本發(fā)明涉及配電網(wǎng)故障檢測技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種綜合工頻和暫態(tài)無功功率方向的配電網(wǎng)故障選線方法。

背景技術(shù)：

我國6～35kV中壓配電網(wǎng)多采用諧振接地方式，且消弧線圈一般處于過補(bǔ)償狀態(tài)。這樣雖然提高了故障自愈水平和供電可靠性，但過補(bǔ)償?shù)碾姼须娏魇构收暇€路工頻零序電流極性與健全線路相同、幅值甚至小于健全線路，使得傳統(tǒng)利用穩(wěn)態(tài)電氣量的故障選線方法存在著故障量不突出、不穩(wěn)定甚至不確定等問題，無法保證選線的可靠性和靈敏度。由于接地故障暫態(tài)電流幅值一般是工頻電流的數(shù)倍到數(shù)十倍，可達(dá)上百安培，且不受消弧線圈補(bǔ)償方式影響，因此暫態(tài)選線方法在諧振系統(tǒng)中可靠性較高。經(jīng)過近年的發(fā)展，利用暫態(tài)電氣量的小電流接地故障選線技術(shù)均已實現(xiàn)突破。

利用故障暫態(tài)無功功率方向（以下簡稱暫態(tài)功率）選線是暫態(tài)選線的一種典型方法。暫態(tài)功率選線方法是通過比較各出線的暫態(tài)無功功率方向，方向和其他出線不同的為故障出線，如果所有出線暫態(tài)無功功率方向全都相同則為母線接地故障。此方法不僅要求各個出線間的零序電流互感器（TA）極性一致，還要求零序電壓互感器（TV）與其對應(yīng)的TA極性保持一致，才能保證暫態(tài)功率方向的正確性，進(jìn)而進(jìn)行正確選線。但由于傳統(tǒng)配電線路很少用到方向保護(hù)，現(xiàn)場TV和TA的安裝很少考慮到互感器之間的極性關(guān)系，很容易由于一次側(cè)二次側(cè)接線不對應(yīng)造成極性反接，使暫態(tài)功率方向計算不確定而造成選線錯誤。

專利申請?zhí)枺篊N201210479994.0，名稱：一種基于無功功率流向的諧振接地系統(tǒng)選線方法與論文《綜合暫態(tài)與工頻信息的諧振接地系統(tǒng)小電流接地故障選線》分別提出了通過比較小電流接地故障后各出線暫態(tài)無功功率和工頻無功功率流向的一致性的方法進(jìn)行選線，該方法消除了TV、TA極性不確定的影響，提高了暫態(tài)選線的可靠性和適應(yīng)性。但是該算法在原理上不易理解，選線過程略顯復(fù)雜。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了解決TV、TA極性不確定的小電流接地系統(tǒng)中發(fā)生單相接地時的故障選線問題，本發(fā)明提供了一種綜合工頻和暫態(tài)無功功率方向的配電網(wǎng)故障選線方法，具體技術(shù)方案如下：

一種綜合工頻和暫態(tài)無功功率方向的配電網(wǎng)故障選線方法包括以下步驟：

（1）在線采集系統(tǒng)各出線母線出口處的零序電流及母線零序電壓，當(dāng)監(jiān)測到母線零序電壓幅值超過預(yù)先設(shè)置的母線零序電壓幅值閾值時，說明系統(tǒng)發(fā)生了單相接地故障；

（2）選取暫態(tài)零序電流幅值比較大的n條出線作為故障備選出線；其中n>1；

（3）根據(jù)下述公式計算步驟（2）中選取的n條故障備選出線的暫態(tài)無功功率：

；

其中，k為故障備選出線的編號，k=1,2,···,n；T為暫態(tài)過程持續(xù)時間，為故障備選出線k的母線出口處的暫態(tài)零序電流，為母線暫態(tài)零序電壓；如果，則表示故障備選出線k的暫態(tài)無功功率由母線流向故障備選出線k，故障備選出線k為健全線路；如果，則表示故障備選出線k的暫態(tài)無功功率由故障備選出線k流向母線，故障備選出線k為故障線路；如果所有故障備選出線均滿足，則系統(tǒng)為母線接地故障；

（4）根據(jù)下述公式計算步驟（2）中選取的所有故障備選出線的工頻無功功率：

；

其中，k為故障備選出線的編號，k=1,2,···,n；為故障備選出線k的零序電流工頻分量，為母線零序電壓工頻分量，T為暫態(tài)過程持續(xù)時間；如果，則表示工頻無功功率由母線流向故障備選出線k；如果，則表示工頻無功功率由故障備選出線k流向母線；

（5）利用故障備選出線的工頻無功功率對故障備選出線的暫態(tài)無功功率進(jìn)行修正，然后比較修正后的暫態(tài)無功功率，根據(jù)修正后的暫態(tài)無功功率的方向進(jìn)行選線，設(shè)修正后的暫態(tài)無功功率為，則

；

如果，則表示暫態(tài)無功功率由母線流向故障備選出線k，故障備選出線k為健全線路；如果，則表示暫態(tài)無功功率由故障備選出線k流向母線，故障備選出線k為故障線路；如果所有線路均滿足，則系統(tǒng)為母線接地故障。

進(jìn)一步，所述步驟（4）中選取T為一個工頻周期。

本發(fā)明的有益效果為：

本發(fā)明提供了一種綜合工頻和暫態(tài)無功功率方向的配電網(wǎng)故障選線方法，本發(fā)明不依賴于TV、TA極性，通過單相接地故障時的工頻無功功率對暫態(tài)無功功率進(jìn)行修正，進(jìn)而利用修正后的暫態(tài)無功功率進(jìn)行選線；本發(fā)明綜合利用了出線的暫態(tài)無功功率和工頻無功功率，消除了TV、TA極性反接的影響，算法簡單、易于理解且選線可靠率高。實際應(yīng)用中配電網(wǎng)的TV、TA極性未知，本發(fā)明解決了TV、TA極性不確定性的配電網(wǎng)中的小電流接地系統(tǒng)中發(fā)生單相接地時的故障選線問題，有著廣泛的實際應(yīng)用價值。

附圖說明

附圖1是本發(fā)明一種綜合工頻和暫態(tài)無功功率方向的配電網(wǎng)故障選線方法的流程圖；

附圖2是小電流接地系統(tǒng)發(fā)生間歇性接地故障時各出線零序電壓及零序電流波形圖。

具體實施方式

為了更好的理解本發(fā)明，下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明：

如圖1所示，一種綜合工頻和暫態(tài)無功功率方向的配電網(wǎng)故障選線方法包括以下步驟：

（1）在線采集系統(tǒng)各出線母線出口處的零序電流及母線零序電壓，當(dāng)監(jiān)測到母線零序電壓幅值超過預(yù)先設(shè)置的母線零序電壓幅值閾值時，說明系統(tǒng)發(fā)生了單相接地故障；設(shè)母線零序電壓幅值為U₀，母線零序電壓幅值閾值為U_0set，當(dāng)U₀>U_0set，說明系統(tǒng)發(fā)生了單相接地故障；則進(jìn)行步驟（2）；如果母線零序電壓幅值沒有超過設(shè)置的母線零序電壓幅值閾值U_0set時，即，說明系統(tǒng)沒有發(fā)生單相接地故障，則繼續(xù)對系統(tǒng)各出線母線出口處的零序電流及母線零序電壓進(jìn)行采集和監(jiān)測；

（2）選取暫態(tài)零序電流幅值比較大的n條出線作為故障備選出線；其中n>1；

（3）根據(jù)下述公式計算步驟（2）中選取的n條故障備選出線的暫態(tài)無功功率：

；

其中，k為故障備選出線的編號，k=1,2,···,n；T為暫態(tài)過程持續(xù)時間，為故障備選出線k的母線出口處的暫態(tài)零序電流，為母線暫態(tài)零序電壓；如果，則表示故障備選出線k的暫態(tài)無功功率由母線流向故障備選出線k，故障備選出線k為健全線路；如果，則表示故障備選出線k的暫態(tài)無功功率由故障備選出線k流向母線，故障備選出線k為故障線路；如果所有故障備選出線均滿足，則系統(tǒng)為母線接地故障；

（4）根據(jù)下述公式計算步驟（2）中選取的所有故障備選出線的工頻無功功率：

；

其中，k為故障備選出線的編號，k=1,2,···,n；為故障備選出線k的零序電流工頻分量，為母線零序電壓工頻分量，T為暫態(tài)過程持續(xù)時間，選取為一個工頻周期，即20mS，如果，則表示工頻無功功率由母線流向故障備選出線k；如果，則表示工頻無功功率由故障備選出線k流向母線；

（5）利用故障備選出線的工頻無功功率對故障備選出線的暫態(tài)無功功率進(jìn)行修正，然后比較修正后的暫態(tài)無功功率，根據(jù)修正后的暫態(tài)無功功率的方向進(jìn)行選線；在諧振接地系統(tǒng)中，由于消弧線圈一般處于過補(bǔ)償狀態(tài)，故障線路是由線路流向母線的感性工頻無功功率，與健全線路由母線流向線路的容性工頻無功功率相同。即工頻功率方向只與TA是否反接有關(guān)，而與是否故障線路無關(guān)。當(dāng)出線TA極性無反接時，所有出線的工頻無功功率為正；當(dāng)某出線TA極性反接時，該出線的暫態(tài)無功功率和工頻無功功率同時改變符號（同時乘以-1），工頻無功功率必定為負(fù)。因此，無論TA極性是否反接，用工頻無功功率符號函數(shù)乘以暫態(tài)無功功率，將使暫態(tài)無功功率保持本來數(shù)值，進(jìn)而可利用修正后的暫態(tài)無功功率進(jìn)行選線。設(shè)修正后的暫態(tài)無功功率為，則

；

如果，則表示暫態(tài)無功功率由母線流向故障備選出線k，故障備選出線k為健全線路；如果，則表示暫態(tài)無功功率由故障備選出線k流向母線，故障備選出線k為故障線路；如果所有線路均滿足，則系統(tǒng)為母線接地故障。

如圖2所示的某供電企業(yè)10kV架空電纜混合線路系統(tǒng)的接地故障，其中，出線F4為故障線路，出線F1和出線F3的零序TA極性反接。當(dāng)出線F4發(fā)生金屬性單相接地故障，按照以下步驟進(jìn)行選線：

a. 選取暫態(tài)零序電流幅值比較大的4條出線作為故障備選出線；

b.根據(jù)公式計算選取的4條故障備選出線的暫態(tài)無功功率，計算結(jié)果為：

，，，；

c.根據(jù)公式計算選取的4條故障備選出線的工頻無功功率，計算結(jié)果為：

，，，；

d.根據(jù)公式計算選取的4條故障備選出線的修正后的暫態(tài)無功功率，計算結(jié)果為：

，，，；

這樣出線F4修正后的暫態(tài)無功功率方向與其他3條出線不同，按照本發(fā)明提供的一種綜合工頻和暫態(tài)無功功率方向的配電網(wǎng)故障選線方法就可以選出出線F4為故障線路，消除了出線F1、出線F3健全線路TA反接的影響。

本發(fā)明不局限于以上所述的具體實施方式，以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施案例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。