一種小電流接地故障行波選線方法
【專利摘要】本發明涉及一種小電流接地故障行波選線方法，包括以下步驟：S1.分離出自故障發生時刻后一定時間T內的母線處三相的初始電壓行波和各出線的初始電流行波；S2.檢測波頭幅值大小，并用所述波頭幅值表征所述初始電壓行波和初始電流行波；S3.以所述初始電流行波進行選線判斷故障線路；S4.以所述初始電壓行波進行選相判斷故障相，本方法是對配電網發生單相接地故障后，通過比較各出線同名相的初始電流行波來判斷故障線路，再通過比較母線處三相初始電壓行波再判斷故障相；該方法不受中性點接地方式、過渡電阻的大小、是否有分支線路、是否為混合線路以及線路是否空載的影響，且在選出故障線路的同時，能夠選出故障相，具有工程實用價值。
【專利說明】一種小電流接地故障行波選線方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種小電流接地故障行波選線方法，屬于配電網的保護與控制【技術領域】。
【背景技術】
[0002]我國35KV及1KV配電系統大多采用中性點不接地或經消弧線圈接地的處理方式。由于故障電流小、弧光造成的接地過程不穩定等原因，單相接地故障檢測一直難以徹底解決。
[0003]中性點不接地電網中，單相接地時故障線工頻零序電流等于所有健全線路對地電容電流之和，方向從線路指向母線。而健全線路零序電流等于自身對地電容電流，方向從母線指向線路。在消弧線圈接地系統中，對于高次諧波由于消弧線圈的感抗增加即其補償作用下降，而對地分布電容容抗下降。因此，對于零序電流中5次以上的諧波成份，可以忽略消弧線圈的作用，即認為故障線路比非故障線路幅值大且方向相反。
[0004]對于配電網的小電流接地故障，傳統的選線方法如注入信號法受TV容量、分布電容和接地電弧等因素的影響。利用零序電流比幅或比相的方法進行選線，易受正常運行狀態時不平衡電流的影響，且受系統的結構和運行方式的影響較大，此外，該方法不能適應消弧線圈接地的方式。基于五次諧波的幅值和方向的方法也可以確定故障線路，但是由于五次諧波含量較少，且在電弧存在時不夠穩定，并會受到不平衡電流中的諧波分量的影響，因此受到限制。總體來說，目前的選線方法都在一定范圍內可以接受，但仍不盡人意。
[0005]行波本身作為一種故障分量，在系統正常運行時并不存在，只有發生接地時才會出現，可排除正常運行不平衡電流的影響，此外其極性和幅值特征幾乎不受中性點的接地方式、線路結構和系統運行方式的影響。利用行波測距已經得到了成功應用，利用行波選線也不失為一種好方法。
[0006]隨著配網自動化的發展和故障管理功能的不斷完善，要求對單相接地故障能夠實現故障選相并恢復健全線路的供電，而不僅局限于傳統的故障選線，特別是對于有重要負荷的出線來說具有現實的必要性。
【發明內容】
[0007]本發明要解決的技術問題是:針對配電網小電流接地故障的選線問題，克服傳統算法可靠性不高的缺點，提供一種基于暫態行波進行選線的小電流接地故障行波選線方法。
[0008]本發明解決其技術問題所采用的技術方案是:
[0009]一種小電流接地故障行波選線方法，包括以下步驟:
[0010]S1.分離出自故障發生時刻后一定時間T內的母線處三相的初始電壓行波和各出線的初始電流行波；
[0011]S2.檢測波頭幅值大小，并用所述波頭幅值表征所述初始電壓行波和初始電流行波；
[0012]S3.以所述初始電流行波作為選線判據，進行選線判斷故障線路；
[0013]S4.以所述初始電壓行波作為選相判據，進行選相判斷故障相。
[0014]優選地，所述步驟S2具體為:在三相中任選出A、C兩相，檢測各個出線A、C相的初始電流行波的波頭幅值，并分別用以下列向量表示初始電流行波:
[0015]A=La1 Ci2...ak...aJT, C =Ly1 γ2 …Yk …γη]Τ
[0016]其中η為出線的條數，Yi(i = 1，2，…，k，…，η)分別表示第i條出線的A相和C相的初始電流行波的波頭幅值。
[0017]檢測母線處三相的初始電壓行波的波頭幅值，并用以下列向量表示初始電壓行波:T = [a b c]T
[0018]其中a、b、c分別表示A、B、C三相的初始電壓行波的波頭幅值。
[0019]優選地，所述步驟S3具體為:
[0020]根據波頭幅值求取A、C相的初始電流行波的極性列向量為下述列向量:
[0021]Sgnil= [I 1...-1...1] T, Sgni2= [_1 -1...1...-1] τ
[0022]其中I表示極性為正，-1表示極性為負；
[0023]若某一出線的初始電流行波的極性與其他出線同名相的初始電流行波的極性相反，則該出線為故障線路；若各出線同名相初始電流行波的極性都相同，則母線發生故障；
[0024]根據波頭幅值求取初始電流行波的幅值列向量，A、C相的初始電流行波的幅值列向量如下:
[0025]ampn= [α / α 2，…a k，…α n，]T，amPi2= [ γ J γ 2，…γ k，...γη，]τ
[0026]其中n為出線的條數，α/、γ/ (j = 1，2，...Λ，…，η)分別表示第j條出線A相和C相的初始電流行波的波頭幅值的大小，α / > 0、γ/ > O ；
[0027]若某一出線上初始電流行波的幅值遠大于其他出線同名相的初始電流行波的幅值，則該出線為故障線路；若各出線同名相的初始電流行波的幅值基本相等，則母線發生故障。
[0028]優選地，所述步驟S4具體為:
[0029]根據波頭幅值求取初始電壓行波的極性列向量如下:
[0030]Sgnul= [1-1 -1] T, Sgnu2= [_1 I I] τ
[0031]其中I表示極性為正，-1表示極性為負；
[0032]對于故障發生在出線上的情況，若某一相的初始電壓行波的極性與其他兩相初始電壓行波的極性相反，則該相為故障相；
[0033]根據波頭幅值求取初始電壓行波的幅值列向量如下:
[0034]ampu= [a，b，C，]
[0035]對于故障發生在出線上的情況，若某一相的初始電壓行波的幅值遠大于另兩相初始電壓行波的幅值，則該相為故障相；對于故障發生在母線上的情況，若某一相的初始電壓行波的幅值遠大于另外兩相初始電壓行波的幅值，則該相為故障相。
[0036]優選地，所述T為0.06ms。
[0037]本發明的有益效果是:本發明通過比較各出線同名相的初始電流行波的極性和幅值來判斷故障線路，通過比較母線處三相初始電壓行波的極性和幅值再判斷故障相。本發明對于故障發生在各條出線，或者是母線上，都有明確的算法。同時，通過仿真模型也驗證了該算法不受中性點接地方式、過渡電阻的大小、是否有分支線路、是否為混合線路以及線路是否空載的影響。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0038]下面結合附圖和實施例對本發明進一步說明。
[0039]圖1是本發明一個實施例的配電網電路圖；
[0040]圖2為出線L4發生A相單相接地故障時的初始電流行波、電壓行波。
[0041]圖3為出線L3、L4為混合線路時出線L4的電纜段發生A相單相接地故障時的初始電流、電壓行波。
[0042]圖4為母線發生A相單相接地故障時的初始電流、電壓行波。
【具體實施方式】
[0043]現在結合附圖對本發明作進一步詳細的說明。這些附圖均為簡化的示意圖，僅以示意方式說明本發明的基本結構，因此其僅顯示與本發明有關的構成。
[0044]如圖1所示的本發明所述一種小電流接地故障行波選線方法，包括以下步驟:
[0045]S1.分離出自故障發生時刻后一定時間T內的母線處三相的初始電壓行波(Transient Voltage Traveling Wave，即 TVTW)和各出線的初始電流行波(TransientCurrent Traveling Wave，即 TCTW)；
[0046]S2.檢測波頭幅值大小，并用所述波頭幅值表征所述初始電壓行波和初始電流行波；
[0047]S3.以所述初始電流行波作為選線判據，進行選線判斷故障線路；
[0048]S4.然后再以所述初始電壓行波作為選相判據，在判斷出故障線路的基礎上再進行選相判斷故障相。
[0049]本發明通過比較各出線同名相的初始電流行波來判斷故障線路，通過比較母線處三相初始電壓行波再判斷故障相，對于故障發生在各條出線，或者是母線上，都有明確的算法。同時，通過仿真模型也驗證了該算法不受中性點接地方式、過渡電阻的大小、是否有分支線路、是否為混合線路以及線路是否空載的影響。
[0050]在優選的實施方案中，所述步驟S2具體為:在三相中任選出A、C兩相，檢測各個出線A、C相的初始電流行波的波頭幅值，并分別用以下列向量表示初始電流行波:
[0051]A= [Cii α 2...α k...aJT，C= [Y1 Y2...γη]τ
[0052]其中n為出線的條數，a= 1，2，...Λ，…，η)分別表示第i條出線的A相和C相的初始電流行波的波頭幅值。
[0053]檢測母線處三相的初始電壓行波的波頭幅值，并用以下列向量表示初始電壓行波:T = [a b c]T
[0054]其中a、b、c分別表示A、B、C三相的初始電壓行波的波頭幅值。
[0055]在優選的實施方案中，所述步驟S3具體為:
[0056]根據波頭幅值求取A、C相的初始電流行波的極性列向量為下述列向量:
[0057]Sgnil= [I 1...-1...1] T, Sgni2= [_1 -1...1...-1] τ
[0058]其中I表示極性為正，-1表示極性為負；
[0059]若某一出線的初始電流行波的極性與其他出線同名相的初始電流行波的極性相反，則該出線為故障線路；若各出線同名相初始電流行波的極性都相同，則母線發生故障；
[0060]根據波頭幅值求取初始電流行波的幅值列向量，A、C相的初始電流行波的幅值列向量如下:
[0061]ampn= [α / α 2，…a k，…α n，]T，amPi2= [ γ / γ 2，…γ k，…γη，]τ
[0062]其中η為出線的條數，α/、γ / (j = 1，2，...Λ，...，η)分別表示第j條出線A相和C相的初始電流行波的波頭幅值的大小，α / > 0、γ/ > O ；
[0063]若某一出線上初始電流行波的幅值遠大于其他出線同名相的初始電流行波的幅值，則該出線為故障線路；若各出線同名相的初始電流行波的幅值基本相等，則母線發生故障。
[0064]在優選的實施方案中，所述步驟S4具體為:
[0065]根據波頭幅值求取初始電壓行波的極性列向量如下:
[0066]Sgnul= [1-1 -1] T, Sgnu2= [_1 I I] τ
[0067]其中I表示極性為正，-1表示極性為負；
[0068]對于故障發生在出線上的情況，若某一相的初始電壓行波的極性與其他兩相初始電壓行波的極性相反，則該相為故障相；
[0069]根據波頭幅值求取初始電壓行波的幅值列向量如下:
[0070]ampu= [a，b，C，]
[0071]對于故障發生在出線上的情況，若某一相的初始電壓行波的幅值遠大于另兩相初始電壓行波的幅值，則該相為故障相；對于故障發生在母線上的情況，若某一相的初始電壓行波的幅值遠大于另外兩相初始電壓行波的幅值，則該相為故障相。
[0072]在優選的實施方案中，所述T為0.06ms。
[0073]下面提供一個本發明所述一種小電流接地故障行波選線方法的具體實施例:主系統是具有單母線4條出線的1kv配電網，還包括電阻R、電感L和行波接收裝置RX，如附圖1所示，其中，線路LI為架空線路，L2為電纜線路，L3和L4為架空線和電纜的混合線路，假定出線L4的電纜段發生A相的單相接地故障。通過安裝在變電所的行波接收裝置RX，記錄故障時產生的母線處的電壓行波信號和各出線的電流行波信號，測得各出線A、C相電流初始行波和母線處電壓初始行波的波頭值，分別寫作列向量:
[0074]A= [-6.25 —24.80 —24.88 55.27]T (A)
[0075]C= [3.13 12.44 12.44 -28.30]T (A)
[0076]T= [-2212 1106 1106]T (V)
[0077]實施方案如下:
[0078]I)求取初始電流行波極性列向量
[0079]通過在軟件Matlab中編程
[0080]for i = 1:1:n
[0081]if A(i)>0
[0082]sgn (i) = I ；
[0083]else
[0084]sgn ⑴=-1 ;
[0085]end
[0086]end
[0087]sgn = sgn，；
[0088]可得A、C相的初始電流行波極性列向量分別為:
[0089]Sgnil= [-1 -1 —I I] T, Sgni2= [111 —I] τ
[0090]根據選線的極性判據，若某一出線的初始電流行波的極性與其他出線同名相的初始電流行波的極性相反，則該出線為故障線路。顯然，第4條出線L4的A相的初始電流行波極性與其他3條出線的A相初始電流行波極性相反，C相亦是如此。工程中通過編程可得I在Sgnil中所在的行和-1在sgn i2中的行數，即為故障線路L4。
[0091]2)求取初始電流行波幅值列向量
[0092]假設在上述步驟I)中，Sgnil就是A相的初始電流行波極性列向量，sgn 12就是C相的初始電流行波極性列向量。通過編程
[0093]ampn= A.*sgn n, ampi2= C.*sgn i2
[0094]可得A、C初始電流行波幅值列向量分別為:
[0095]ampn= A.*sgn η= [6.25 24.80 24.88 55.27] τ
[0096]ampi2= C.*sgn i2= [3.13 12.44 12.44 28.30] τ
[0097]根據選線的幅值判據，若某一出線上初始電流行波的幅值遠大于其他出線同名相的初始電流行波的幅值，則該出線為故障線路。顯然，向量amPil中第4行中的元素遠大于前3行中的元素，則障線路為L4，向量&11^2亦可得此結論。
[0098]3)求取初始電壓行波極性列向量
[0099]通過在MATLAB中編程
[0100]for i = 1:1:3
[0101]if T(i)>0
[0102]sgn ⑴=I ；
[0103]else
[0104]sgn (i) = -1 ；
[0105]end
[0106]end
[0107]sgn = sgn，；
[0108]則可得三相電壓的初始行波極性列向量為:
[0109]Sgnu= [-1 I I] τ
[0110]根據選相的極性判據，對于故障發生在出線上的情況，若某一相的初始電壓行波的極性與其他兩相初始電壓行波的極性相反，則該相為故障相。顯然，A相的初始電壓行波極性與B、C兩相初始電壓行波極性相反，則A相為故障相。工程中可編程求-1在向量sgn中的行數來選出故障相。
[0111]4)求取初始電壓行波幅值列向量
[0112]通過編程
[0113]ampul = T.氺sgn ul, ampu2= T.氺sgn u2
[0114]可得三相電壓初始行波波頭幅值大小列向量為:
[0115]ampu= [2212 1106 1106]
[0116]根據選相的幅值判據，某一相的初始電壓行波的幅值遠大于另兩相初始電壓行波的幅值，則該相為故障相。顯然，A相的初始電壓行波的波頭值遠大于B、C兩相的初始電壓行波的波頭幅值，則A相為故障相。
[0117]由以上實施例結果可得，選線選相結果完全正確。實施例是在一定的工程經驗的基礎上建立的模型，但是非常具有普遍性。此外，建立的其他仿真模型，包括中心點不同的接地方式、帶有分支線路的模型、帶有空載線路的模型、其他相發生單相接地故障，以及母線發生單相接地故障的情況，都取得了準確的選線選相結果。因此，本發明作為小電流接地故障選線的新算法，具有良好的工程實用價值。
[0118]以上述依據本發明的理想實施例為啟示，通過上述的說明內容，相關工作人員完全可以在不偏離本項發明技術思想的范圍內，進行多樣的變更以及修改。本項發明的技術性范圍并不局限于說明書上的內容，必須要根據權利要求范圍來確定其技術性范圍。
【權利要求】
1.一種小電流接地故障行波選線方法，其特征在于，包括以下步驟: 51.分離出自故障發生時刻后一定時間T內的母線處三相的初始電壓行波和各出線的初始電流行波； 52.檢測波頭幅值大小，并用所述波頭幅值表征所述初始電壓行波和初始電流行波； 53.以所述初始電流行波作為選線判據，進行選線判斷故障線路； 54.以所述初始電壓行波作為選相判據，進行選相判斷故障相。
2.如權利要求1所述的小電流接地故障行波選線方法，其特征在于，所述步驟S2具體為:在三相中任選出A、C兩相，檢測各個出線A、C相的初始電流行波的波頭幅值，并分別用以下列向量表示初始電流行波:
A= [αι α 2...a k...a n]T, C = Ly1 γ2...Yk...γη]τ其中η為出線的條數，a1、Yi(i = 1，2，…，k，…，n)分別表示第i條出線的A相和C相的初始電流行波的波頭幅值。 檢測母線處三相的初始電壓行波的波頭幅值，并用以下列向量表示初始電壓行波:T=[a b c]T 其中a、b、c分別表示A、B、C三相的初始電壓行波的波頭幅值。
3.如權利要求1所述的小電流接地故障行波選線方法，其特征在于，所述步驟S3具體為: 根據波頭幅值求取A、C相的初始電流行波的極性列向量為下述列向量: Sgnil= [I I …-1 …I] T, Sgni2= [-1 -1 …I …-1] τ 其中I表示極性為正，-1表示極性為負； 若某一出線的初始電流行波的極性與其他出線同名相的初始電流行波的極性相反，則該出線為故障線路；若各出線同名相初始電流行波的極性都相同，則母線發生故障； 根據波頭幅值求取初始電流行波的幅值列向量，A、C相的初始電流行波的幅值列向量如下:
ampn= [α / α 2，...a k，...a n' ]T, ampi2= [γ / γ 2，...γ k，...γη，]τ其中η為出線的條數，α/、y/ (j = 1，2，...Λ，...，η)分別表示第j條出線A相和C相的初始電流行波的波頭幅值的大小，α / > O、γ/ > O ； 若某一出線上初始電流行波的幅值遠大于其他出線同名相的初始電流行波的幅值，則該出線為故障線路；若各出線同名相的初始電流行波的幅值基本相等，則母線發生故障。
4.如權利要求1所述的小電流接地故障行波選線方法，其特征在于，所述步驟S4具體為: 根據波頭幅值求取初始電壓行波的極性列向量如下:
Sgnul= [1-1 -1] T, Sgnu2= [-1 I I] τ
其中I表示極性為正，-1表示極性為負； 對于故障發生在出線上的情況，若某一相的初始電壓行波的極性與其他兩相初始電壓行波的極性相反，則該相為故障相； 根據波頭幅值求取初始電壓行波的幅值列向量如下: ampu= [a，b，C，] 對于故障發生在出線上的情況，若某一相的初始電壓行波的幅值遠大于另兩相初始電壓行波的幅值，則該相為故障相；對于故障發生在母線上的情況，若某一相的初始電壓行波的幅值遠大于另外兩相初始電壓行波的幅值，則該相為故障相。
5.如權利要求1所述的小電流接地故障行波選線方法，其特征在于，所述T為0.06ms。
【文檔編號】G01R31/08GK104483594SQ201410742175
【公開日】2015年4月1日 申請日期:2014年12月8日 優先權日:2014年12月8日
【發明者】任力, 賈廷波, 王曉梅, 李兵, 劉煥聚 申請人:國網山東省電力公司日照供電公司