CN111007427A - 配电线路单相接地故障选线方法及计算机可读存储介质 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种基于相电流行波比较的配电线路单相接地选线的方法。方法包括：在配电线路上采集三相电流行波，并以母线指向线路为电流正方向；当配电线路发生单相接地故障后，比较三相电流行波故障前后差的幅值与极性关系；当其中一相电流行波差的幅值大于另外两相电流行波差的幅值1.5倍以上，并且幅值最大的相电流行波差的极性与其他两相电流行波差的极性相反，则判定故障发生在测量点负荷侧的线路上，并且电流行波差幅值最大的相为故障相；如果三相电流行波差幅值相同，而且极性一致，则判断故障发生在测量点电源侧的线路上。通过本发明的技术方案，可实现配电线路单相接地故障的精确选线。

Description

配电线路单相接地故障选线方法及计算机可读存储介质
技术领域
本发明涉及电力***保护和控制技术领域，具体而言，涉及一种配电线路单相接地故障选线方法。
背景技术
单相接地故障是配电网络的主要故障类型，占比超过80％。为了提高供电的可靠性，通常情况下配电***的中性点采用非有效接地的方式。行业标准规定***单相接地故障发生后，允许维持运行2小时。但是发生单相接地故障后接地点会流过较大的电容性电流。一般情况下当接地电容性电流超过30A时，为了避免电弧重燃和出现弧光过电压，常采用消弧线圈对电容电流进行补偿。采用消弧线圈对电容性电流进行补偿的方式可以分全补偿、过补偿和欠补偿三种。一般情况下，为了避免由于运行方式发生改变或部分负荷退出运行而造成的谐振现象，过补偿的方式被采用的最多。消弧线圈的应用极大削减了单相接地故障的电流特征，给故障检测带来了巨大的挑战。
20世纪80年代，提出了单相接地故障选线技术。稳态法、暂态法、行波法和信号注入法为现有主要的故障选线方法。
稳态法和暂态法是指利用单相接地故障发生后不同馈线的稳态特征和暂态特征差异选择故障线路。稳态法包括群体比幅比相法，零序导纳法等。暂态法包括首半波法，暂态特征频带法等。但是受消弧线圈的影响以及复杂的运行工况，稳态法和暂态法难以满足现场要求。
信号注入法即在配网母线处人为注入信号，通过分析信号对故障线路和非故障线路的影响，利用检测不同线路信号变化的方法进行选线。该方法需要改变一次侧设备，或者对一次侧设备进行操作，有可能影响电力***的安全运行。
行波选线法是利用单相接地故障产生的行波选择接地线路的方法。该方法比较不同馈线上初始电流行波的幅值和极性来选择故障线路。
现有的稳态、暂态和行波选线法都需要接入所有线路的电流互感器，因此其受不同线路电流互感器特性的影响。
此外，分支线路是配电***的一种重要的拓扑特征。由于城市化进程较快，配电线路的规划很难与城市建设规划同步，导致为了满足城市供电需求，分支线路被大量应用。在部分城市，分支线路的长度占10kV配电线路总长度的比重较高。目前所有的单相接地故障选线策略都不能选择分支线路。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术或相关技术中存在的技术问题之一。
本发明提供了一种基于相电流行波比较的配电线路单相接地选线的方法。其中，方法包括：在配电线路上同步采集三相电流行波，并以母线指向线路为电流正方向；当配电线路发生单相接地故障后，比较三相电流行波故障前后差的幅值与极性关系，其中，当其中一相电流行波差的幅值大于另外两相电流行波差的幅值1.5倍以上，并且幅值差最大的相电流行波的极性与其他两相电流行波差的极性相反，则判定故障发生在测量点负荷侧的线路上，并且判定电流行波差幅值最大的相为故障相；如果三相电流行波差幅值之间的差值不超过预定数值，而且极性一致，则判断故障发生在测量点电源侧的线路上。
三相***正常运行时，三相线路存在对地电容以及相与相之间的电容。当三相***发生单相接地故障时，接地相的电压降低，非接地相的电压升高；而对相与相之间的线电压，无论是接地相与非接地相之间，还是非接地相之间，都不变。所以，三相线路相与相之间的电容上的电气量不受单相接地故障的影响，但是相与地之间的电容上的电气量受单相接地故障的影响明显，具体分析如下。
由于非接地相的电压由相电压升高至线电压，无论是接地线路还是非接地线路，非接地相线路与地之间的电容将被充电。由于接地相的电压降低，尤其接地点的电压由相电压降低至地电压(为零电压的参考值)，因此接地相线路与地之间的电容都将向接地点放电，在接地线路接地点的电源侧，电容的放电方向为电源指向接地点，也就是母线指向线路的方向；而在接地线路接地点的负荷侧，电容的放电方向为负荷指向接地点，也就是线路指向母线的方向；对非接地线路而言，接地相的电容放电方向为线路指向母线。因此可得：单相接地故障发生后，接地线路的接地点电源侧，接地相电流与非接地相电流的流向相反；接地线路的接地点负荷侧，接地相电流与非接地相电流的流向相同；非接地线路，接地相的电流与非接地相电流的流向相同。
行波本质上是在导体中传播的电磁波，包括暂态行波与稳态行波。当电力***中发生单相接地故障时，根据叠加原理，故障后的网络可以分解为负荷网络和故障分量网络的叠加。显然，单相接地故障电流行波故障分量只与故障分量网络有关。因此，相电流故障分量可反映接地线路与接地点位置。
基于上述原理，本发明提出的基于相电流行波比较的配电线路单相接地故障选线方法，可以有效地基于相电流行波的变化来实现配电线路单相接地故障的精确选线。
进一步地，测量点可以选择为变电站内配电线路出线端，此时采集到的三相电流行波为所有母线上所有出线的三相电流行波。同样，通过对所有出线的三相电流行波故障前后差的比较，可以实现变电站内配电线路单相接地故障的选线。
进一步地，测量点可以选择为一条配电线路上的分支点，在这种情况下，通过收集所述配电线路上分支线路的三相电流行波，对分支线路的三相电流行波故障前后差的比较，可以实现分支线路的单相接地故障的选线。
在上述技术方案中，还包括：实时采集并存储配电线路正常运行状态下的正常稳态三相电流行波。
在上述技术方案中，三相电流行波的幅值与极性关系的比较包括：单相接地故障启动后，采集单相接地故障后稳态三相电流行波，用所述稳态三相电流行波减去故障前对应的正常稳态三相电流行波，得到三相电流稳态行波差，所述三相电流稳态行波差作为所述三相电流行波差。
三相电流稳态行波差的数学表现为三路正弦信号，利用数学分解方法可以求得三相电流行波差的幅值和极性。
在上述技术方案中，进一步包括：实时采集所述测量点的三相电流行波，并将采样值与一个周波前的对应值做差；将所述三相电流行波差与预设阈值进行比较，若所述三相电流行波差中任一相大于所述预设阈值，则启动接地线路判定。
通过设置预设阈值作为启动接地线路的判定标准，在没有达到该阈值之前，可以认为没有发生接地故障，所以避免频繁启动接地故障的判断。该阈值可以为躲过***中最大干扰的值，如100mA(毫安)。
附图说明
图1示出了根据本发明的一个实施例的基于相电流行波比较的配电线路单相接地选线方法的流程示意图；
图2示出了根据本发明的另一个实施例的基于相电流行波比较的变电站内配电线路单相接地选线方法的流程示意图；
图3示出了根据本发明的再一个实施例的基于相电流行波比较的一条配电线路所连接的分支线路单相接地选线方法的流程示意图；
图4示出了根据本发明的配电线路的使用示意图；
图5示出了根据本发明的配电线路的分支线路的使用示意图；
图6示出了根据本发明的故障点在测量点负荷侧的仿真波形图；
图7示出了根据本发明的故障点在测量点电源侧的仿真波形图；以及
图8示出了根据本发明的变电站非故障线路的仿真波形图。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。
如图1所示，根据本发明的一个实例的基于相电流行波比较的配电线路单相接地选线方法的流程示意图。其中，该方法包括：
步骤102，实时采样并存储配电线路正常运行状态下三相电流行波。
步骤104，当线路发生扰动，采样并存储配电线路单相接地故障后稳态三相电流行波。
步骤106，用单相接地故障后稳态三相电流行波减去故障前三相电流行波，得到稳态三相电流行波差。
步骤108，比较三相电流行波差的极性和幅值。当其中一相电流行波差的幅值远大于另外两相电流行波差的幅值，例如大于另外两相电流行波差幅值的1.5倍以上，并且幅值最大的相电流行波差极性与其他两相电流行波差的极性相反，则判定故障发生在测量点负荷侧的线路上，如图6所示的仿真波形图；当三相电流行波差极性相同，并且幅值基本相同，则判定故障发生在测量点电源侧的线路上，如图7所示的仿真波形图。图8示出了变电站非故障线路的仿真波形图。
本申请提出的基于相电流行波比较的配电线路单相接地选线方法，应用于一条配电线路，如图4所示，测量点分布在线路的分段开关处。测量点实时采集配电线路正常运行状态下的稳态三相电流行波。并存储一定时间内的采样数据。当检测到行波扰动时测量点继续采集故障后的稳态三相电流行波，并且存储一定时间长度的故障后稳态电流行波数据。用故障后稳态三相电流行波减去故障前三相电流行波，得到三相电流行波差。本申请所述配电线路单相接地选线依据为三相电流行波差。利用傅里叶分解方法可以得到相电流行波差的幅值和相位。相位相差0度认为是同极性，相位相差180度认为是反极性。比较三相电流行波差的极性和幅值。当一相电流行波差的幅值远大于另外两相电流行波差的幅值，并且幅值最大的相电流行波差极性与其他两相电流行波差的极性相反，则判定故障发生在测量点负荷侧的线路上；当三相电流行波差极性相同，并且幅值基本相同，则判定故障发生在测量点电源侧的线路上。
本申请的实施例中的行波指的是稳态行波。
本申请可以选择出配电线路上单相接地故障点相对于测量点的范围，即故障点在测量点电源侧还是负荷侧。当一条线路上有多个测量点时，可以进一步实现故障区段的识别。
如图2所示，根据本发明的另一个实例的基于相电流行波比较的变电站内配电线路单相接地选线方法的流程示意图。其中，该方法包括：
步骤202，实时采样并存变电站内配电线路正常运行状态下三相电流行波。
步骤204，当线路发生扰动，采样并存储配电站内配电线路单相接地故障后稳态三相电流行波。
步骤206，用单相接地故障后稳态三相电流行波减去故障前三相电流行波，得到稳态三相电流行波差。
步骤208，比较三相电流行波差的极性和幅值。当一相电流行波差的幅值远大于另外两相电流行波差的幅值，并且幅值最大相的电流行波差极性与其他两相电流行波差的极性相反，则判定该配电线路为故障线路；当三相电流行波差极性相同，并且幅值基本相同，则判定该配电线路为正常线路。
本发明提出的基于相电流行波比较的变电站内配电线路单相接地选线方法，应用于变电站内连接同一母线的配电线路，测量点分布在线路的首端。测量点实时采集配电线路正常运行状态下的稳态三相电流行波。并存储一定时间内的采样数据。当检测到行波扰动时，测量点继续采集故障后的稳态三相电流行波，并且存储一定时间长度的故障后稳态电流行波数据。用单相接地故障后稳态三相电流行波减去故障前三相电流行波，得到稳态三相电流行波差。利用傅里叶分解方法得到相电流行波差的幅值和相位。相位相差0度认为是同极性，相位相差180度认为是反极性。比较三相电流行波差的极性和幅值。当一相电流行波差的幅值远大于另外两相电流行波差的幅值，并且幅值最大相的电流行波差极性与其他两相电流行波差的极性相反，则判定该线路是故障线路；当三相电流行波差极性相同，并且幅值基本相同，则判定该线路是非故障线路。
本发明的实施例中的行波指的是稳态行波。
本发明可以从变电站同一母线连接的若干条配电线路中选择出故障线路。若故障线路上安装有多个测量点，则可根据实例1实现故障的区段定位。
如图3所示，根据本发明的再一个实例的基于相电流行波比较的一条配电线路所连接的分支线路单相接地选线方法的流程示意图。其中，该方法包括：
步骤302，实时采样并存一条配电线路所连接的分支线路正常运行状态下三相电流行波。
步骤304，当分支线路发生扰动，采样并存储一条配电线路所连接的分支线路单相接地故障后稳态三相电流行波。
步骤306，用单相接地故障后稳态三相电流行波减去故障前三相电流行波，得到稳态三相电流行波差。
步骤308，比较三相电流行波差的极性和幅值。当一相电流行波差的幅值远大于另外两相电流行波差的幅值，并且幅值最大相的电流行波差极性与其他两相电流行波差的极性相反，则判定该分支线路为故障线路；当三相电流行波差极性相同，并且幅值基本相同，则判定该分支线路为正常线路。
本发明提出的基于相电流行波比较的一条配电线路所连接的分支线路单相接地选线方法，应用于一条配电线路所连接的分支线路，测量点分布在分支线路的首端，如图5所示。测量点实时采集配电线路正常运行状态下的稳态三相电流行波，并存储一定时间内的采样数据。当检测到行波扰动时，测量点继续采集配电线路单相接地故障时的行波数据，并且存储一定时间长度的故障后稳态电流行波数据。用单相接地故障后稳态三相电流行波减去故障前三相电流行波，得到稳态三相电流行波差。利用傅里叶分解方法得到三相电流行波差的幅值和相位。相位相差0度认为是同极性，相位相差180度认为是反极性。比较三相电流行波差的极性和幅值。当一相电流行波差的幅值远大于另外两相电流行波差的幅值，并且幅值最大相的电流行波差的极性与其他两相电流行波差的极性相反，则判定该分支线路是故障线路；当三相电流行波差极性相同，并且幅值基本相同，则判定该分支线路是非故障线路。
本发明实施例中的行波指的是稳态行波。
本发明可以适用于一条配电线路连接若干条分支线路的情况。通过分支线路首端的测量点，可以判定该分支线路是否为故障线路，从而利用所有分支线路手段的测量点，选择出故障分支线路。
本发明提供的计算机可读存储介质，计算机程序被处理器执行时实现如上述任一实施例的配电线路单相接地故障选线方法的步骤，因此该计算机可读存储介质包括上述任一实施例的配电线路单相接地故障选线方法的全部有益效果。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种基于相电流行波比较的配电线路单相接地故障选线方法，其特征在于，包括：
在配电线路上同步采集三相电流行波，并以母线指向线路为电流正方向；
当配电线路发生单相接地故障后，比较三相电流行波故障前后差的幅值与极性关系，其中
当其中一相电流行波差的幅值大于另外两相电流行波差的幅值1.5倍以上，并且幅值差最大的相电流行波的极性与其他两相电流行波差的极性相反，则判定故障发生在测量点负荷侧的线路上，并且判定电流行波差幅值最大的相为故障相；如果三相电流行波差幅值之间的差值不超过预定数值，而且极性一致，则判断故障发生在测量点电源侧的线路上。
2.根据权利要求1所述的配电线路单相接地故障选线方法，其特征在于，
所述测量点选择为变电站内配电线路出线端，所述三相电流行波为所有母线上所有出线的三相电流行波。
3.根据权利要求1所述的配电线路单相接地故障选线方法，其特征在于，
所述测量点选择为一条配电线路上的分支点，收集所述配电线路上分支线路的三相电流行波。
4.根据权利要求1所述的配电线路单相接地故障选线方法，其特征在于，所述方法还包括：
实时采集并存储配电线路正常运行状态下的正常稳态三相电流行波。
5.根据权利要求4所述的配电线路单相接地故障选线方法，其特征在于，所述比较三相电流行波故障前后差的幅值与极性关系，包括：
检测到单相接地故障启动后，采集单相接地故障后稳态三相电流行波，用所述稳态三相电流减去故障前对应的所述三相稳态电流行波，得到三相电流稳态行波差，通过所述三相电流稳态行波差计算得到所述三相电流行波差的幅值和极性。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的配电线路单相接地故障选线方法，其特征在于，所述方法还包括：
实时采集所述测量点的三相电流行波；
将所述三相电流行波与一周波前的三相电流行波做差，并将三相电流行波差与预设阈值进行比较，若所述三相电流行波差中任一相大于所述预设阈值，则启动单相接地故障线路判定。
7.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被执行时，实现如权利要求1至6中任一项所述的配电线路单相接地故障选线方法的步骤。
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