基于故障電流泄放路徑的配網(wǎng)線路故障定位方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及配電網(wǎng)線路故障診斷方法，具體是一種基于故障電流泄放路徑的配網(wǎng) 線路故障區(qū)段定位方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 據(jù)統(tǒng)計(jì)，電力系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中，由配網(wǎng)故障造成的停電事故約占總停電事故的 95%以上，其中70%的事故由單相接地故障或母線故障引發(fā)。而國(guó)內(nèi)外配網(wǎng)中性點(diǎn)廣泛采 用非有效接地（小電流接地）方式，以避免發(fā)生單相接地故障時(shí)引起供電中斷。對(duì)于配網(wǎng) 的單相接地故障，由于故障特征量微弱，一直缺乏可靠的故障選線和定位方法。隨著人們對(duì) 配網(wǎng)自動(dòng)化水平要求的提高，更加迫切需要從根本上解決配網(wǎng)的故障定位問(wèn)題。
[0003]目前國(guó)內(nèi)外學(xué)者提出的故障定位方法大致分為兩類：一是注入信號(hào)法，二是基于 故障特征量的區(qū)段定位。注入信號(hào)法包括"S"注入法、交直流綜合注入法和并聯(lián)中電阻法， 該類方法增大了對(duì)系統(tǒng)的干擾，且不能檢測(cè)瞬時(shí)性和間歇性接地故障?；诠收咸卣髁康?區(qū)段定位包括零模電流比較法、區(qū)段零序?qū)Ъ{法、零序無(wú)功功率方向法、基于相電流突變量 的定位、殘留增量法、行波法等，配電自動(dòng)化系統(tǒng)主要利用主站實(shí)現(xiàn)FTU的時(shí)間同步，對(duì)時(shí) 誤差至少為幾個(gè)毫秒。在此情況下，暫態(tài)信號(hào)的幅值、極性、波形相關(guān)性比較等方法不再有 效。
[0004] 觀察可知，目前的方法均只利用故障發(fā)生后的數(shù)據(jù)，而忽略了對(duì)故障前信息的利 用。同時(shí)，大多數(shù)定位方法只考慮零序電流信息（需要三相信息），對(duì)互感器要求高，信息獲 取復(fù)雜，且這些方法在數(shù)據(jù)缺相的情況下將會(huì)失效。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出了一種基于故障電流泄放路徑 的的配網(wǎng)線路故障區(qū)段定位方法。
[0006] 本發(fā)明的原理：
[0007] 設(shè)故障相為A相，故障前檢測(cè)點(diǎn)相電壓為故障后相電壓為A，由圖1，易知二 者滿足
[0009] 1)檢測(cè)點(diǎn)1、2位于故障點(diǎn)異側(cè)
[0010] 故障后故障點(diǎn)上游檢測(cè)點(diǎn)電流為
[0012] 式中，4、^A分別為A相負(fù)荷電流、電容電流和故障電流。其中
[0014] 式中，4為故障前電容電流。假設(shè)故障發(fā)生前后一周波內(nèi)負(fù)荷電流不變，即
[0018]消弧線圈利用故障時(shí)中性點(diǎn)電壓偏移產(chǎn)生的電感電流來(lái)抵消系統(tǒng)電容電流，接地 點(diǎn)殘流（故障電流）可表示為
[0020] 式中，Cs為全網(wǎng)線路對(duì)地電容。故障發(fā)生而消弧線圈未動(dòng)作時(shí)段中，|Z」非常大， 消弧線圈補(bǔ)償作用可忽略不計(jì)。則有
[0022] 同理，故障后故障點(diǎn)下游檢測(cè)點(diǎn)相電流
[0026] 可見(jiàn)，故障點(diǎn)異側(cè)檢測(cè)點(diǎn)電流變化特征不一致，具體表現(xiàn)為大小、相位均不等。
[0027] 2)檢測(cè)點(diǎn)1、2位于故障點(diǎn)同側(cè)
[0028] 若檢測(cè)點(diǎn)均位于故障點(diǎn)上游，根據(jù)1)中分析，有
[0034] 由于相鄰檢測(cè)點(diǎn)電容之差為區(qū)段電容，其數(shù)值很小，因此兩點(diǎn)電流變化特征基本 一致。
[0035] 設(shè)i1A(n)、i2A(η)為相鄰檢測(cè)點(diǎn)的相電流采樣序列。令故障發(fā)生時(shí)刻的數(shù)據(jù)點(diǎn)下 標(biāo)為零，定義兩檢測(cè)點(diǎn)相電流變化量
[0036] Ai1A (n) = i1A(n)-i1A(n-N)
[0037] n e [0, N-l]
[0038] Δ i2A(n) = i2A(n)-i2A(n_N)
[0039] 式中，N = 0. 02fs，為一周期采樣點(diǎn)。根據(jù)相關(guān)系數(shù)的定義
[0041] 將相鄰檢測(cè)點(diǎn)電流變化量相關(guān)系數(shù)作為差異性的衡量指標(biāo)，其中Cov(X, Y)為變 量X和Y的協(xié)方差。根據(jù)上節(jié)分析，易知非故障區(qū)段的r接近于1，故障區(qū)段的r為小于1， 甚至為負(fù)數(shù)。
[0042] 本發(fā)明的技術(shù)方案如下：
[0043] -種基于故障電流泄放路徑的配電網(wǎng)線路故障區(qū)段定位方法，其特點(diǎn)在于，所述 方法包括以下步驟：
[0044] 步驟Sl，確定故障相和故障時(shí)刻tf:當(dāng)檢測(cè)到接地故障的發(fā)生后，根據(jù)相電壓變化 規(guī)律，選出故障相（接地相），根據(jù)相電壓突變時(shí)刻（或消弧裝置功率突變時(shí)刻）確定故障 時(shí)刻t f;
[0045] 步驟S2,由于自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償消弧裝置的動(dòng)作時(shí)限為2~5周波，其中故障發(fā) 生后的第一個(gè)周期內(nèi)故障信息最豐富，因此選取檢測(cè)裝置故障前后一周波，即[tf 一 0. 02, tf+0. 02s]區(qū)間內(nèi)共2N個(gè)點(diǎn)的故障相電流波形數(shù)據(jù)，設(shè)故障發(fā)生時(shí)刻的數(shù)據(jù)點(diǎn)下標(biāo) 為零，計(jì)算變化量相關(guān)系數(shù)，公式如下：
[0047] 式中，Δ i1A(n)、Δ i2A(n)分別為兩檢測(cè)點(diǎn)相電流變化量，公式如下：
[0048] Ai1A (n) = i1A(n)-i1A(n-N)
[0049] n e [0, N-l]
[0050] Δ i2A(n) = i2A(n)-i2A(n_N)
[0051] 式中，i1A(n)、i2A(n)為相鄰檢測(cè)點(diǎn)的相電流采樣序列；
[0052] 步驟S3,根據(jù)相關(guān)系數(shù)大小判斷各區(qū)段是否為故障區(qū)段，即當(dāng)判斷 為故障區(qū)段，反之為非故障區(qū)段，其中diffset為人為設(shè)置的動(dòng)作閾值，取0. 1~1 ;
[0053] 步驟S4,根據(jù)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和檢測(cè)點(diǎn)在線路上的分布位置，依次遍歷，直到找出故 障區(qū)段為止，從而實(shí)現(xiàn)故障區(qū)段定位。
[0054] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：對(duì)接地故障，通過(guò)分析故障相電流在故障 發(fā)生前及故障發(fā)生至消弧線圈動(dòng)作前的相電流特征，從中提取故障特征量，并采用全過(guò)程 的波形變化量相關(guān)系數(shù)進(jìn)行定位。因此，僅需測(cè)量線路的故障相電流，打破了以前只考慮零 序（需要三相信息）的傳統(tǒng)，數(shù)據(jù)獲取簡(jiǎn)單、適用性強(qiáng)；從信號(hào)同步的角度看，全系統(tǒng)采用經(jīng) 過(guò)GPS同步的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，使得不同檢測(cè)點(diǎn)之間的差值更加靈敏。因此可很好解決目前普遍 存在的小電流接地系統(tǒng)單相接地故障時(shí)故障電流微弱、可靠性差、靈敏度低的問(wèn)題，同時(shí)不 會(huì)對(duì)系統(tǒng)引入干擾。
【附圖說(shuō)明】
[0055] 圖1是小電流接地系統(tǒng)單相接地示意圖
[0056] 圖2是分布式故障區(qū)段定位系統(tǒng)架構(gòu)圖
[0057] 圖3是IOkV系統(tǒng)仿真圖
[0058] 圖4是接地故障沿線電流變化量波形
【具體實(shí)施方式】
[0059] 本發(fā)明所需的故障波形來(lái)自于分布式故障區(qū)段定位系統(tǒng)，系統(tǒng)架構(gòu)如圖2所示。 配電網(wǎng)故障區(qū)段定位系統(tǒng)由監(jiān)控主站、變電站（母線）測(cè)量裝置以及分布在配電線路各處 的節(jié)點(diǎn)故障定位裝置組成。故障定位節(jié)點(diǎn)在拓?fù)渖蠈⒕€路劃分為若干區(qū)段，每個(gè)節(jié)點(diǎn)安裝 三組測(cè)量裝置，實(shí)時(shí)同步采集線路三相電流和電壓。
[0060] 依照發(fā)明的故障定位方法，在IOkV配電網(wǎng)仿真系統(tǒng)中，設(shè)置不同類型的故障。系 統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖3所示，①、②、③為區(qū)段編號(hào)，故障設(shè)置在區(qū)段②上。采樣頻率為20kHz (每 周期數(shù)據(jù)點(diǎn)N = 400)，故障發(fā)生時(shí)刻為0. 7s，接地故障時(shí)消弧裝置動(dòng)作時(shí)間設(shè)置為0. 04s， 相關(guān)系數(shù)的閾值設(shè)置為1。
[0061] 對(duì)于故障區(qū)段判斷的實(shí)施方式舉例：
[0062] 步驟S1，系統(tǒng)根據(jù)零序電壓?jiǎn)?dòng)檢測(cè)到接地故障的發(fā)生后，測(cè)得母線三相電壓中 A相降低，B、C相升高，確定為A相故障；根據(jù)相電壓突變時(shí)刻確定故障時(shí)刻為0. 71s ;
[0063] 步驟S2,選取各個(gè)檢測(cè)裝置[0, 69, 0. 73]區(qū)間內(nèi)共800個(gè)點(diǎn)的故障相電流波形數(shù) 據(jù)（設(shè)故障發(fā)生時(shí)刻的數(shù)據(jù)點(diǎn)下標(biāo)為零），根據(jù)相關(guān)系數(shù)的定義，計(jì)算r，結(jié)果如表1所示， 其中，500Ω接地電阻時(shí)故障相沿線電流變化量波形如圖4所示；
[0064] 表1單相接地故障仿真結(jié)果
[0065]
[0066] 步驟S3,區(qū)段②的相關(guān)系數(shù)滿足K0,判斷為其故障區(qū)段；反之，區(qū)段①、③為非故 障區(qū)段。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于故障電流泄放路徑的配電網(wǎng)線路故障區(qū)段定位方法，其特征在于，所述方 法包括以下步驟： 步驟S1，確定故障相和故障時(shí)刻tf; 步驟S2,選取檢測(cè)裝置[tf一 0. 02,tf+0. 02s]區(qū)間內(nèi)共2N個(gè)點(diǎn)的故障相電流波形數(shù) 據(jù)，設(shè)故障發(fā)生時(shí)刻的數(shù)據(jù)點(diǎn)下標(biāo)為零，計(jì)算相關(guān)系數(shù)r，公式如下：式中，iw(n)、i2A(n)為相鄰檢測(cè)點(diǎn)的相電流采樣序列； 步驟S3,根據(jù)相關(guān)系數(shù)大小判斷各區(qū)段是否為故障區(qū)段，即當(dāng)r>rMt，判斷為故障區(qū) 段，反之為非故障區(qū)段； 步驟S4,根據(jù)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和檢測(cè)點(diǎn)在線路上的分布位置，依次遍歷，直到找出故障區(qū) 段為止。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的配電網(wǎng)線路故障定位方法，其特征在于，所述步驟Sl包括： 系統(tǒng)檢測(cè)到接地故障的發(fā)生后，根據(jù)相電壓變化規(guī)律，選出故障相（接地相），根據(jù)相 電壓突變時(shí)刻（或消弧裝置功率突變時(shí)刻）確定故障時(shí)刻tf。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的配電網(wǎng)線路故障定位方法，其特征在于所述步驟S3中r為 人為設(shè)置的動(dòng)作閾值，取〇~〇. 5。
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種基于相關(guān)系數(shù)的配網(wǎng)線路故障區(qū)段定位方法，對(duì)于接地故障，通過(guò)分析故障相電流在故障發(fā)生前及故障發(fā)生至消弧線圈動(dòng)作前的相電流特征，從中提取故障特征量，并采用全過(guò)程的波形相關(guān)系數(shù)進(jìn)行定位。本發(fā)明僅需測(cè)量線路的故障相電流，方案簡(jiǎn)單，適用性強(qiáng)，可很好解決目前普遍存在的小電流接地系統(tǒng)單相接地故障時(shí)故障電流微弱、可靠性差、靈敏度低的問(wèn)題，同時(shí)不會(huì)對(duì)系統(tǒng)引入干擾。
【IPC分類】G01R31/08
【公開(kāi)號(hào)】CN105044550
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510206687
【發(fā)明人】李峰, 姚安川, 李曉冬, 修善杰, 劉亞?wèn)|
【申請(qǐng)人】國(guó)家電網(wǎng)公司, 國(guó)網(wǎng)山東省電力公司德州供電公司, 上海交通大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年11月11日
【申請(qǐng)日】2015年4月28日