一種基于暫態(tài)行波的小電流接地故障選線方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種故障選線方法，具體地說(shuō)是一種基于暫態(tài)行波的小電流接地故障 選線方法，屬于配電網(wǎng)的保護(hù)與控制技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 我國(guó)配電網(wǎng)廣泛采用中性點(diǎn)非有效接地方式，這種接地方式具有供電可靠性高的 優(yōu)點(diǎn)，其單相接地故障發(fā)生率最高。當(dāng)發(fā)生單相接地故障后，非故障相電壓升高為原來(lái)的忑 倍，個(gè)別情況下，接地電容電流可能引起故障點(diǎn)電弧飛越，瞬時(shí)出現(xiàn)比相電壓大4-5倍的過(guò) 電壓，導(dǎo)致絕緣擊穿，進(jìn)一步擴(kuò)大成兩點(diǎn)或多點(diǎn)接地短路;故障點(diǎn)的電弧還會(huì)引起全系統(tǒng)過(guò) 電壓，常常燒毀電纜甚至引起火災(zāi)。因此，配電網(wǎng)的單相接地故障嚴(yán)重威脅這配電網(wǎng)的安全 可靠性，為防止事故擴(kuò)大，運(yùn)行中希望盡快選擇出故障線路并進(jìn)行處理。但是由于單相接地 是通過(guò)電源繞組和輸電線路而對(duì)地分布電容形成的短路回路，故障點(diǎn)的接地電流很小，單 相接地故障選線和故障定位問(wèn)題長(zhǎng)期以來(lái)沒(méi)有得到很好地解決。
[0003] 為了找出故障點(diǎn)，過(guò)去采用的是人工拉路的選線方法，受各種因素的影響，這種方 法找出故障線路需要很長(zhǎng)時(shí)間，降低了供電的質(zhì)量，使得供電單位與用戶的經(jīng)濟(jì)效益受到 了影響。而且電網(wǎng)容易受到開(kāi)關(guān)斷開(kāi)和閉合的沖擊，會(huì)導(dǎo)致操作過(guò)電壓和諧振過(guò)電壓，開(kāi)關(guān) 的反復(fù)動(dòng)作同樣使得其使用壽命降低。隨著無(wú)人值守變電站的增多和綜合自動(dòng)化水平的提 高，一是某些時(shí)候集控中心工作人員發(fā)現(xiàn)和處理接地信號(hào)的時(shí)間較長(zhǎng)，尤其是晚上出現(xiàn)的 故障信號(hào)，會(huì)出現(xiàn)帶故障長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行的情況;二是逐條拉路選線需要遠(yuǎn)方遙控操作，加大了 設(shè)備的負(fù)擔(dān)。
[0004] 當(dāng)前實(shí)際工作中，配電網(wǎng)普遍采用暫態(tài)零序電流法進(jìn)行選線，利用故障線路的暫 態(tài)零模電流初始行波的極性與非故障線路的極性相反這一原理判斷故障線路，該方法具有 可靠性高的優(yōu)點(diǎn)。但是實(shí)際運(yùn)行中模量行波的獲取增加了現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用的困難。獲取零模電流 行波需要現(xiàn)場(chǎng)配備合適的零序電流互感器，而僅為了故障選線增加零序電流互感器不經(jīng)濟(jì) 并且利用零模選線的方法無(wú)法實(shí)現(xiàn)選相。若不使用零序互感器，線模電流行波獲取是通過(guò) 兩相電流互感器，接線復(fù)雜且容易出錯(cuò)，這樣使故障選線更加困難。
[0005] 所以迫切需要一種快速準(zhǔn)確地故障選線方法，一方面有利于提高供電可靠性，提 高供電部門和用戶的經(jīng)濟(jì)效益，另一方面有利于維護(hù)用電設(shè)備。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 針對(duì)配電網(wǎng)小電流接地故障的選線問(wèn)題，本發(fā)明提出一種基于暫態(tài)行波的小電流 接地故障選線方法，其能夠快速準(zhǔn)確地進(jìn)行故障選線，克服傳統(tǒng)算法可靠性不高的缺點(diǎn)。
[0007] 本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題采取的技術(shù)方案是:一種基于暫態(tài)行波的小電流接地故障 選線方法，其特征是，通過(guò)安裝在變電站的專用監(jiān)測(cè)裝置采集站內(nèi)小電流接地系統(tǒng)母線上 的工頻零序電壓信號(hào)，以及對(duì)站內(nèi)小電流接地系統(tǒng)母線上的三相暫態(tài)行波電壓信號(hào)和各出 線的三相暫態(tài)行波電流信號(hào)進(jìn)行同步采集，從而實(shí)現(xiàn)在線故障選線，所述故障選線方法包 括以下步驟：
[0008] 步驟一，利用工頻零序電壓信號(hào)(3u0)確定系統(tǒng)發(fā)生接地故障；
[0009] 步驟二，對(duì)同一母線上的任一回出線選出故障相，設(shè)為p相，且將該相的暫態(tài)行波 電流信號(hào)和暫態(tài)行波電壓信號(hào)分別表不為ik,p和Uk,p;
[0010] 步驟三，對(duì)于同一母線上的任一回出線，計(jì)算參量：
[0013]其中：ik,P(n)為第k回出線p相故障暫態(tài)行波電流信號(hào)的第η個(gè)采樣值;u k,P(n)為第 k回出線p相故障暫態(tài)行波電壓信號(hào)的第η個(gè)米樣值;N為數(shù)據(jù)窗長(zhǎng)度，參量Dk表不一段時(shí)間 內(nèi)暫態(tài)行波電流信號(hào)和暫態(tài)行波電壓信號(hào)之間的總體極性關(guān)系；
[0014] 步驟四，根據(jù)線路的暫態(tài)行波電流信號(hào)與暫態(tài)行波電壓信號(hào)具有的關(guān)系進(jìn)行確定 同一母線上的出線是否為故障線路，如果參量Dk<0,則確定該出線為故障線路，否則為非 故障線路。
[0015] 進(jìn)一步地，在步驟一中，當(dāng)監(jiān)測(cè)裝置檢測(cè)到變電站小電流接地系統(tǒng)母線上的工頻 零序電壓信號(hào)的采樣值超過(guò)門檻值時(shí)，則判定該小電流接地系統(tǒng)發(fā)生了接地故障，而且保 存此時(shí)刻前后一段時(shí)間內(nèi)該母線上的三相暫態(tài)行波電壓信號(hào)采樣值和各出線的三相暫態(tài) 行波電流信號(hào)采樣值。
[0016] 進(jìn)一步地，在步驟二中，對(duì)采集的三相暫態(tài)行波電流信號(hào)采樣序列進(jìn)行二進(jìn)小波 變換處理，根據(jù)變換后三相暫態(tài)行波電流信號(hào)的第1個(gè)模極大值選出故障暫態(tài)行波電流最 大的一相，即為故障相。
[0017] 進(jìn)一步地，在步驟四中，線路的暫態(tài)行波電流信號(hào)與暫態(tài)行波電壓信號(hào)具有的關(guān) 系為:對(duì)于故障相而言，在故障初期的任一采樣時(shí)刻，故障線路的暫態(tài)行波電流信號(hào)和暫態(tài) 行波電壓信號(hào)具有反極性的關(guān)系;而非故障線路的暫態(tài)行波電流信號(hào)和暫態(tài)行波電壓信號(hào) 具有同極性的關(guān)系。
[0018] 進(jìn)一步地，在步驟四中，對(duì)于第η個(gè)采樣時(shí)刻，暫態(tài)行波電流信號(hào)和暫態(tài)行波電壓 信號(hào)之間的極性關(guān)系可以用二者在該時(shí)刻采樣值的乘積d k(n)來(lái)描述，即：dk(n)為第η個(gè)采 樣時(shí)刻的暫態(tài)行波電流信號(hào)采樣值與暫態(tài)行波電壓信號(hào)的乘積，當(dāng)d k(n)為正時(shí)表示暫態(tài) 行波電流信號(hào)和暫態(tài)行波電壓信號(hào)具有同極性關(guān)系，此時(shí)參量Dk為正值；當(dāng)d k(n)為負(fù)時(shí)表 示暫態(tài)行波電流信號(hào)和暫態(tài)行波電壓信號(hào)具有反極性關(guān)系，此時(shí)參量Dk為負(fù)值。
[0019] 優(yōu)選地，所述小電流接地系統(tǒng)包括110kV配電網(wǎng)、110kV/10kV變壓器、10kV母線和 若干回路出線，所述11 OkV/1 OkV變壓器的高壓側(cè)與11 OkV配電網(wǎng)相連，1 OkV母線與11 OkV/ 10kV變壓器的低壓側(cè)相連，若干回路出線分別與10kV母線相連，110kV/10kV變壓器高壓側(cè) 的中性點(diǎn)直接接地，110kV/10kV變壓器低壓側(cè)的中性點(diǎn)采用非有效接地方式。
[0020] 本發(fā)明的有益效果如下：本發(fā)明在確定配電網(wǎng)發(fā)生單相接地故障后，通過(guò)比較各 出線三相暫態(tài)行波電流信號(hào)的二進(jìn)小波變換第1個(gè)模極大值選出各出線暫態(tài)行波電流最大 的一相，然后根據(jù)該相暫態(tài)行波電流和暫態(tài)行波電壓的極性關(guān)系選出故障線路。本發(fā)明的 原理簡(jiǎn)單，適用范圍廣，不受過(guò)渡電阻的大小、中性點(diǎn)接地方式以及是否有分支線路等因素 影響，具有較高的工程實(shí)用價(jià)值。
[0021 ]本發(fā)明具有以下特點(diǎn)：
[0022] (1)對(duì)于不同的接地方式、接地故障和線路類型都有明顯的極性特征。
[0023] (2)不需要增加零序電流互感器，僅利用三相電流即可進(jìn)行準(zhǔn)確的判斷，具有一定 的經(jīng)濟(jì)性。
[0024] (3)方法簡(jiǎn)單、易實(shí)現(xiàn)，對(duì)電能質(zhì)量沒(méi)有影響，具有準(zhǔn)確性和可靠性，有較強(qiáng)的工程 應(yīng)用價(jià)值。
【附圖說(shuō)明】
[0025]圖1為本發(fā)明的方法流程圖；
[0026]圖2為本發(fā)明一具體應(yīng)用的配電網(wǎng)線路模型示意圖；
[0027]圖3為中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)在出線1發(fā)生A相金屬性接地故障后，出線1的三相暫態(tài)行 波電流波形示意圖；
[0028]圖4為中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)在出線1發(fā)生A相金屬性接地故障后，出線2的三相暫態(tài)行 波電流波形示意圖；
[0029] 圖5為中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)在出線1發(fā)生A相金屬性接地故障后，出線3的三相暫態(tài)行 波電流波形示意圖。
[0030] 圖6為中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)在出線1發(fā)生A相金屬性接地故障后，母線處三相暫態(tài)行 波電壓波形示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0031] 為能清楚說(shuō)明本方案的技術(shù)特點(diǎn)，下面通過(guò)【具體實(shí)施方式】，并結(jié)合其附圖，對(duì)本發(fā) 明進(jìn)行詳細(xì)闡述。下文的公開(kāi)提供了許多不同的實(shí)施例或例子用來(lái)實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的不同結(jié) 構(gòu)。為了簡(jiǎn)化本發(fā)明的公開(kāi)，下文中對(duì)特定例子的部件和設(shè)置進(jìn)行描述。此外，本發(fā)明可以 在不同例子中重復(fù)參考數(shù)字和/或字母。這種重復(fù)是為了簡(jiǎn)化和清楚的目的，其本身不指示 所討論各種實(shí)施例和/或設(shè)置之間的關(guān)系。應(yīng)當(dāng)注意，在附圖中所圖示的部件不一定按比例 繪制。本發(fā)明省略了對(duì)公知組件和處理技術(shù)及工藝的描述以避免不必要地限制本發(fā)明。
[0032] 如圖1所示，本發(fā)明提出的一種基于暫態(tài)行波的小電流接地故障選線方法，通過(guò)安 裝在變電站的專用監(jiān)測(cè)裝置采集站內(nèi)小電流接地系統(tǒng)母線上的工頻零序電壓信號(hào)，以及對(duì) 站內(nèi)小電流接地系統(tǒng)母線上的三相暫態(tài)行波電壓信號(hào)和各出線的三相暫態(tài)行波電流信號(hào) 進(jìn)行同步采集，從而實(shí)現(xiàn)在線故障選線，所述故障選線方法包括以下步驟：
[0033] 步驟一，利用工頻零序電壓信號(hào)(3u0)確定系統(tǒng)發(fā)生接地故障；
[0034] 步驟二，對(duì)同一母線上的任一回出線選出故障相，設(shè)為p相，且將該相的暫態(tài)行波 電流信號(hào)和暫態(tài)行波電壓信號(hào)分別表不為ik,p和Uk,p;
[0035] 步驟三，對(duì)于同一母線上的任一回出線，計(jì)算參量：
[0038]其中：ik,P(n)為第k回出線p相故障暫態(tài)行波電流信號(hào)的第η個(gè)采樣值;u k,P(n)為第 k回出線p相故障暫態(tài)行波電壓信號(hào)的第η個(gè)米樣值;N為數(shù)據(jù)窗長(zhǎng)度，參量Dk表不一段時(shí)間 內(nèi)暫態(tài)行波電流信號(hào)和暫態(tài)行波電壓信號(hào)之間的總體極性關(guān)系；
[0039] 步驟四，根據(jù)線路的暫態(tài)行波電流信號(hào)與暫態(tài)行波電壓信號(hào)具有的關(guān)系進(jìn)行確定 同一母線上的出線是否為故障線路，如果參量Dk<0,則確定該出線為故障線路，否則為非 故障線路。
[0040] 圖2為本發(fā)明一具體應(yīng)用的配電網(wǎng)線路模型示意圖；圖2中的接地方式、出線的條 數(shù)、線路類型、故障類型以及故障距離可以任意改變。如圖2所示，小電流接地系統(tǒng)包括 110kV配電網(wǎng)、110kV/10kV變壓器、10kV母線和若干回路出線，所述110kV/10kV變壓器的高 壓側(cè)與110kV配電網(wǎng)相連，10kV母線與110kV/10kV變壓器的低壓側(cè)相連，若干回路出線分別 與10kV母線相連，110kV/10kV變壓器高壓側(cè)的中性點(diǎn)直接接地，110kV/10kV變壓器低壓側(cè) 的中性點(diǎn)采用非有效接地方式(即110kV/10kV變壓器低壓側(cè)的中性點(diǎn)通過(guò)一個(gè)帶開(kāi)關(guān)控制 的電感支路接地）