CN112578228A - 一种不依赖于零序的配电网单相接地故障判别算法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种不依赖于零序的配电网单相接地故障判别算法，它包括S1：采集三相电压、电流，并记录原始采样波形；S2：分别对三相电压、电流进行傅里叶运算，得到各自的稳态基波幅值；S3：相电压瞬间突变升高，突变比例达到设置门槛值kU，触发故障判别流程，进入S4；S4：首先对相电压瞬变前后稳态三相电流进行查看，在同一时间段内，第一相最大电流变化的最大振幅与第二和第三相最大电流变化的振幅之和与其值的商是否超过预设值kI；S5：检测相电压瞬变前暂态三相电流变化趋势。本发明根据单相接地故障发生时，相电流的变化特征，进行故障判别，根据仿真结果，能准确有效检测出接地电阻8000Ω以内的单相接地故障，大幅提高单相接地故障判别准确度。
Description
技术领域
本发明涉及一种故障判别算法，具体涉及一种配电网单相接地故障判别算法。
背景技术
我国配电网大多为中性点不接地***，发生单相接地故障时，零序电流幅值较小，判别难度大。目前国内配电终端设备主流厂家均采用零序小信号参数识别法进行单相接地故障判别，该技术受外部互感器精度影响较大，并且只能准确判别接地电阻1000Ω以下的单相接地故障；针对大电阻、超大电阻接地情况下的单相接地故障无法进行准确判别。
发明内容
发明目的：本发明的目的是为了克服现有技术中的不足，提供一种不依赖于零序的配电网单相接地故障判别算法，根据单相接地故障发生时，相电流的变化特征，进行故障判别，根据仿真结果，能准确有效检测出接地电阻8000Ω以内的单相接地故障，大幅提高单相接地故障判别准确度。
技术方案：为了解决上述技术问题，本发明所述的一种不依赖于零序的配电网单相接地故障判别算法，它包括以下步骤，
S1：采集三相电压、三相电流，并记录原始采样波形，采样频率≥12.8kHz；
S2：分别对三相电压、三相电流进行傅里叶运算，得到各自的稳态基波幅值；
S3：相电压瞬间突变升高，突变比例达到设置门槛值kU，触发故障判别流程，进入S4；
S4：首先对相电压瞬变前后稳态三相电流进行查看，在同一时间段内，第一相最大电流变化的最大振幅与第二和第三相最大电流变化的振幅之和与其值的商是否超过预设值kI，公式表示为（假设A相为故障相）
若k＞kI，则为区内故障，跳转到S6给出单相接地区内故障结论；若k≤kI，则进入S5进行暂态判别；
S5：检测相电压瞬变前暂态三相电流变化趋势，若出现某相变化趋势与其他两相反向，即判定为单相接地区内故障，跳转到S6给出单相接地区内故障结论；若未出现反向情况，即判定单相接地区外故障，跳转到S6给出单相接地区外故障结论；
S6：得出故障结论。
本发明的基本原理：利用***中的暂态和稳态相电流信息，检测三相配电网的接地故障，实现故障定位和隔离。
当发生接地故障时，故障电流经故障点流向故障线路，故障点后的线路则没有故障电流通过，而且发生故障瞬间，电网电流发生突变，故障区域三相电流值变化很大，而非故障健全区域的三相电流值变化很小，波形近似，呈现出三相电流不对称的特征。
有益效果：本发明与现有技术相比，其显著优点是：
（1）只需测量三相电流，不需要检测零序电压、零序电流；
（2）灵敏度高，可有效检测高阻接地故障，仿真情况可检测高达8000欧姆的接地电阻；
（3）检测与负荷电流无关，负荷的变化是自然的、对称变化的；
（4）检测与***消弧线圈调谐情况无关，电网***消弧线圈的调谐情况不会影响装置的测量结果；
（5）与***对地电容无关，电网***的馈线长度、分布和对地电容的大小等，不会影响测量。
附图说明
图1是本发明的故障分析步骤图；
图2是正常线路电流变化图a；
图3是正常线路电流变化局部放大图；
图4是故障线路故障点前线路电流变化图a；
图5是故障线路故障点后线路电流变化图a；
图6是正常线路电流变化图b；
图7是故障线路故障点前线路电流变化图b；
图8是故障线路故障点后线路电流变化图b；
图9是故障线路故障点前线路电流变化图c；
图10是非故障线路暂态电流变化图；
图11是故障线路故障点前线路电流变化图d；
图12是故障线路故障点后线路电流变化图d。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。
1）稳态分析
针对不同的线路拓扑（2组MATLAB模型，3组PSCAD模型-PSCAD的模型数据导入MATLAB进行数据分析，包含不接地***，消弧线圈接地***的电缆线路，架空线路及混合线路），分别仿真在不同的线路长度（配电线路在100KM之内），接地电阻（0.001-8000欧姆），故障时刻（0-90度），负载变化（空载-1M）时发生单相接地时的情况。
● 首先对不接地***空载接地电阻0.001欧故障角度0度的情况进行分析，仿真结果如图2、3、4、5所示。
● 再以不接地***带载接地电阻1000欧姆为例说明，结果如图6、7、8所示。
●最后以不接地***带载接地电阻8000欧姆为例说明，结果如图9所示。
在仿真阶段完成了不同拓扑，线路长度，各种故障条件下的仿真测试，作为典型只展示以上三种情况的波形，以仿真分析得到以下故障特征量的判据。
稳态故障特征分析：
查看在同一时间段内，第一相最大电流变化的最大振幅与第二和第三相最大电流变化的振幅之和与其值的商是否超过预设值k，公式表示为（假设A相为故障相）
根据仿真结果，可以得到在各种仿真状态下K的取值普遍在2-5之间（排除仿真模型设置的问题，会有个别情况下不在此范围，同时，考虑到实际***更加复杂，在后续的工程应用中此预设值可根据经验进行适当调整）。
2）暂态分析
上面的分析基于稳态不对称，但是该方法还可通过适当的滤波器选择和测量的时间周期，进行暂态不对称的检测，仿真的暂态波形电流差如下图10、11、12所示。
在暂态状态下，由于暂态维持时间较短及波形的差异性很大，对于稳态的幅值判据的采样速度及可靠性有更高的要求。另外，在此基础上可考虑根据波形特性，使用以下算法检测其不对称性：装置检测三相电流变化的方向，即故障点前的故障相电流差值的变化方向与其他相是反向的，而线路其他检测点检测到的变化方向是相同的，依据此判据进行定性分析。
上述稳态算法及暂态算法可以结合使用，在录波数据中进行分别的判定，相互结合以提高判断的准确性。
如图1所示，本发明的总体步骤如下，
S1：采集三相电压、三相电流，并记录原始采样波形，采样频率≥12.8kHz；
S2：分别对三相电压、三相电流进行傅里叶运算，得到各自的稳态基波幅值；
S3：相电压瞬间突变升高，突变比例达到设置门槛值kU，触发故障判别流程，进入S4；
S4：首先对相电压瞬变前后稳态三相电流进行查看，在同一时间段内，第一相最大电流变化的最大振幅与第二和第三相最大电流变化的振幅之和与其值的商是否超过预设值kI，公式表示为（假设A相为故障相）
若k＞kI，则为区内故障，跳转到S6给出单相接地区内故障结论；若k≤kI，则进入S5进行暂态判别；
S5：检测相电压瞬变前暂态三相电流变化趋势，若出现某相变化趋势与其他两相反向，即判定为单相接地区内故障，跳转到S6给出单相接地区内故障结论；若未出现反向情况，即判定单相接地区外故障，跳转到S6给出单相接地区外故障结论；
S6：得出故障结论。
本发明只需测量三相电流，不需要检测零序电压、零序电流；灵敏度高，可有效检测高阻接地故障，仿真情况可检测高达8000欧姆的接地电阻；检测与负荷电流无关，负荷的变化是自然的、对称变化的；检测与***消弧线圈调谐情况无关，电网***消弧线圈的调谐情况不会影响装置的测量结果；与***对地电容无关，电网***的馈线长度、分布和对地电容的大小等，不会影响测量。
本发明提供了一种思路及方法，具体实现该技术方案的方法和途径很多，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，本实施例中未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。
Claims (1)
1.一种不依赖于零序的配电网单相接地故障判别算法，其特征在于：它包括以下步骤，
S1：采集三相电压、三相电流，并记录原始采样波形，采样频率≥12.8kHz；
S2：分别对三相电压、三相电流进行傅里叶运算，得到各自的稳态基波幅值；
S3：相电压瞬间突变升高，突变比例达到设置门槛值kU，触发故障判别流程，进入S4；
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若k＞kI，则为区内故障，跳转到S6给出单相接地区内故障结论；若k≤kI，则进入S5进行暂态判别；
S5：检测相电压瞬变前暂态三相电流变化趋势，若出现某相变化趋势与其他两相反向，即判定为单相接地区内故障，跳转到S6给出单相接地区内故障结论；若未出现反向情况，即判定单相接地区外故障，跳转到S6给出单相接地区外故障结论；
S6：得出故障结论。
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