本發(fā)明涉及一種電力系統(tǒng)的接地故障選線方法，尤其涉及一種消弧線圈接地系統(tǒng)單相接地選線方法。

背景技術(shù)：

在電網(wǎng)中，對(duì)于單相接地故障電容電流超過10a且小于100a-150a，配電網(wǎng)宜采用中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地方式，對(duì)于消弧線圈接地系統(tǒng)，在發(fā)生單相接地故障時(shí)，由于消弧線圈的電感電流補(bǔ)償了單相接地電容電流，使單相接地故障的故障特征不明顯，造成故障線路選線的困難，即難以選出接地故障線路。

現(xiàn)有技術(shù)中，一些適用于消弧線圈接地系統(tǒng)單相接地故障線路選線的方法已提出，比如：基于接地瞬間電流電壓暫態(tài)信息的波形識(shí)別法、瞬時(shí)相位法、行波識(shí)別法等，這些方法容易受到現(xiàn)場(chǎng)干擾，使單相接地故障線路選線的準(zhǔn)確率低，而且現(xiàn)有的方法需要對(duì)所有線路進(jìn)行群比判斷，用以找出故障特征最明顯的單相接地故障線路，其算法過程復(fù)雜，更為嚴(yán)重的是：這些方法的正確判斷都取決于現(xiàn)場(chǎng)零序電流互感器的極性正確，但實(shí)際上，運(yùn)行中零序電流互感器極性錯(cuò)誤的情況時(shí)有發(fā)生，從而造成最終的判斷結(jié)果錯(cuò)誤。

因此，需要提出一種新的選線方法，能夠準(zhǔn)確選出消弧線圈單相接地故障的線路，不受現(xiàn)場(chǎng)的干擾以及零序電流互感器的極性的影響，有效提高選線的準(zhǔn)確率，而且不需要進(jìn)行群比判斷，大大簡(jiǎn)化選線過程。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明的目的是提供一種消弧線圈接地系統(tǒng)單相接地選線方法，能夠準(zhǔn)確選出消弧線圈單相接地故障的線路，不受現(xiàn)場(chǎng)的干擾以及零序電流互感器的極性的影響，有效提高選線的準(zhǔn)確率，而且不需要進(jìn)行群比判斷，大大簡(jiǎn)化選線過程。

本發(fā)明提供的一種消弧線圈接地系統(tǒng)單相接地選線方法，包括如下步驟：

s1.采集不同時(shí)刻母線三相電壓、母線零序電壓以及分支回路零序電流；根據(jù)母線零序電壓計(jì)算母線零序電壓的基波分量瞬時(shí)值u′0(t)，并不同時(shí)刻的母線三相電壓的幅值以及基波分量瞬時(shí)值u′0(t)判斷存在故障的相；

s2.計(jì)算存在故障的相的分支回路的不同時(shí)刻以及不同位置的零序電流基波分量瞬時(shí)幅值i0m,x，并且，當(dāng)消弧線圈補(bǔ)償作用完成后，計(jì)算分支回路的零序電流基波分量瞬時(shí)幅值i′0m,x，根據(jù)消弧線圈補(bǔ)償前后的零序電流瞬時(shí)幅值判斷分支回路是否接地故障。

進(jìn)一步，步驟s1中，按照如下方法判斷三相中存在故障的相：

s11.以3200hz采樣率實(shí)時(shí)采集母線三相電壓、母線零序電壓u0(t0)以及支路零序電流i0(t)，其中，母線三相電壓分別為ua(t)、ub(t)和uc(t)；

s12.若某時(shí)刻t0：|ε0(t0)|＝|u0(t0)-u′0(t0)|>uset1，其中u0(t0)為時(shí)刻t0的母線零序電壓；

從t0時(shí)刻起，鎖存1/4周波的母線三相電壓、母線零序電壓以及各分支回路的零序電流的采樣值，其中，一個(gè)周波為64個(gè)采樣點(diǎn),1/4周波則為16各采樣點(diǎn)；

s13.如16個(gè)母線零序電壓中存在連續(xù)8個(gè)母線零序電壓滿足如下條件：

|u0(tk)-u′0(tk)|>uset1；

∑|u0(tk)-u′0(tk)|>uset2，則判斷可能存在單相接地故障，并進(jìn)入步驟s14，否者，返回步驟s11；其中，uset1和uset2為母線零序電壓誤差閾值，u0(tk)為tk時(shí)刻的母線零序電壓；u′0(tk)為tk時(shí)刻的母線零序電壓的基波分量瞬時(shí)值；

s14.計(jì)算母線三相電壓的基波分量幅值uam、ubm、ucm，若其中任意兩相電壓基波分量幅值大于1.2u且另一相電壓基波分量幅值小于0.8u，則判定發(fā)生接地故障且電壓較低的相為故障相；否則，返回步驟s11，其中，u為額定電壓幅值。

進(jìn)一步，步驟s2中，根據(jù)如下步驟判定分支回路存在故障：

s21.在同一分支回路上向遠(yuǎn)離母線方向上依次設(shè)置x1、x2、…、xn共n個(gè)采集點(diǎn)，各采集點(diǎn)與母線的距離滿足lx1<lx2<…<lxn；

s22.根據(jù)如下公式計(jì)算分支回路上各采集點(diǎn)的零序電流瞬時(shí)值：

其中，i0(t)為分支回路零序電流，

；

rⁱ為分支回路的單位長(zhǎng)度線路的電阻值的i次冪；l^j-i-1為分支回路的單位長(zhǎng)度線路的電感值的j-i-1次冪，l^j-i為分支回路的單位長(zhǎng)度線路的電感值的j-i次冪；c^j為分支回路的單位長(zhǎng)度線路的電容值的i次冪；為分支回路上點(diǎn)x處與母線出線端之間的距離的2j-1次冪；為分支回路上點(diǎn)x處與母線出線端之間的距離的2j次冪；為母線零序電壓關(guān)于時(shí)間t的2j-i-1階導(dǎo)數(shù)，為分支回路零序電流關(guān)于時(shí)間t的2j-1階導(dǎo)數(shù)，j和i為迭代運(yùn)算的次數(shù)，其中i∈[0,j]；

s23.根據(jù)分支回路的各采集點(diǎn)的零序電流瞬時(shí)值，計(jì)算出各采集點(diǎn)零序電流的基波分量瞬時(shí)幅值且分別為：i0m,x1，i0m,x2，…，i0m,xn；

s24.當(dāng)消弧線圈補(bǔ)償作用完成后，從時(shí)刻t′0起，再次鎖存母線零序電壓u0(t′0)和分支回路零序電流i0(t′0)，計(jì)算消弧線圈補(bǔ)償完成后分支回路上各采集點(diǎn)的零序電流基波分量瞬時(shí)值：i′0m,x1，i′0m,x2，…，i′0m,xn，其中，t′0＝t0+40ms；

s25.通過如下方式判斷當(dāng)前分支回路是否為故障線路：

若：

i0m,x1<i0m,x2<…<i0m,xn且i′0m,x1>i′0m,x2>…>i′0m,xn，或者：

i0m,x1>i0m,x2>…>i0m,xn且i′0m,x1<i′0m,x2<…<i′0m,xn；則判斷當(dāng)前分支回路為故障線路；

若：

i0m,x1>i0m,x2>…>i0m,xn且i′0m,x1>i′0m,x2>…>i′0m,xn；

或者

i0m,x1<i0m,x2<…<i0m,xn且i′0m,x1<i′0m,x2<…<i′0m,xn；

則判斷該分支回路為非故障線路。

進(jìn)一步，通過如下方法計(jì)算母線零序電壓以及分支回路零序電流幅值：

s31.將母線零序電壓u0(t)和分支回路零序電流i0(t)進(jìn)行瞬變信號(hào)正弦表示：

s32.確保a(t)、b(t)正交和能量相等，即：

s33.構(gòu)建區(qū)間[0,h]內(nèi)的a(t)和b(t)時(shí)間函數(shù)：

其中：

其中，h為信號(hào)衰減到0的時(shí)間長(zhǎng)度，取40ms；

s34.根據(jù)能量相等：

，采用最小二乘法計(jì)算母線零序電壓和分支回路零序電流的和從而根據(jù)瞬變信號(hào)正弦表示式計(jì)算母線零序電壓瞬時(shí)幅值u0m(t)和分支回路零序電流瞬時(shí)幅值i0m(t)。

本發(fā)明的有益效果：本發(fā)明的消弧線圈接地系統(tǒng)單相接地選線方法，能夠準(zhǔn)確選出消弧線圈單相接地故障的線路，準(zhǔn)確反應(yīng)出單相接地故障中的故障線路上不同位置處零序電流特征，可有效克服過零點(diǎn)故障暫態(tài)過程消失、零序電流幅值過小以及易受不同系統(tǒng)物理參數(shù)影響，不受現(xiàn)場(chǎng)的干擾以及零序電流互感器的極性的影響，能消除零序電流互感器反接對(duì)選線的不利影響，有效提高選線的準(zhǔn)確率，利用單線的零序電流數(shù)據(jù)和母線電壓數(shù)據(jù)即可進(jìn)行該線路的故障判定，不需要進(jìn)行群比判斷，大大簡(jiǎn)化選線過程，而且適應(yīng)性強(qiáng)。

附圖說明

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述：

圖1為本發(fā)明的流程圖。

圖2為本發(fā)明存在單相接地故障判斷流程圖。

圖3為本發(fā)明單相接地故障選線流程圖。

圖4為分支回路采集點(diǎn)布置示意圖。

圖5為消弧線圈接地系統(tǒng)仿真模型圖。

圖6為故障線路三周期零序電流波形圖。

圖7為故障線路首半周期零序電流波形圖。

圖8為故障線路第三個(gè)周期零序電流波形圖。

圖9為正常線路三周期零序電流波形圖。

圖10為正常線路首半周期零序電流波形圖。

圖11為正常線路第三個(gè)周期零序電流波形圖。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合說明書附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步的描述：

如圖1所示，本發(fā)明提供的一種消弧線圈接地系統(tǒng)單相接地選線方法，包括如下步驟：

s1.采集不同時(shí)刻母線三相電壓、母線零序電壓以及分支回路零序電流；根據(jù)母線零序電壓計(jì)算母線零序電壓的基波分量瞬時(shí)值u′0(t)，并不同時(shí)刻的母線三相電壓的幅值以及基波分量瞬時(shí)值u′0(t)判斷存在故障的相，其中基波分量瞬時(shí)值u′0(t)通過自適應(yīng)正弦數(shù)字濾波算法進(jìn)行計(jì)算，為現(xiàn)有算法；

s2.計(jì)算存在故障的相的分支回路的不同時(shí)刻以及不同位置的零序電流基波分量瞬時(shí)幅值i0m,x，并且，當(dāng)消弧線圈補(bǔ)償作用完成后，計(jì)算分支回路的零序電流基波分量瞬時(shí)幅值i′0m,x，根據(jù)消弧線圈補(bǔ)償前后的零序電流瞬時(shí)幅值判斷分支回路是否接地故障，通過上述方法，能夠準(zhǔn)確選出消弧線圈單相接地故障的線路，不受現(xiàn)場(chǎng)的干擾以及零序電流互感器的極性的影響，有效提高選線的準(zhǔn)確率，而且不需要進(jìn)行群比判斷，大大簡(jiǎn)化選線過程。

本實(shí)施例中，如圖2所示，步驟s1中，按照如下方法判斷三相中存在故障的相：

s11.以3200hz采樣率實(shí)時(shí)采集母線三相電壓、母線零序電壓u0(t0)以及支路零序電流i0(t)，其中，母線三相電壓分別為ua(t)、ub(t)和uc(t)；

s12.若某時(shí)刻t0：|ε0(t0)|＝|u0(t0)-u′0(t0)|>uset1，其中u0(t0)為時(shí)刻t0的母線零序電壓；

從t0時(shí)刻起，鎖存1/4周波的母線三相電壓、母線零序電壓以及各分支回路的零序電流的采樣值，其中，一個(gè)周波為64個(gè)采樣點(diǎn),1/4周波則為16各采樣點(diǎn)；即是說：從t0時(shí)刻起，鎖存的三相電壓為：

ua(t1)、ua(t2)、…、ua(t16)

ub(t1)、ub(t2)、…、ub(t16)

uc(t1)、uc(t2)、…、uc(t16)

母線零序電壓為：

u0(t1)、u0(t2)、…、u0(t16)

分支回路零序電流為：

i0(t1)、i0(t2)、…、i0(t16)

s13.如16個(gè)母線零序電壓中存在連續(xù)8個(gè)母線零序電壓滿足如下條件：

即是說：u0(t1)、u0(t2)、…、u0(t16)中，任意連續(xù)8各采樣值滿足如下條件即可：

|u0(tk)-u′0(tk)|>uset1；

∑|u0(tk)-u′0(tk)|>uset2，則判斷可能存在單相接地故障，并進(jìn)入步驟s14，否者，返回步驟s11；其中，uset1和uset2為母線零序電壓誤差閾值，u0(tk)為tk時(shí)刻的母線零序電壓；u′0(tk)為tk時(shí)刻的母線零序電壓的基波分量瞬時(shí)值；

s14.計(jì)算母線三相電壓的基波分量幅值uam、ubm、ucm，若其中任意兩相電壓基波分量幅值大于1.2u且另一相電壓基波分量幅值小于0.8u，則判定發(fā)生接地故障且電壓較低的相為故障相；否則，返回步驟s11，其中，u為額定電壓幅值；通過上述方法，能夠準(zhǔn)確地找出存在故障的相；其中，相電壓的表達(dá)式為：因此，只需測(cè)量當(dāng)前相的tk時(shí)刻的瞬時(shí)電壓u(tk)，并測(cè)得相位信息，即可計(jì)算相電壓的基波分量幅值um。

本實(shí)施例中，如圖3所示，步驟s2中，根據(jù)如下步驟判定分支回路存在故障：

s21.在同一分支回路上向遠(yuǎn)離母線方向上依次設(shè)置x1、x2、…、xn共n個(gè)采集點(diǎn)，各采集點(diǎn)與母線的距離滿足lx1<lx2<…<lxn；

s22.根據(jù)如下公式計(jì)算分支回路上各采集點(diǎn)的零序電流瞬時(shí)值：

其中，i0(t)為分支回路零序電流，

；

rⁱ為分支回路的單位長(zhǎng)度線路的電阻值的i次冪；l^j-i-1為分支回路的單位長(zhǎng)度線路的電感值的j-i-1次冪，l^j-i為分支回路的單位長(zhǎng)度線路的電感值的j-i次冪；c^j為分支回路的單位長(zhǎng)度線路的電容值的i次冪；為分支回路上點(diǎn)x處與母線出線端之間的距離的2j-1次冪；為分支回路上點(diǎn)x處與母線出線端之間的距離的2j次冪；為母線零序電壓關(guān)于時(shí)間t的2j-i-1階導(dǎo)數(shù)，為分支回路零序電流關(guān)于時(shí)間t的2j-1階導(dǎo)數(shù)，j和i為迭代運(yùn)算的次數(shù)，其中i∈[0,j]；

分支回路上各采集點(diǎn)的零序電流瞬時(shí)值如表1所示：

表1

s23.根據(jù)分支回路的各采集點(diǎn)的零序電流瞬時(shí)值，計(jì)算出各采集點(diǎn)零序電流的基波分量瞬時(shí)幅值且分別為：i0m,x1，i0m,x2，…，i0m,xn；

s24.當(dāng)消弧線圈補(bǔ)償作用完成后，從時(shí)刻t′0起，再次鎖存母線零序電壓u0(t′0)和分支回路零序電流i0(t′0)，計(jì)算消弧線圈補(bǔ)償完成后分支回路上各采集點(diǎn)的零序電流基波分量瞬時(shí)值：i′0m,x1，i′0m,x2，…，i′0m,xn，其中，t′0＝t0+40ms；

s25.通過如下方式判斷當(dāng)前分支回路是否為故障線路：

若：

i0m,x1<i0m,x2<…<i0m,xn且i′0m,x1>i′0m,x2>…>i′0m,xn，或者：

i0m,x1>i0m,x2>…>i0m,xn且i′0m,x1<i′0m,x2<…<i′0m,xn；則判斷當(dāng)前分支回路為故障線路；

若：

i0m,x1>i0m,x2>…>i0m,xn且i′0m,x1>i′0m,x2>…>i′0m,xn；

或者

i0m,x1<i0m,x2<…<i0m,xn且i′0m,x1<i′0m,x2<…<i′0m,xn；

則判斷該分支回路為非故障線路。

本實(shí)施例中，通過如下方法計(jì)算母線零序電壓以及分支回路零序電流幅值：

s31.將母線零序電壓u0(t)和分支回路零序電流i0(t)進(jìn)行瞬變信號(hào)正弦表示：

s32.確保a(t)、b(t)正交和能量相等，即：

s33.構(gòu)建區(qū)間[0,h]內(nèi)的a(t)和b(t)時(shí)間函數(shù)，其中，時(shí)間函數(shù)根據(jù)擬legendre多項(xiàng)式進(jìn)行構(gòu)建：

其中：

其中，h為信號(hào)衰減到0的時(shí)間長(zhǎng)度，取40ms；

s34.根據(jù)能量相等：

，采用最小二乘法計(jì)算母線零序電壓和分支回路零序電流的和從而根據(jù)瞬變信號(hào)正弦表示式計(jì)算母線零序電壓瞬時(shí)幅值u0m(t)和分支回路零序電流瞬時(shí)幅值i0m(t)；

其中，母線零序電壓基波分量瞬時(shí)值u′0(t)與母線零序電壓瞬時(shí)幅值u0m(t)同樣滿足正弦表達(dá)式：

母線靈虛電壓瞬時(shí)幅值u0m(t)還滿足如下公式：

瞬時(shí)相位滿足：

以下以具體實(shí)例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步說明：

如圖5所示，圖5中為10kv配電網(wǎng)中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)仿真模型圖，其中，開關(guān)k閉合為消弧線圈接地系統(tǒng)，斷開為不接地系統(tǒng)，變電站等級(jí)為110kv，共有6條架空饋線(采用分布參數(shù)模型),長(zhǎng)度依次為6、9、12、15、18、20km，變壓器釆用y/△型，線路參數(shù)分別是：

1、線路阻抗：正序阻抗r1＝(0.17+j0.38)ω/km,零序阻抗r0＝(0.23+j1.72)ω/km；

2、線路對(duì)地導(dǎo)納：c＝0.00969×10-6(f/km)；

3、變壓器參數(shù)：額定容量：40000kva，空載損耗：35.65kw；原、副邊電壓：110kv，10.5kv；原、副邊單相對(duì)中性點(diǎn)線圈的電阻:0.41ω，0.0067ω；原、副邊單相對(duì)中性點(diǎn)線圈的電感:13.2ω、0.181ω；勵(lì)磁電流：0.675a，勵(lì)磁磁通：202.5wb，磁路電阻：400kω。

4、數(shù)據(jù)采樣率：3200hz(1周波對(duì)應(yīng)64個(gè)采樣點(diǎn))，即采樣時(shí)間間隔δt＝0.3125ms。

設(shè)定單相接地故障發(fā)生于第6條饋線的a相上，取接地點(diǎn)為距母線18km處，接地電阻為0。采集數(shù)據(jù)時(shí)，取故障后1周波的零序電流作分析，即0.02s，取第6條饋線上的0、3、6km(距離母線)處零序電流作為故障線路的采樣點(diǎn)，圖5中為a,b,c點(diǎn)。取第5條饋線上的0、3、6km(距離母線)處零序電流作為正常線路的采樣點(diǎn)，圖5中為a’,b’,c’點(diǎn)；通過圖6-8與圖9-11對(duì)比可知：當(dāng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，對(duì)于故障線路，靠近母線側(cè)的零序電流會(huì)小于靠近故障點(diǎn)的零序電流，且隨著消弧線圈補(bǔ)償完畢，靠近母線側(cè)的零序電流會(huì)大于靠近故障點(diǎn)的零序電流；而對(duì)于正常線路，靠近母線側(cè)的零序電流會(huì)一直大于靠近故障點(diǎn)的零序電流。也就是對(duì)于故障線路，零序電流隨距離的變化趨勢(shì)將隨著消弧線圈補(bǔ)償會(huì)出現(xiàn)反轉(zhuǎn)，而對(duì)于正常線路，零序電流隨距離的變化趨勢(shì)將不變。

最后說明的是，以上實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管參照較佳實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的宗旨和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。