一種適用于監(jiān)測(cè)分支線路的小電流接地系統(tǒng)故障定位方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種小電流接地系統(tǒng)故障定位方法，適用于小電流接地方式的配電系 統(tǒng)，屬于配電網(wǎng)故障檢測(cè)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 小電流接地方式配電網(wǎng)中發(fā)生單相（小電流）接地故障時(shí)，在故障線路選擇基礎(chǔ) 上，確定故障點(diǎn)距離或故障區(qū)段，可以進(jìn)一步縮小故障查找和修復(fù)時(shí)間，將成為小電流接地 故障檢測(cè)技術(shù)研究和應(yīng)用的熱點(diǎn)、重點(diǎn)。傳統(tǒng)利用穩(wěn)態(tài)電氣量的故障檢測(cè)（選線、定位和測(cè) 距）方法存在著故障量不突出、不穩(wěn)定甚至不確定等問(wèn)題，無(wú)法保證檢測(cè)的可靠性和靈敏 度。經(jīng)過(guò)近年的發(fā)展，利用暫態(tài)電氣量的小電流接地故障選線和定位技術(shù)均已實(shí)現(xiàn)突破。
[0003] 論文《檢測(cè)暫態(tài)零模電流相關(guān)性的小電流接地故障定位方法》提出一種通過(guò)判斷 相鄰FTU檢測(cè)到的暫態(tài)零模電流相關(guān)性的故障定位方法，但該方法只利用相鄰檢測(cè)點(diǎn)暫態(tài) 零模電流的相似性關(guān)系，沒(méi)有利用暫態(tài)零模電流間的極性特性，存在一定盲區(qū)易導(dǎo)致定位 錯(cuò)誤。專利《一種基于暫態(tài)電流波形比較的小電流接地故障定位方法》與論文《小電流接地 故障暫態(tài)分析及定位新方法》分別提出了綜合上下游間暫態(tài)電流相似性關(guān)系和極性特性、 基于暫態(tài)零模電流比較的區(qū)段定位新方法，該方法消除了定位盲區(qū)，提高了暫態(tài)定位原理 的可靠性和適應(yīng)性，并利用仿真和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際故障數(shù)據(jù)驗(yàn)證了算法的有效性。但該算法只針 對(duì)監(jiān)測(cè)主干線路的情況（即各區(qū)段兩側(cè)只有兩個(gè)相鄰監(jiān)測(cè)點(diǎn)），對(duì)于監(jiān)測(cè)分支線路的情況 (即存在三個(gè)或以上監(jiān)測(cè)點(diǎn)圍成的區(qū)段）不能適應(yīng)。
[0004] 由于配電網(wǎng)分支眾多，發(fā)生單相接地故障時(shí)，在終端監(jiān)測(cè)分支線路的配電系統(tǒng)中 存在由三個(gè)或以上監(jiān)測(cè)點(diǎn)圍成的區(qū)段。如何逐級(jí)確定搜索路徑、找出故障區(qū)段已經(jīng)成為阻 礙該暫態(tài)電流定位方法推廣應(yīng)用的關(guān)鍵問(wèn)題。本專利主要解決監(jiān)測(cè)分支線路的小電流接地 系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時(shí)的故障定位問(wèn)題，提出一種綜合利用故障點(diǎn)上游監(jiān)測(cè)點(diǎn)暫態(tài)零模 電流與下游各監(jiān)測(cè)點(diǎn)暫態(tài)零模電流間相似性與極性關(guān)系逐級(jí)確定搜索路徑、找出故障區(qū)段 的定位方法。實(shí)際應(yīng)用中配電網(wǎng)分支眾多、該發(fā)明解決了終端監(jiān)測(cè)分支線路的配電系統(tǒng)中 的定位難題、有著廣泛的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于解決監(jiān)測(cè)分支線路的小電流接地系統(tǒng)中發(fā)生單相接地時(shí)的故 障定位問(wèn)題，提供一種基于零模電流暫態(tài)分量的故障定位方法。其技術(shù)解決方案是：終端在 線采集零模電流及零模電壓（條件允許時(shí)），單相接地時(shí)，按以下步驟進(jìn)行故障定位：
[0006] a.當(dāng)零模電壓幅值超越預(yù)設(shè)門檻時(shí)，變電所終端啟動(dòng)，選擇故障線路，并將選線結(jié) 果和故障線路出口零模電流采集數(shù)據(jù)上報(bào)主站；
[0007] b.當(dāng)零模電壓或零模電流突變量超越預(yù)設(shè)門檻時(shí)，各饋線終端啟動(dòng)，將故障零模 電流采集數(shù)據(jù)上報(bào)主站；
[0008] c.主站接收變電所終端和饋線終端零模電流采集數(shù)據(jù)，對(duì)故障線路各終端零模電 流數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波，分別提取其暫態(tài)分量，對(duì)健全線路終端數(shù)據(jù)則不予處理；
[0009]d.根據(jù)下述公式逐次計(jì)算區(qū)段各相鄰監(jiān)測(cè)點(diǎn)間的暫態(tài)零模電流相關(guān)系數(shù)：
[0011] 其中和iw(t)為故障點(diǎn)上、下游監(jiān)測(cè)點(diǎn)處暫態(tài)零模電流，T為暫態(tài)過(guò)程持 續(xù)時(shí)間。-1彡P(guān)bl彡1，IPbl|越大，表明icb、^間相似度越高。設(shè)定Pτ= 〇.6(-般有 PTe[0· 5, 0· 8])為門檻值，Pbl>ρτ表示兩暫態(tài)零模電流相似且極性相同；-ΡT〈Pbl〈ρτ 表示兩暫態(tài)零模電流不相似；Pbl〈_Pτ表示兩暫態(tài)零模電流相似但極性相反。
[0012] e.選擇故障線路出口第一個(gè)區(qū)段為待定區(qū)段，比較待定區(qū)段上游（即母線側(cè)）監(jiān) 測(cè)點(diǎn)與所有下游（負(fù)荷側(cè)）監(jiān)測(cè)點(diǎn)間暫態(tài)零模電流相關(guān)系數(shù)，判斷其是否故障區(qū)段，如果 判斷為健全區(qū)段，則選擇搜索路徑確定下一個(gè)待定區(qū)段，重復(fù)上述過(guò)程直至確定故障區(qū)段。 具體流程如下：1)判斷待定區(qū)段是否存在下游監(jiān)測(cè)點(diǎn)。若待定區(qū)段只有一個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)（即上 游監(jiān)測(cè)點(diǎn)），則該區(qū)段為故障區(qū)段；若待定區(qū)段有一個(gè)或以上下游監(jiān)測(cè)點(diǎn)，依次執(zhí)行下述步 驟。
[0013] 2)根據(jù)d中公式計(jì)算每個(gè)待定區(qū)段上游（即母線側(cè)）監(jiān)測(cè)點(diǎn)與所有下游（負(fù)荷 偵D監(jiān)測(cè)點(diǎn)間的相關(guān)系數(shù)。
[0014] 3)若待定區(qū)段至少存在一個(gè)下游監(jiān)測(cè)點(diǎn)與上游監(jiān)測(cè)點(diǎn)暫態(tài)零模電流波形相似且 極性相同，即相關(guān)系數(shù)大于設(shè)定門檻值Ρτ，則該區(qū)段判定為健全區(qū)段；
[0015] 4)若待定區(qū)段所有下游監(jiān)測(cè)點(diǎn)與上游監(jiān)測(cè)點(diǎn)暫態(tài)零模電流波形不相似或相似但 極性相反，即相關(guān)系數(shù)小于預(yù)設(shè)門檻值Ρτ，則該區(qū)段判定為故障區(qū)段；
[0016]5)若待定區(qū)段為健全區(qū)段，在與上游監(jiān)測(cè)點(diǎn)相關(guān)系數(shù)大于設(shè)定門檻值Ρτ的所有 下游監(jiān)測(cè)點(diǎn)中，選擇暫態(tài)零模電流幅值最大的監(jiān)測(cè)點(diǎn)下游相鄰區(qū)段為下一個(gè)待定區(qū)段。
【附圖說(shuō)明】
[0017] 下面結(jié)合附圖與【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作更進(jìn)一步說(shuō)明：
[0018] 附圖1為一種典型配網(wǎng)自動(dòng)化定位系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019] 附圖2為定位流程框圖；
[0020] 附圖3為帶分支線路的配電線路仿真模型（其中代表故障點(diǎn)位置；魯代表饋線 終端FTU位置）；
[0021] 附圖4(a) (b)分別為附圖3所示系統(tǒng)中Ε點(diǎn)發(fā)生金屬性單相接地故障時(shí)各區(qū)段 上、下游各監(jiān)測(cè)點(diǎn)暫態(tài)零模電流波形對(duì)比；
[0022] 附圖5(a) (b)分別為附圖3所示系統(tǒng)中F點(diǎn)發(fā)生金屬性單相接地故障時(shí)各區(qū)段 上、下游各監(jiān)測(cè)點(diǎn)暫態(tài)零模電流波形對(duì)比；
【具體實(shí)施方式】
[0023] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明擬用下述技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)：
[0024] I、如附圖1所示是基于配網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)平臺(tái)的小電流接地故障定位系統(tǒng)，由安裝 于變電站內(nèi)部的站內(nèi)終端（小電流接地故障選線裝置）、安裝于線路各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的線路終端 (FTU)、安裝于主控室的小電流接地故障定位主站及通訊網(wǎng)絡(luò)組成。該定位系統(tǒng)具體工作流 程如下：
[0025] 1)正常運(yùn)行時(shí)系統(tǒng)工作流程
[0026] 線路中的饋線終端一直處于對(duì)線路各監(jiān)測(cè)點(diǎn)零模電流和零模電壓（有條件時(shí)）信 號(hào)采樣的狀態(tài)，并將零模電壓采樣信號(hào)或零模電流變化量的與裝置啟動(dòng)門檻值進(jìn)行比較， 判斷是否符合裝置啟動(dòng)條件；選線裝置負(fù)責(zé)監(jiān)測(cè)母線零模電壓和各條饋線出口零模電流信 號(hào)，正常工作時(shí)對(duì)監(jiān)測(cè)信號(hào)進(jìn)行采樣，并將零模電壓的采樣值與裝置啟動(dòng)門檻值進(jìn)行比較， 判斷線路中是否有故障發(fā)生；定位主站負(fù)責(zé)接收饋線終端和選線裝置上報(bào)的故障數(shù)據(jù)，并 進(jìn)行故障定位，正常工作時(shí)會(huì)對(duì)饋線終端和選線裝置進(jìn)行狀態(tài)查詢，避免裝置退出工作狀 ??τ〇
[0027] 2)故障時(shí)系統(tǒng)工作流程
[0028] 線路中發(fā)生小電流接地故障時(shí)，線路饋線終端根據(jù)零模電流變化量或零模電壓 (有條件時(shí)）信號(hào)啟動(dòng)，記錄各監(jiān)測(cè)點(diǎn)一個(gè)周波的故障零模電流信號(hào)，并將帶有時(shí)間標(biāo)簽的 故障數(shù)據(jù)上報(bào)至定位主站；選線裝置根據(jù)母線處零模電壓?jiǎn)?dòng)，當(dāng)零模電壓值達(dá)到裝置啟 動(dòng)門檻值時(shí)，啟動(dòng)裝置，并記錄母線處零模電壓、各條饋線母線出口處的零模電流信號(hào)、故 障持續(xù)時(shí)間、故障發(fā)生時(shí)間、故障線路、故障相等故障數(shù)據(jù)，并將故障數(shù)據(jù)作相應(yīng)的轉(zhuǎn)化上 報(bào)至定位主站；定位主站負(fù)責(zé)接收選線裝置和饋線終端上報(bào)的故障數(shù)據(jù)，并根據(jù)故障數(shù)據(jù) 進(jìn)行故障區(qū)段定位。
[0029]II、基于附圖3所示中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地的電纜線路模型，分別設(shè)置E、F點(diǎn)發(fā)生 金屬性單相接地故障，驗(yàn)證上述算法的有效性。此模型中線路14中包括4個(gè)區(qū)段，分別是： Q0與Q1圍成第一區(qū)段；Q1與Q2、Q3、Q4、Q5圍成第二區(qū)段；Q5與Q6圍成第三區(qū)段；Q6與 Q7、Q8、Q9、Q10圍成第四區(qū)段。
[0030] ( -）E點(diǎn)發(fā)生金屬性單相接地故障
[0031]a.當(dāng)零模電壓幅值超越預(yù)設(shè)門檻時(shí)，變電所終端啟動(dòng)，選線裝置選擇故障線路為 14，并將選線結(jié)果和故障線路出口零模電流采集數(shù)據(jù)上報(bào)主站；
[0032] b.當(dāng)零模電流突變量超越預(yù)設(shè)門檻時(shí)，各饋線終端啟動(dòng)，將故障零模電流采集數(shù) 據(jù)上報(bào)主站；
[0033]c.主站接收變電所終端和饋線終端零模電流采集數(shù)據(jù)，對(duì)故障線路各終端零模電 流數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波，分別提取其暫態(tài)分量，對(duì)健全線路終端數(shù)據(jù)則不予處理。
[0034] d.從故障線路出口第一個(gè)監(jiān)測(cè)區(qū)段開始；
[0035] 1)根據(jù)下述公式
[0037] 計(jì)算得到各區(qū)段相鄰監(jiān)測(cè)點(diǎn)的暫態(tài)零模電流相關(guān)系數(shù)計(jì)算結(jié)果為：
[0038] p01 = 0.9995 ；
[0039]pl2 =-0.6911 ；pl3=-〇. 6911 ；pl4=-〇. 6911 ；pl5= 0.9287 ；
[0040] p56 =-0.3483；
[0041 ] p67= 0.9942 ；p68= 0.9942 ；p69= 0.9942 ；p610= 0.95