定量判断，不再依靠准确计算每一个故障量实施判断，无需傅里叶变换等精确计算故障量，因此，抛开了变幻莫测难以捕捉规律的暂态过程，刨除了繁杂的暂态数据去判断故障相和选线，从而实现百分之百的准确率。
具体实施中，针对***发生G相单相接地故障，按如下任意判据进行故障相判断：
判据1：将故障相量与故障相量相乘，即：将分别与和相乘，获得 和其中，的相量积有功最大且为正；
参见图1，无论接地阻抗多大，故障点均落在故障点轨迹半圆上，除金属性接地外，与夹角小于与夹角，且的模大于的模，因此的相量积有功大于的相量积有功，金属性接地时二者相等；与夹角90°，所以与的相量积有功为0，所以与超前相的相量积有功最大且为正。
判据2：将故障相量与三相对称参照相量相乘，即：将分别与和相乘，获得和其中，的相量积有功最大且为正；
参见图1，无论接地阻抗多大，故障点均落在故障点轨迹半圆上，超前相位在-30°～60°之间，二者夹角始终为锐角最大为60°，金属性接地时为60°，其它情况都小于60°，的相量积有功为正；超前相位在60°～150°之间，金属性接地为60°，其它情况都大于60°，和模相同，的相量积有功大于的相量积有功；与的夹角在90°～180°，的相量积有功为负值。因此，的相量积有功最大且为正。
判据3：将故障相量与三相对称参照相量相乘，即：将分别与和相乘，获得和其中，的相量积有功最大且为正；
参见图1，无论接地阻抗多大，故障点均落在故障点轨迹半圆上，超前相位在-60°～30°之间，二者夹角始终为锐角最大为60°，金属性接地时为30°，其它情况都小于60°，的相量积有功为正；超前相位在90°～180°之间，金属性接地为90°，其它情况都大于90°，的相量积有功为负值；与的夹角在60°～150°，与的夹角始终大于60°，的相量积有功始终小于的相量积有功。因此，的相量积有功最大且为正。
判据4：将故障相量与三相对称参照相量相乘，即：和分别与同名相的 和相乘，获得：和其中，的相量积有功最大且为正；
参见图1，无论接地阻抗多大，故障点均落在故障点轨迹半圆上，且同一接地阻抗下与夹角小于与的夹角，所以 且同一接地阻抗下与夹角小于与的夹角，所以 的相量积有功；因此，的相量积有功最大且为正。
判据5：将故障相量与三相对称参照相量相乘，即：将和分别与同名相的 和相乘，获得和其中，的相量积有功最大且为正；
参见图1，无论接地阻抗多大，故障点均落在故障点轨迹半圆上，且同一接地阻抗下与夹角小于与的夹角，所以 因此，的相量积有功最大且为正。
判据6：将故障相量与三相对称参照相量相乘，即：将分别与和相乘，获得：和其中的相量积有功最大且为正；
和为构建一组三相对称参照相量，三相对称参照相量和超前三相相电压和的相位均为将在(-30°，60°)区间中任意取值；或将按式(2.1)和式(2.2)跟踪中性点电压动态取值，使与的夹角为锐角且最小。
参见图1，超前相位在-30°～60°之间，的最佳取值是15°，故障点落在故障点轨迹半圆上任何一点，与构建的三相对称参照相量和中的夹角都小于45°，最有利于的相量积有功最大。
当然还可以让跟踪中性点电压动态取值，超前使与的夹角为锐角且接近0，那么，的相量积有功更突出，更有利于故障相判断。
判据7：将故障相量与三相对称参照相量相乘，即：将和分别与同名相的 和相乘，获得：和其中，的相量积有功最大且为正；和为构建一组三相对称参照相量，所述三相对称参照相量和超前与三相相电压和的相位均为将在(-30.5°，59.5°)区间中任意取值；或将按式(2.1)和式(2.3)跟踪中性点电压动态取值，使与的夹角为锐角且最小。
参见图1，超前相位在-3°～30°之间，的最佳取值是13.5°，故障点落在故障点轨迹半圆上任何一点，与构建的三相对称参照相量和中的夹角都小于16.5°，最有利于的相量积有功最大。
当然还可以让跟踪中性点电压动态取值，使与的夹角为锐角且接近0，那么，的相量积有功更突出，更有利于故障相判断。
对于间歇性弧光接地，本发明故障相的判据依然有效，且有更高的准确性：
参见图2，工频熄弧的间歇性单相接地，在熄弧时刻，与Y轴垂直，的最大，与同方向即同正负，同时为正或同时为负值；熄弧时刻 熄弧后，为一个常数值等于熄弧时刻的值，超前相相对地电压 直至下次故障点弧光重燃，与同正负，则 的相量积有功依然为正最大。
对于高频熄弧的单相接地，高频熄弧时刻与工频熄弧时刻具有同样电压记忆特征：与同方向即同正负，同时为正或同时为负值，因此不仅不影响本判决的准确性，还提高了本判决的准确性。
以上任何一项特征均可以判断故障相，也可以两项或两项以上特征一起判断故障相。
本发明相量积有功判断故障相给出的多种特征判据，多种判据可以相互验证，有力地保障了本发明判断故障相百分之百的准确性，攻克了故障相难以准确判断的技术难题。
具体实施中，针对***发生G相单相接地故障，第j条非故障线路的电容电流ICj由式(3.1)所表征：
故障线路的电容电流由式(3.2)所表征
XC为***对地容抗，非故障线路的电容电流与故障线路电容电流的相位差为180°，故障线路电容电流与故障相对地电压同相位并滞后中性点电压相位90°，和均超前于故障相相电压在0～90°之间。
按如下判据一到判据三的任意选线判据进行故障选线：
判据一：将故障相量与选线参照相量相乘获得相量积有功，即：将每条出线的与相乘获得故障线路的相量积有功是所有中相量积有功最大且为正值。
参见图1，故障线路的电容电流超前的夹角在-30°～60°，二者夹角小于60°，而非故障相电容电流与iC相位差180°，的相量积有功为正，中有功为负，因此，的相量积有功是所有中有功最大且为正。
判据二：将故障相量与故障相量以及将故障相量与选线参照相量相乘获得相量积有功：
若将故障相量与故障相量相乘获得相量积有功，每条出线的与相乘获得故障线路的相量积有功是所有中相量积有功最大且为正值；
若时，将故障相量与选线参照相量相乘获得相量积有功，即：将每条出线的与相乘获得故障线路的相量积有功是所有中相量积有功最大且为正值；
虽然故障线路的电容电流与故障相对地电压同相位，但是金属性接地时接近金属性接地时也很小，暂态过程容易产生不利影响，不利于相量积有功的取值，因此判据设置避开接近金属性接地的单相接地，故障相量与故障相量相乘，每条出线的与相乘，的相量积有功是所有中有功最大且为正；对于接近金属性接地的单相接地，即时，则每条出线的与相乘，的相量积有功是所有中有功最大且为正。
判据三：将故障相量与选线参照相量相乘获得相量积有功，即：将每条出线的与相乘获得故障线路的相量积有功是所有中相量积有功最大且为正值。
参见图1，超前相位90°～180°，故障线路的电容电流滞后相位90°，超前相位0～90°，的最佳取值为45°，使得与的夹角在各种接地情况下均为锐角，的相量积有功是所有中有功最大且为正。
当然还可以让跟踪中性点电压动态取值，使得与的夹角为锐角且接近0，那么，的相量积有功是所有中有功最大且为正。
如果参照相量与故障相量的夹角为钝角，即参照相量与故障相量的方向相反，则参照相量与故障相量的相量积有功为负值最大。
以上任何一项特征均可以判断故障相，也可以两项或两项以上特征一起判断故障相。
本发明相量积有功选线给出三种特征判据，三种判据可以相互验证，有力地保障了本发明选线百分之百的准确性，攻克了选线的技术难题。
具体实施中，比如，将t1时刻相量和的采样值分别记为a(t1)和b(t1)，若相量为相量和相量之和，相量为相量和相量之差，则t1时刻相量的采样值c(t1)和相量的采样值d(τ)分别为：
因此，在***发生G相单相接地时，按如下任意方式获得三相的相电压采样值：
方式一：超前相相电压滞后相相电压和故障相相电压的采样值等于同名相的相对地电压的采样值减中性点电压的同步采样值，由式(5.1)所表征；
方式二：采用电压互感器进行测量，针对电压互感器的二次侧电压进行采样获得相电压采样值，电压互感器的一次侧中性点不接地。
三只电压互感器的中性点不接地，电压互感器二次侧输出的是相电压，而不是相对地电压，***发生单相接地，电压互感器二次侧电压输出不会发生变化，且不会有暂态过程。
方式三：超前相相电压滞后相相电压和故障相相电压的采样值，依据三相对地电压在单相接地故障前的等位采样值获得，等位采样值是指：
针对周期为T的交流信号f(t)实施采样，将***正常运行时的交流信号f(t)记为f1(t)，将tτ时刻***发生故障后的交流信号f(t)记为f2(t)，f1(t)在故障发生后t2时刻的采样值f1(t2)，并有：
k不小于1的自然数，f1(t1)为f1(t2)的在故障前的等位采样值，则：
f1(t2)＝f1(t1) (5.3)
f(t)在t2时刻的故障增量：
Δf(t2)＝f2(t2)-f1(t2) (5.4)
以f(t)表示***的相对地电压，以f1(t)表示***的相电压和以f2(t)表示单相接地后***的相对地电压和***正常运行时f(t)＝f1(t)，单相接地后f(t)＝f2(t)。
本发明提出了相电压在故障后等位采样值的算法，为本发明的参照相量选择提供了基础条件，且本发明的等位采样值算法适用于所有矢量。
***线电压的采样值是由两个相电压的同步采样值相减获得；或***线电压的采样值是由两个相对地电压的同步采样值相减获得，***线电压是指***中超前相线电压滞后相线电压和故障相线电压
具体实施中，根据式(5.1.1)，超前相对故障相、滞后相对超前相和故障相对滞后相的线电压和的采样值由如下任意方式获得：
第一种方式：根据式(2.1)，和的采样值分别由超前相、滞后相和故障相的相电压和的同步采样值相减获得；
第二种方式：根据式(6.1)，和的采样值分别由超前相、滞后相和故障相的对地电压和的同步采样值相减获得；
两个相量之差等于第三个相量，则该两个相量的同步采样值相减等于第三个相量的同步采样值，并适用于向量相减运算。
具体实施中，中性点电压的采样值是根据式(2.1)由三相对地电压的同步采样值相加获得，或由电压互感器开口三角电压的采样值变换获得；
两个相量之和等于第三个相量，则该两个相量的同步采样值相加等于第三个相量的同步采样值，并适用于向量相加运算。
本发明线电压的采样值通过相电压的采样值直接相减获得，为矢量和、差采样值的计算提供了新的方法。
本发明相量积有功法判断故障相及选线方法中的选线判据适用于中性点电阻器接地的电网***。
中性点电阻器接地单相接地时产生的电流基本上与故障相电压同相位，该电流与电容电流叠加后，相位角超前故障相电压，所以不影响本发明选线判据的准确性，而且有助于选线的准确性。
但是，中性点消弧线圈接地的电网***，随***运行方式的改变，一个消弧线圈可能有过补偿和欠补偿两种运行状态，欠补偿对不影响本发明的选线判据准确性，但过补偿影响本发明的准确性，必须对本发明进行修正，总之消弧线圈削弱了故障线路的零序电流，可能使得其极小，对选线产生不利影响。
***G相稳态接地时，故障相对地电压滞后中性点电压相位90°，二者垂直，所以，故障相对地电压和中性点电压相乘，获得的有功等于0。
具体实施中，设相量和相量的相量积有功为WE1*F1，相量和相量的相量积有功为WE2*F2；若WE1*F1≥WE2*F2，则有超过半个周波的相量积的累加值也满足：
或，超过半个周波的平均值同样也满足：
n1为大于半个周波时间段的采样数量，uE1(ti)、uF1(ti)、uE2(ti)和uF2(ti)分别为 和在ti时刻的采样值。
式(9.1)在实际应用中，直接用相量积超过半个周波的累加值替代相量积有功实施比较，可以减少计算，有利于快速判断故障。
Claims (9)
1.相量积有功法判断故障相及选线方法，其特征是：
相量的函数表达式uE(t)为：uE(t)＝Ksin(ωt+α)，
相量的函数表达式uF(t)为：uF(t)＝Psin(ωt+α+β)，
K和P分别为相量和相量的模，α和α+β分别为相量和相量的相位角，β为相量和相量的夹角；
将相量和相量的相量积记为相量积的相量积有功记为WE*F，相量积的函数表达式记为g(t)；
WE*F＝KPcosβ
g(t)＝WE*F-KPsin(2ωt+2α+β)
相量积的相量积有功WE*F的采样算法由式(1.1)所表征：
uE(ti)、uF(ti)和g(ti)分别为相量相量和相量积在ti时刻的同步采样值，n为相量和相量的半个周波或半个周波整倍数的采样数量，n为不小于2的自然数；
根据式(1.1)获得由式(1.2)所表征的判据：
根据式(1.1)计算相量积有功，依据式(1.2)再根据相量积有功的大小和正负判断相量之间的相位关系，实现单相接地时故障相的判断和选线。
2.根据权利要求1所述的相量积有功法判断故障相及选线方法，其特征是：
针对具有m条出线的电网***，在所述电网***发生单相接地故障时，
以和分别表示超前相、滞后相和故障相的相电压，并将所述和定义为一组三相对称参照相量；
以和分别表示超前相对故障相、滞后相对超前相和故障相对滞后相的线电压，并将所述和定义为另一组三相对称参照相量，将所述定义为选线参照相量；
以和分别表示超前相、滞后相和故障相的相对地电压，以表示中性点电压将所述和和定义为故障相量；
θ表示相量和相量的夹角；
以表示第i条出线的电容电流，i＝1，2，...，m，m为不小于1的自然数，以表示故障线路的电容电流，和为故障相量，则有关系式(2.1)：
构建一组三相对称参照相量和所述三相对称参照相量和超前三相相电压和的相位均为将在(-30°，60°)区间中任意取值；或将按式(2.1)和式(2.2)跟踪中性点电压动态取值，使与的夹角为锐角且最小；
构建一组三相对称参照相量和所述三相对称参照相量和超前三相相电压和的相位均为将在(-30.5°，59.5°)区间中任意取值；或将按式(2.1)和式(2.3)跟踪中性点电压动态取值，使与的夹角为锐角且最小；
构建一个选线参照相量所述参照相量超前相位为将在(0°，90°)区间中任意取值；或将按式(2.1)和式(2.4)跟踪中性点电压动态取值，使与的夹角为锐角且最小；
用于实现有功法判断故障相的相量积为：故障相量与故障相量乘，或为故障相量与三相对称参照相量相乘；
用于实现有功法选线的相量积为：每条出线的电容电流与选线参照相量相乘，或每条出线的电容电流与故障相对地电压相乘。
3.根据权利要求2所述的相量积有功法判断故障相及选线方法，其特征是：
针对***发生G相单相接地故障，按如下任意判据进行故障相判断：
判据1：将故障相量与故障相量相乘，即：将分别与和相乘，获得 和其中，的相量积有功最大且为正；
判据2：将故障相量与三相对称参照相量相乘，即：将分别与和相乘，获得和其中，的相量积有功最大且为正；
判据3：将故障相量与三相对称参照相量相乘，即：将分别与和相乘，获得和其中，的相量积有功最大且为正；
判据4：将故障相量与三相对称参照相量相乘，即：和分别与同名相的 和相乘，获得：和其中，的相量积有功最大且为正；
判据5：将故障相量与三相对称参照相量相乘，即：将和分别与同名相的 和相乘，获得和其中，的相量积有功最大且为正；
判据6：将故障相量与三相对称参照相量相乘，即：将分别与和相乘，获得：和其中的相量积有功最大且为正；
判据7：将故障相量与三相对称参照相量相乘，即：将和分别与同名相的 和相乘，获得：和其中，的相量积有功最大且为正。
4.根据权利要求2所述的相量积有功法判断故障相及选线方法，其特征是：
针对***发生G相单相接地故障，按如下判据一到判据三的任意选线判据进行故障选线：
判据一：将故障相量与选线参照相量相乘获得相量积有功，即：将每条出线的与相乘获得故障线路的相量积有功是所有中相量积有功最大且为正值；
判据二：将故障相量与故障相量以及将故障相量与选线参照相量相乘获得相量积有功：
若将故障相量与故障相量相乘获得相量积有功，每条出线的与相乘获得故障线路的相量积有功是所有中相量积有功最大且为正值；
若时，将故障相量与选线参照相量相乘获得相量积有功，即：将每条出线的与相乘获得故障线路的相量积有功是所有中相量积有功最大且为正值；
判据三：将故障相量与选线参照相量相乘获得相量积有功，即：将每条出线的与相乘获得故障线路的相量积有功是所有中相量积有功最大且为正值。
5.根据权利要求2所述的相量积有功法判断故障相及选线方法，其特征是：
在***发生G相单相接地时，按如下任意方式获得三相的相电压采样值：
方式一：超前相相电压滞后相相电压和故障相相电压的采样值等于同名相的相对地电压的采样值减中性点电压的同步采样值，由式(5.1)所表征；
方式二：采用电压互感器进行测量，针对所述电压互感器的二次侧电压进行采样获得相电压采样值，所述电压互感器的一次侧中性点不接地。
方式三：超前相相电压滞后相相电压和故障相相电压的采样值，依据三相对地电压在单相接地故障前的等位采样值获得，所述等位采样值是指：
针对周期为T的交流信号f(t)实施采样，将***正常运行时的交流信号f(t)记为f1(t)，将tτ时刻***发生故障后的交流信号f(t)记为f2(t)，f1(t)在故障发生后t2时刻的采样值f1(t2)，并有：
k不小于1的自然数，f1(t1)为f1(t2)的在故障前的等位采样值，则：
f1(t2)＝f1(t1) (5.3)
f(t)在t2时刻的故障增量：
Δf(t2)＝f2(t2)-f1(t2) (5.4)
以f(t)表示***的相对地电压，以f1(t)表示***的相电压和以f2(t)表示单相接地后***的相对地电压和***正常运行时f(t)＝f1(t)，单相接地后f(t)＝f2(t)。
6.根据权利要求2所述的相量积有功法判断故障相及选线方法，其特征是：
超前相对故障相、滞后相对超前相和故障相对滞后相的线电压和的采样值由如下任意方式获得：
第一种方式：根据式(2.1)，和的采样值分别由超前相、滞后相和故障相的相电压和的同步采样值相减获得；
第二种方式：根据式(6.1)，和的采样值分别由超前相、滞后相和故障相的对地电压和的同步采样值相减获得；
两个相量之差等于第三个相量，则该两个相量的同步采样值相减等于第三个相量的同步采样值，并适用于向量相减运算。
7.根据权利要求2所述的相量积有功法判断故障相及选线方法，其特征是：中性点电压的采样值是根据式(2.1)由三相对地电压的同步采样值相加获得，或由电压互感器开口三角电压的采样值变换获得；
两个相量之和等于第三个相量，则该两个相量的同步采样值相加等于第三个相量的同步采样值，并适用于向量相加运算。
8.根据权利要求4所述的相量积有功法判断故障相及选线方法，其特征是：所述选线判据适用于中性点电阻器接地的电网***。
9.根据权利要求1所述的相量积有功法判断故障相及选线方法，其特征是：设相量和相量的相量积有功为WE1*F1，相量和相量的相量积有功为WE2*F2；
若WE1*F1≥WE2*F2，则有：
或：
n1为大于半个周波时间段的采样数量，uE1(ti)、uF1(ti)、uE2(ti)和uF2(ti)分别为 和在ti时刻的采样值。
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Legal Events
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Application publication date: 20190614 Assignee: HEFEI YIXIN ELECTRIC POWER TECHNOLOGY Co.,Ltd. Assignor: Zhang Anbin Contract record no.: X2021340000010 Denomination of invention: Fault phase identification and line selection by phasor product power method Granted publication date: 20201211 License type: Common License Record date: 20210525 |
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| TR01 | Transfer of patent right | ||
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Effective date of registration: 20221017 Address after: 230601 Areas B and C, Floor 5, A3 #, Phase II, Industrial Investment Liheng Industrial Plaza, at the intersection of Fanhua West Road and Chuangxin Avenue, Taohua Industrial Park, Hefei Economic Development Zone, Anhui Province Patentee after: HEFEI YIXIN ELECTRIC POWER TECHNOLOGY Co.,Ltd. Address before: 230022 room 1, building 122, No. 107, Jinzhai Road, Hefei, Anhui Patentee before: Zhang Anbin |