CN114089093A - 单相接地故障启动判别方法、***、存储介质及计算设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种单相接地故障启动判别方法、***、存储介质及计算设备，本发明基于母线零序电压、母线上支路零序电流、母线零序电压变化量或支路零序电流变化量，进行单相接地故障启动初步判断，经防抖延时后，再次基于母线零序电压或母线上支路零序电流，进行单相接地故障启动最终判断，由于采用多条件判断，相较于传统方法的单一判据，有效解决暂态能量难以捕获的问题，并且故障启动判断灵敏度高。
Description
技术领域
本发明涉及故障检测领域，尤其涉及一种单相接地故障启动判别方法、***、存储介质及计算设备。
背景技术
受自然环境、线路类型以及网络结构等因素影响，经常会发生经非理想导体的单相高阻接地故障，如导线跌落在草地、水泥路面、沙地、水塘等，约占到接地故障总数的10％左右。
现有较成熟的小电流接地***单相接地故障启动判别方法多基于暂态量实现，利用零模电压导数与零模电流的乘积在时域内的积分判别故障线路，但在高阻接地故障时，暂态能量小且时间短(只有几毫秒时间窗)，难以捕获，故障启动判断灵敏度低，因此急需一种新的单相接地故障启动判别方法。
发明内容
本发明提供了一种单相接地故障启动判别方法、***、存储介质及计算设备，解决了背景技术中披露的问题。
为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
单相接地故障启动判别方法，包括：
根据母线零序电压、母线上支路零序电流、母线零序电压变化量或支路零序电流变化量，进行单相接地故障启动初步判断；
若初步判断出单相接地故障启动并且防抖延时不小于时间阈值，根据当前的所述母线零序电压或母线上支路零序电流，进行单相接地故障启动最终判断；其中，所述防抖延时从初步判断出单相接地故障启动的时间开始计数。
根据母线零序电压、母线上支路零序电流、母线零序电压变化量或支路零序电流变化量，进行单相接地故障启动初步判断，包括：
若当前采样周期的母线零序电压幅值超过阈值Uset_h、当前采样周期的母线零序电压幅值变化量超过阈值△Uset、当前采样周期最大的支路零序电流幅值超过阈值Iset_h或当前采样周期的任一支路零序电流幅值变化量超过阈值△Iset，则初步判断出单相接地故障启动。
根据当前的所述母线零序电压或母线上支路零序电流，进行单相接地故障启动最终判断，包括：
若当前采样周期的母线零序电压幅值超过阈值Uset_l或当前采样周期最大的支路零序电流幅值超过阈值Iset_l，则最终判断出单相接地故障启动。
母线零序电压幅值的计算公式为：
其中，U0为母线零序电压幅值，N为半个采样周期内的采样点数，u0j为母线零序电压第j个采样值。
母线零序电压幅值变化量的计算公式为：
其中，ΔU0为母线零序电压幅值变化量，M为工频周期内采样点数，u0j为母线零序电压第j个采样值，u0(j-2M)为母线零序电压第j-2M个采样值，u0(j-M)为母线零序电压第j-M个采样值。
支路零序电流幅值的计算公式为：
其中，I0为支路零序电流幅值，N为半个采样周期内的采样点数，i0j为支路零序电流第j个采样值。
支路零序电流幅值变化量的计算公式为：
其中，ΔI0为支路零序电流幅值变化量，M为工频周期内采样点数，i0j为支路零序电流第j个采样值，i0(j-2M)为支路零序电流第j-2M个采样值，i0(j-M)为支路零序电流第j-M个采样值。
单相接地故障启动判别***，包括：
初步判断模块：根据母线零序电压、母线上支路零序电流、母线零序电压变化量或支路零序电流变化量，进行单相接地故障启动初步判断；
最终判断模块：若初步判断出单相接地故障启动并且防抖延时不小于时间阈值，根据当前的所述母线零序电压或母线上支路零序电流，进行单相接地故障启动最终判断；其中，所述防抖延时从初步判断出单相接地故障启动的时间开始计数。
初步判断模块进行单相接地故障启动初步判断的规则为：
若当前采样周期的母线零序电压幅值超过阈值Uset_h、当前采样周期的母线零序电压幅值变化量超过阈值△Uset、当前采样周期最大的支路零序电流幅值超过阈值Iset_h或当前采样周期的支路零序电流幅值变化量超过阈值△Iset，则初步判断出单相接地故障启动。
最终判断模块进行单相接地故障启动最终判断的规则为：
若当前采样周期的母线零序电压幅值超过阈值Uset_l或当前采样周期最大的支路零序电流幅值超过阈值Iset_l，则最终判断出单相接地故障启动。
一种存储一个或多个程序的计算机可读存储介质，所述一个或多个程序包括指令，所述指令当由计算设备执行时，使得所述计算设备执行单相接地故障启动判别方法。
一种计算设备，包括一个或多个处理器、一个或多个存储器以及一个或多个程序，其中一个或多个程序存储在所述一个或多个存储器中并被配置为由所述一个或多个处理器执行，所述一个或多个程序包括用于执行单相接地故障启动判别方法的指令。
本发明所达到的有益效果：本发明基于母线零序电压、母线上支路零序电流、母线零序电压变化量或支路零序电流变化量，进行单相接地故障启动初步判断，经防抖延时后，再次基于母线零序电压或母线上支路零序电流，进行单相接地故障启动最终判断，由于采用多条件判断，相较于传统方法的单一判据，有效解决暂态能量难以捕获的问题，并且故障启动判断灵敏度高。
附图说明
图1为本发明方法的流程图；
图2为本发明方法的具体流程图；
图3为***C相接地故障电路示意图；
图4为典型配电线路仿真模型；
图5(a)为图4所示***中发生接地电阻为金属性接地故障时母线电压与故障支路电流的零序分量波形对比；
图5(b)为图4所示***中发生接地电阻为1500Ω高阻接地故障时母线电压与故障支路电流的零序分量波形对比。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
如图1所示，单相接地故障启动判别方法，包括以下步骤：
步骤1，根据母线零序电压、母线上支路零序电流、母线零序电压变化量或支路零序电流变化量，进行单相接地故障启动初步判断；
步骤2，若初步判断出单相接地故障启动并且防抖延时不小于时间阈值，根据当前的母线零序电压或母线上支路零序电流，进行单相接地故障启动最终判断；其中，防抖延时从初步判断出单相接地故障启动的时间开始计数。
上述方法基于母线零序电压、母线上支路零序电流、母线零序电压变化量或支路零序电流变化量，进行单相接地故障启动初步判断，经防抖延时后，再次基于母线零序电压或母线上支路零序电流，进行单相接地故障启动最终判断，由于采用多条件判断，相较于传统方法的单一判据，有效解决暂态能量难以捕获的问题，并且故障启动判断灵敏度高。
上述母线零序电压和母线上支路零序电流为实时采样的数据，这些数据可通过安装于变电站内的小电流接地选线装置采集。
根据以下公式计算当前采样周期的母线零序电压幅值、母线零序电压幅值变化量、支路零序电流最大幅值以及支路零序电流幅值变化量：
母线零序电压幅值的计算公式为：
其中，U0为母线零序电压幅值，N为半个采样周期内的采样点数，u0j为母线零序电压第j个采样值。
母线零序电压幅值变化量的计算公式为：
其中，ΔU0为母线零序电压幅值变化量，M为工频周期内采样点数，u0j为母线零序电压第j个采样值，u0(j-2M)为母线零序电压第j-2M个采样值，u0(j-M)为母线零序电压第j-M个采样值。
支路零序电流幅值的计算公式为：
其中，I0为支路零序电流幅值，i0j为支路零序电流第j个采样值；
根据从各支路零序电流幅值中，选择最大值，即支路零序电流最大幅值。
支路零序电流幅值变化量的计算公式为：
其中，ΔI0为支路零序电流幅值变化量，i0j为支路零序电流第j个采样值，i0(j-2M)为支路零序电流第j-2M个采样值，i0(j-M)为支路零序电流第j-M个采样值。
若当前采样周期的母线零序电压幅值超过阈值Uset_h、当前采样周期的母线零序电压幅值变化量超过阈值△Uset、当前采样周期最大的支路零序电流幅值超过阈值Iset_h或当前采样周期的任一支路零序电流幅值变化量超过阈值△Iset，则初步判断出单相接地故障启动；其中，阈值Uset_h＝30V、△Uset＝3V、阈值Iset_h＝30A、阈值△Iset＝3A，或者阈值Uset_h＝15V、△Uset＝3V、阈值Iset_h＝30A、阈值△Iset＝3A；。
初步判断出单相接地故障启动后，进行防抖延时，该防抖延时从初步判断出单相接地故障启动的时间开始计数，当防抖延时不小于时间阈值，则进行进一步单相接地故障启动判断。
即若当前采样周期的母线零序电压幅值超过阈值Uset_l或当前采样周期最大的支路零序电流幅值超过阈值Iset_l，则最终判断出单相接地故障启动；其中，阈值Uset_l＝15V、阈值Iset_l＝5A，或者阈值Uset_l＝8V、阈值Iset_l＝3A。
上述所有阈值基于当前***电容电流及最长线路电容电流、***不平衡电压以及考虑实际对故障识别灵敏度要求设置。
如图2所示，单相接地故障启动判别方法的具体步骤如下：
1)监测母线零序电压和母线上支路零序电流，并实时采样母线零序电压和母线上支路零序电流；
2)判断故障初步启动标志Fflag是否为1，若为1，则转至4)，若为0，转至3)；
3)若当前采样周期的母线零序电压幅值U0超过阈值Uset_h、当前采样周期的母线零序电压幅值变化量△U0超过阈值△Uset、当前采样周期最大的支路零序电流幅值I0max超过阈值Iset_h或当前采样周期的支路零序电流幅值变化量△I0max超过阈值△Iset，缓存采样数据，设置防抖延时Td＝0，故障初步启动标志Fflag＝1，转至5)，否则转至1)；
4)判断故障确定启动标志Freal是否为0，若为1，则转至1)，若为0，转至5)；
5)判断防抖延时Td是否小于时间阈值Tset，若是则转至6)，否则转至7)；
6)进行防抖延时计数，并实时采样母线零序电压和母线上支路零序电流，转至5)；
7)若当前采样周期的母线零序电压幅值U0超过阈值Uset_l或当前采样周期最大的支路零序电流幅值I0max超过阈值Iset_l，则最终判断出单相接地故障启动，设置故障确定启动标志Freal＝1，否则设置故障初步启动标志Fflag＝0，转至1)。
以图3中的***C相接地故障电路为例。
***正常运行时，由于三相相电压UA、UB、UC是对称的，三相对地电容电流ICA、ICB、ICC也是平衡的。因此，三相对地电容电流矢量和为0，没有电流流向大地，每相对地电压就等于相电压。
***发生C相接地故障时，三相相电压不再对称，相电压UB、UC升高(最高至线电压)，UA降低(最低至0V)，产生母线零序电压U0；三相对地电容电流ICA、ICB、ICC不再平衡，各支路将产生零序电流I0。
母线零序电压：
非故障线路I：
故障线路II：
在本实施例中，如图4所示的中性点经消弧线圈接地的混合线路模型，设置线路5发生单相接地故障，验证上述方法的有效性。
1、发生金属性接地故障
如图5(a)母线零序电压满足U0＞Uset_h、母线零序电压变化量满足ΔU0＞ΔUset、线路5零序电流满足I0max＞Iset_h、线路5零序电流变化量满足ΔI0＞ΔIset，初步判断***发生单相接地故障，置故障初步启动标志Fflag；
通过传统零序电压幅值越限法可初步判断***发生单相接地故障；
经判断防抖延时，母线零序电压满足U0＞Uset_l、线路5零序电流满足I0max＞Iset_l，确定***发生单相接地故障，置故障确定启动标志Freal。
2、发生1500Ω高阻接地故障
如图5(b)母线零序电压不满足U0＞Uset_h、线路5零序电流不满足I0max＞Iset_h、母线零序电压变化量满足ΔU0＞ΔUset、线路5零序电流变化量满足ΔI0＞ΔIset，初步判断***发生单相接地故障，置故障初步启动标志Ffla；
通过传统零序电压幅值越限法无法初步判断***发生单相接地故障；
经判断防抖延时，母线零序电压满足U0＞Uset_l、线路5零序电流满足I0max＞Iset_l，确定***发生单相接地故障，置故障确定启动标志Freal。
上述方法解决了小电流接地***高阻接地故障识别灵敏度不足及暂态故障分量捕捉不易的问题，不再局限于单一母线零序电压幅值启动判据，有着广泛的实际应用价值。
上述方法相应的软件***，即单相接地故障启动判别***，包括：
初步判断模块：根据母线零序电压、母线上支路零序电流、母线零序电压变化量或支路零序电流变化量，进行单相接地故障启动初步判断。
初步判断模块进行单相接地故障启动初步判断的规则为：
若当前采样周期的母线零序电压幅值超过阈值Uset_h、当前采样周期的母线零序电压幅值变化量超过阈值△Uset、当前采样周期最大的支路零序电流幅值超过阈值Iset_h或当前采样周期的支路零序电流幅值变化量超过阈值△Iset，则初步判断出单相接地故障启动。
最终判断模块：若初步判断出单相接地故障启动并且防抖延时不小于时间阈值，根据当前的母线零序电压或母线上支路零序电流，进行单相接地故障启动最终判断；其中，防抖延时从初步判断出单相接地故障启动的时间开始计数。。
最终判断模块进行单相接地故障启动最终判断的规则为：
若当前采样周期的母线零序电压幅值超过阈值Uset_l或当前采样周期最大的支路零序电流幅值超过阈值Iset_l，则最终判断出单相接地故障启动。
一种存储一个或多个程序的计算机可读存储介质，所述一个或多个程序包括指令，所述指令当由计算设备执行时，使得所述计算设备执行单相接地故障启动判别方法。
一种计算设备，包括一个或多个处理器、一个或多个存储器以及一个或多个程序，其中一个或多个程序存储在所述一个或多个存储器中并被配置为由所述一个或多个处理器执行，所述一个或多个程序包括用于执行单相接地故障启动判别方法的指令。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、***或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(***)和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
以上仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均包含在申请待批的本发明的权利要求范围之内。
Claims (12)
1.单相接地故障启动判别方法，其特征在于，包括：
根据母线零序电压、母线上支路零序电流、母线零序电压变化量或支路零序电流变化量，进行单相接地故障启动初步判断；
若初步判断出单相接地故障启动并且防抖延时不小于时间阈值，根据当前的所述母线零序电压或母线上支路零序电流，进行单相接地故障启动最终判断；其中，所述防抖延时从初步判断出单相接地故障启动的时间开始计数。
2.根据权利要求1所述的单相接地故障启动判别方法，其特征在于，根据母线零序电压、母线上支路零序电流、母线零序电压变化量或支路零序电流变化量，进行单相接地故障启动初步判断，包括：
若当前采样周期的母线零序电压幅值超过阈值Uset_h、当前采样周期的母线零序电压幅值变化量超过阈值△Uset、当前采样周期最大的支路零序电流幅值超过阈值Iset_h或当前采样周期的任一支路零序电流幅值变化量超过阈值△Iset，则初步判断出单相接地故障启动。
3.根据权利要求1所述的单相接地故障启动判别方法，其特征在于，根据当前的所述母线零序电压或母线上支路零序电流，进行单相接地故障启动最终判断，包括：
若当前采样周期的母线零序电压幅值超过阈值Uset_l或当前采样周期最大的支路零序电流幅值超过阈值Iset_l，则最终判断出单相接地故障启动。
4.根据权利要求2或3所述的单相接地故障启动判别方法，其特征在于，母线零序电压幅值的计算公式为：
其中，U0为母线零序电压幅值，N为半个采样周期内的采样点数，u0j为母线零序电压第j个采样值。
5.根据权利要求2所述的单相接地故障启动判别方法，其特征在于，母线零序电压幅值变化量的计算公式为：
其中，ΔU0为母线零序电压幅值变化量，M为工频周期内采样点数，u0j为母线零序电压第j个采样值，u0(j-2M)为母线零序电压第j-2M个采样值，u0(j-M)为母线零序电压第j-M个采样值。
6.根据权利要求2或3所述的单相接地故障启动判别方法，其特征在于，支路零序电流幅值的计算公式为：
其中，I0为支路零序电流幅值，N为半个采样周期内的采样点数，i0j为支路零序电流第j个采样值。
7.根据权利要求2所述的单相接地故障启动判别方法，其特征在于，支路零序电流幅值变化量的计算公式为：
其中，ΔI0为支路零序电流幅值变化量，M为工频周期内采样点数，i0j为支路零序电流第j个采样值，i0(j-2M)为支路零序电流第j-2M个采样值，i0(j-M)为支路零序电流第j-M个采样值。
8.单相接地故障启动判别***，其特征在于，包括：
初步判断模块：根据母线零序电压、母线上支路零序电流、母线零序电压变化量或支路零序电流变化量，进行单相接地故障启动初步判断；
最终判断模块：若初步判断出单相接地故障启动并且防抖延时不小于时间阈值，根据当前的所述母线零序电压或母线上支路零序电流，进行单相接地故障启动最终判断；其中，所述防抖延时从初步判断出单相接地故障启动的时间开始计数。
9.根据权利要求8所述的单相接地故障启动判别***，其特征在于，初步判断模块进行单相接地故障启动初步判断的规则为：
若当前采样周期的母线零序电压幅值超过阈值Uset_h、当前采样周期的母线零序电压幅值变化量超过阈值△Uset、当前采样周期最大的支路零序电流幅值超过阈值Iset_h或当前采样周期的支路零序电流幅值变化量超过阈值△Iset，则初步判断出单相接地故障启动。
10.根据权利要求8所述的单相接地故障启动判别***，其特征在于，最终判断模块进行单相接地故障启动最终判断的规则为：
若当前采样周期的母线零序电压幅值超过阈值Uset_l或当前采样周期最大的支路零序电流幅值超过阈值Iset_l，则最终判断出单相接地故障启动。
11.一种存储一个或多个程序的计算机可读存储介质，其特征在于：所述一个或多个程序包括指令，所述指令当由计算设备执行时，使得所述计算设备执行根据权利要求1至7所述的方法中的任一方法。
12.一种计算设备，其特征在于，包括：
一个或多个处理器、一个或多个存储器以及一个或多个程序，其中一个或多个程序存储在所述一个或多个存储器中并被配置为由所述一个或多个处理器执行，所述一个或多个程序包括用于执行根据权利要求1至7所述的方法中的任一方法的指令。
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