CN110118912B - 一种基于灰色关联分析的经消弧线圈装置接地配电网单相接地故障选线方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于灰色关联分析的单相接地故障选线新方法，首先调节消弧线圈装置，使配电网过补偿度发生变化，在5个不同的过补偿度下分别测量流过各馈线零序电流工频量幅值；对各馈线零序电流工频量幅值变化序列进行无量纲化处理，并计算任意馈线与参考馈线零序电流工频量幅值变化序列之间的关联度；计算其中一条馈线与其他所有馈线之间关联度之和的平均值以及馈线故障评价指标；最后确定故障馈线判断阈值，若所有馈线的故障评价指标均低于故障馈线判断阈值，则单相接地故障发生在母线上，否则故障评价指标高于故障馈线判断阈值的馈线为故障馈线。本发明所需样本量少，适应性强，计算量小，且可大幅降低或消除小电流测量误差对选线结果的影响。

Description

一种基于灰色关联分析的经消弧线圈装置接地配电网单相接 地故障选线方法

技术领域

本发明属于非有效接地配电网技术领域，具体涉及一种基于灰色关联分析的单相接地故障选线新方法。

背景技术

现有非有效接地配电网单相接地故障选线方法按照其利用信息的不同大致可分为2类：一是基于外加注入信号的故障选线方法；二是利用单相接地故障时的电气量变化特征进行故障选线，其又可分为基于故障稳态分量的故障选线法、基于故障暂态分量的故障选线法和综合选线方法。根据现场实际应用经验来看，基于故障稳态分量的残流增量法创造性地利用过补偿度调节这一动态过程实现故障选线，可在很小的接地故障电流条件下选出故障馈线，现场应用效果好。其基本原理为单相接地故障状态下，改变消弧线圈的过补偿度或改变消弧线圈串并联电阻，然后对比各馈线中零序电流变化量实现故障选线。

然而，在如何调节消弧线圈以进一步提高残流增量法接地故障选线的动作可靠性方面，目前仍未形成共识。一种思路认为，在欠补偿区域，残流增量法接地故障选线无法正确动作，提出通过切换***接地方式实现故障选线；另一思路认为，为提取故障馈线和非故障馈线中零序电流特征区别，应使过补偿度由-p0调节至p0；还有的思路认为过补偿度的调节并无特殊限制，只需将消弧线圈调节一档或数档即可。

因此，为提高残流增量法单相接地故障选线的可靠性，本发明专利提出了一种新的方法，即首先调节消弧线圈装置，使配电网过补偿度p发生变化，在5个不同的过补偿度(分别为p₁,p₂,p₃,p₄,p₅)下分别测量流过各馈线零序电流工频量幅值；然后利用灰色关联分析对测量到的各馈线零序电流工频量幅值变化序列进行无量纲化处理，并计算任意馈线与参考馈线零序电流工频量幅值变化序列之间的关联度；接着计算某馈线与其他所有馈线之间关联度之和的平均值，称为该馈线的平均关联度；然后计算馈线故障评价指标，具体为该馈线平均关联度与其他所有馈线平均关联度差值绝对值之和；最后确定故障馈线判断阈值，若所有馈线的故障评价指标均低于故障馈线判断阈值，则单相接地故障发生在母线上，否则故障评价指标高于故障馈线判断阈值的馈线为故障馈线。

发明内容：

本发明的目的是提供一种基于灰色关联分析的单相接地故障选线方法，可用于可靠确定经消弧线圈接地配电网发生单相接地故障的馈线，以克服背景技术中存在的问题。

为了实现上述目的，本发明的技术方案为：

一种基于灰色关联分析的经消弧线圈装置接地配电网单相接地故障选线方法，其特征在于,包括，

步骤1、调节消弧线圈装置，使配电网过补偿度p发生变化，在5个不同的过补偿度p₁,p₂,p₃,p₄,p₅下分别测量流过各馈线零序电流工频量幅值；形成下述矩阵：

式中x_i ^*(k)代表第i条馈线在第k个补偿度下的零序电流幅值，l代表连接至同一母线处的馈线数量。

步骤2、利用灰色关联分析对测量到的各馈线零序电流工频量幅值变化序列进行无量纲化处理，并计算任意馈线与参考馈线零序电流工频量幅值变化序列之间的关联度；

步骤3、计算其中一条馈线与其他所有馈线之间关联度之和的平均值，也就是该馈线的平均关联度；

步骤4、计算馈线故障评价指标，具体为该馈线平均关联度与其他所有馈线平均关联度差值绝对值之和；

步骤5、确定故障馈线判断阈值，若所有馈线的故障评价指标均低于故障馈线判断阈值，则单相接地故障发生在母线上，否则故障评价指标高于故障馈线判断阈值的馈线为故障馈线。

在上述的基于灰色关联分析的经消弧线圈装置接地配电网单相接地故障选线方法，所述步骤2中，利用灰色关联分析对测量到的各馈线零序电流工频量幅值变化序列进行无量纲化处理基于以下公式：

其中x_i*(k)为第i条馈线在第k个过补偿度下测量到的零序电流幅值，x_i ^eq(k)为其对应的无量纲化处理结果，l为馈线总数量。

利用下式计算任意馈线i与参考馈线j零序电流工频量幅值变化序列之间的关联度：

其中r_i-j表示第i条馈线与参考馈线j的零序电流工频量幅值变化序列之间的关联度，i和j分别代表第i条和第j条馈线，ξ_i-j(k)代表第k个补偿度下第i条馈线与参考馈线j的零序电流工频量幅值之间的关联系数，计算公式为

其中ρ为分辨系数，△min为无量纲化处理后的零序电流序列对应的两级最小差，计算公式为

△max为无量纲化处理后的零序电流序列对应的两级最大差，计算公式为

Δ_i-j(k)代表第k个补偿度下第i条馈线和第j条馈线的零序电流工频量幅值之间的差值，计算公式为

在上述的基于灰色关联分析的经消弧线圈装置接地配电网单相接地故障选线方法，所述步骤3中，计算某馈线与其他所有馈线之间关联度之和的平均值基于以下公式：

称为该馈线的平均关联度。式中r_i-j表示馈线i和馈线j零序电流工频量幅值变化序列之间的关联度，l为馈线总数量。

在上述的基于灰色关联分析的经消弧线圈装置接地配电网单相接地故障选线方法，所述步骤4中，馈线故障评价指标为该馈线平均关联度与其他所有馈线平均关联度差值绝对值之和，基于以下公式：

表示馈线i与其他所有馈线之间关联度之和的平均值，λ_i表示馈线i的故障评价指标。

在上述的基于灰色关联分析的经消弧线圈装置接地配电网单相接地故障选线方法，所述步骤5中，确定故障馈线判断阈值λ_set，

其中λ_i表示馈线i的故障评价指标，l表示馈线的总数量，K_re表示可靠性系数

因此，本发明具有如下优点：(1)利用不同过补偿度下各馈线零序电流幅值序列之间的相似性实现配电网单相接地故障选线，可充分利用过补偿度变化下各馈线零序电流的动态变化特征来实现选线，选线可靠性高，且可重复性选线。(2)利用灰色关联度理论来实现各馈线零序电流幅值序列之间的相似度判断，所需样本量少，适应性强，计算量小，且可大幅降低或消除小电流测量误差对选线结果的影响，

附图说明

图1一种基于灰色关联分析的单相接地故障选线方法流程图；。

图2某典型经消弧线圈装置接地的配电网。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步的说明。

第1步，一旦发生永久性单相接地故障，调节消弧线圈装置，使配电网过补偿度p发生变化，在5个不同的过补偿度(分别为p₁,p₂,p₃,p₄,p₅)下分别测量流过各馈线零序电流工频量幅值，形成下述矩阵：

式中x_i ^*(k)代表第i条馈线在第k个补偿度下的零序电流幅值，l代表连接至同一母线处的馈线数量。

第2步，利用灰色关联分析对测量到的各馈线零序电流工频量幅值变化序列进行无量纲化处理，如式(2)所示。

式中x_i*(k)为第i条馈线在第k个过补偿度下测量到的零序电流幅值，x_i ^eq(k)为其对应的无量纲化处理结果。

然后利用式(3)计算任意馈线i与参考馈线j零序电流工频量幅值变化序列之间的关联度：

其中r_i-j表示第i条馈线与参考馈线零序电流工频量幅值变化序列之间的关联度，式中

第3步：计算某馈线与其他所有馈线之间关联度之和的平均值，称为该馈线的平均关联度，如式(4)所示。

式中r_i-j表示馈线i和馈线j零序电流工频量幅值变化序列之间的关联度。

第4步：计算馈线故障评价指标，具体为该馈线平均关联度与其他所有馈线平均关联度差值绝对值之和。如式(5)所示。

式中

表示馈线i与其他所有馈线之间关联度之和的平均值，λ_i表示馈线i的故障评价指标。

第5步：确定故障馈线判断阈值λ_set，如下式(6)所示。

其中λ_i表示馈线i的故障评价指标，l表示馈线的总数量，K_re表示可靠性系数。

第6步：确定故障馈线。若所有馈线的故障评价指标均低于故障馈线判断阈值，则单相接地故障发生在母线上，否则故障评价指标高于故障馈线判断阈值的馈线为故障馈线。

下面通过借助实施例更加详细地说明本发明，但以下实施例仅是说明性的，本发明的保护范围并不受这些实施例的限制。

某典型经消弧线圈接地的配电网如附图2所示，该模型是一个10kV的配电网馈线***，馈线由架空线和电缆构成，出线共有6条，其中线路1为架空线—电缆混联线路，由20km架空线路和10km电缆组成；线路2、线路3和线路4为电缆线路，其余为架空线路。1)架空线路参数：r₀＝0.23Ω/km，r₁＝0.096Ω/km；l₀＝3.66mH/km，l₁＝1.22mH/km；c₀＝0.007μF/km，c₁＝0.011μF/km。2)电缆线路参数：r₀＝0.34Ω/km，r₁＝0.11Ω/km；l₀＝1.54mH/km，l₁＝0.52mH/km；c₀＝0.19μF/km，c₁＝0.29μF/km。

下面结合实施例描述本发明所述基于零序电流动态变化特征的单相接地故障选线方法，不失一般性，假设馈线5距离母线7km处发生了经过渡电阻R_f＝1000Ω的单相接地故障，为确定故障线路，包括如下所述具体过程：

第1步，调节消弧线圈装置，使配电网过补偿度变化，分比为过补偿10％、过补偿5％、全补偿、欠补偿5％、欠补偿10％。测量各馈线在不同过补偿度下的零序电流幅值，形成矩阵如下所示：

第2步，利用灰色关联分析对测量到的各馈线零序电流工频量幅值变化序列进行无量纲化处理，并任意馈线i与参考馈线j零序电流工频量幅值变化序列之间的关联度，形成关联度矩阵如下：

式中r_ij代表第i条馈线与第j条馈线零序电流工频量幅值变化序列

第3歩，计算某馈线与其他所有馈线之间关联度之和的平均值，称为该馈线的平均关联度。则馈线1、2、3、4、5和6的平均关联度分别为：0.91266、0.91248、0.91268、0.91262、0.5935、0.91268。

第4步，计算馈线故障评价指标，具体为该馈线平均关联度与其他所有馈线平均关联度差值绝对值之和。馈线1、2、3、4、5和6的故障评价指标分别为：0.31942、0.3197、0.31946、0.31942、1.59562、0.31946。

第5步，确定故障馈线判断阈值λ_set，可得0.9996。

第6步，因馈线5的评价指标1.59562高于故障馈线判断阈值0.9996，而馈线1、2、3、4和6的评价指标分别为0.31942、0.3197、0.31946、0.31942和0.31946，均远小于故障馈线判断阈值。因此，可确定故障馈线为馈线5。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。本说明书中未作详细描述的部分属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (4)

1.一种基于灰色关联分析的经消弧线圈装置接地配电网单相接地故障选线方法，其特征在于,包括，

步骤1、调节消弧线圈装置，使配电网过补偿度p发生变化，在5个不同的过补偿度p₁,p₂,p₃,p₄,p₅下分别测量流过各馈线零序电流工频量幅值；形成下述矩阵：

式中x_i ^*(k)代表第i条馈线在第k个补偿度下的零序电流幅值，l代表连接至同一母线处的馈线数量；

步骤2、利用灰色关联分析对测量到的各馈线零序电流工频量幅值变化序列进行无量纲化处理，并计算任意馈线与参考馈线零序电流工频量幅值变化序列之间的关联度；

步骤3、计算其中一条馈线与其他所有馈线之间关联度之和的平均值，也就是该馈线的平均关联度；

步骤4、计算馈线故障评价指标，具体为该馈线平均关联度与其他所有馈线平均关联度差值绝对值之和；

步骤5、确定故障馈线判断阈值，若所有馈线的故障评价指标均低于故障馈线判断阈值，则单相接地故障发生在母线上，否则故障评价指标高于故障馈线判断阈值的馈线为故障馈线；确定故障馈线判断阈值λ_set，

其中λ_i表示馈线i的故障评价指标，K_re表示可靠性系数。

2.一种如权利要求1所述的基于灰色关联分析的经消弧线圈装置接地配电网单相接地故障选线方法，其特征在于，所述步骤2中，利用灰色关联分析对测量到的各馈线零序电流工频量幅值变化序列进行无量纲化处理基于以下公式：

其中x_i*(k)为第i条馈线在第k个过补偿度下测量到的零序电流幅值，x_i ^eq(k)为其对应的无量纲化处理结果；

利用下式计算任意馈线i与参考馈线j零序电流工频量幅值变化序列之间的关联度：

其中r_i-j表示第i条馈线与参考馈线j的零序电流工频量幅值变化序列之间的关联度，i和j分别代表第i条和第j条参考馈线，ξ_i-j(k)代表第k个补偿度下第i条馈线与参考馈线j的零序电流工频量幅值之间的关联系数，计算公式为

其中ρ为分辨系数，△min为无量纲化处理后的零序电流序列对应的两级最小差，计算公式为

△max为无量纲化处理后的零序电流序列对应的两级最大差，计算公式为

Δ_i-j(k)代表第k个补偿度下第i条馈线和第j条馈线的零序电流工频量幅值之间的差值，计算公式为

3.一种如权利要求2所述的基于灰色关联分析的经消弧线圈装置接地配电网单相接地故障选线方法，其特征在于，所述步骤3中，计算某馈线与其他所有馈线之间关联度之和的平均值

基于以下公式：

称为该馈线的平均关联度；式中r_i-j表示馈线i和馈线j零序电流工频量幅值变化序列之间的关联度。

4.一种如权利要求3所述的基于灰色关联分析的经消弧线圈装置接地配电网单相接地故障选线方法，其特征在于，所述步骤4中，馈线故障评价指标为该馈线平均关联度与其他所有馈线平均关联度差值绝对值之和，基于以下公式：

表示馈线i与其他所有馈线之间关联度之和的平均值，λ_i表示馈线i的故障评价指标。

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