配电网小电阻单相接地故障定位方法及配电终端与流程

本发明涉及配电网技术领域，尤其涉及一种配电网小电阻单相接地故障定位方法及配电终端。

背景技术：

今年来，随时经济的迅速发展，各大城市的10KV配电网主要采用地下电缆，使得对地电流电容大大增加。如果采用传统的消弧线圈接地，则需要较大的补偿容量，成本较高。且由于10KV配电网线路在运行中操作较多，消弧线圈的分接头及时调整有困难，容易出现谐振过电压现象。为了解决该问题，目前一般城市的变电站采用了中性点经小电阻接地方式，同时有效避免了因单相接地故障引发的相间短路事故。

对于小电阻单相接地故障的定位方法目前主要采用零序定位法，所述零序定位法主要是根据故障时系统电气量所呈现出来的特征及规律确定故障发生的位置。但是，随着配电网的不断改造与配电自动化系统的实施，接地故障的特征检测不再局限在线路首端。变电站出线(即馈线)已被分段开关区段化，每个开关安装处对应一个线路节点，出线断路器和线路分段开关均装设有自动化监控设备：馈线终端单元(FTU、DTU)。但是发现，在采用传统的零序定位法在负荷重载的小电阻单相接地系统中，经常出线故障区段误判的现象。究其原因，是因为对于小电阻接地配电网，尤其是重载的10KV配电线路，正常情况下负荷电流能达到150A，而安装在各负荷开关处的配电自动化终端零序过流告警值通常仅为60A或120A，故而，造成了故障地点的误判。因此，如何准确的判定配电网小电阻单相接地故障的具体位置，提高解决故障的效率，是目前亟待解决的技术问题。

技术实现要素：

本发明提供一种配电网小电阻单相接地故障定位方法及配电终端，用以解决配电网小电阻单相接地故障定位不准确的问题，提高故障处理效率，节约人力成本。

为了解决上述问题，本发明提供了一种配电网小电阻单相接地故障定位方法，包括如下步骤：采集配电线路两端的零序电压和零序电流；通过模拟数字转换器对所述零序电压和零序电流进行采样；对经采样的零序电压和零序电流进行傅里叶变换；计算所述零序电压与所述零序电流的有效值及所述零序电压与所述零序电流之间的角度值；判断所述零序电压与所述零序电流之间的角度值是否在预设范围内，若是，则确定为故障区。

优选的，采用如下公式计算所述零序电压与所述零序电流之间的角度值：

其中，U0表示零序电流，I0表示零序电压，表示零序电压与零序电流之间的角度。

优选的，所述采集配电线路两端的零序电流和零序电压的具体步骤包括：在一次开关柜侧通过零序电流互感器采集配电线路两端的零序电流，并经二次侧的故障接地板传输至模拟数字转换器；在一次开关柜侧通过电子式电压传感器采集配电线路两端的零序电压，并变比后传输到二次侧的故障接地板上；位于故障接地板上的零序电压经电压跟随器隔离后进入差分放大器放大；对经差分放大器放大后的零序电压进行信号调理后输出至模拟数字转换器。

优选的，所述变比为

优选的，所述预设范围为175°～325°。

本发明还提供了一种配电终端，包括：

一次侧卡装式零序电流互感器：直接安装于进线间隔电缆，配电终端的故障接地板接收来自其转换后零序电流，用于将配电高压线路大电流变比成小电流，供配电终端采集；

一次侧电子式电压传感器：配电终端的故障接地板接收来自其转换后零序电压，采用电容分压原理采集配电线路两端的零序电压；

故障接地底板：配电终端的一块子板。作为控制器核心板、二次侧EVT隔离与调理模块、二次侧零序电流互感器、模拟数字转换器转换器在其上，一起完成单相接地判断的功能。并通过配电终端后端的背板，传输给通信子板上送后台；

二次侧零序电流互感器：焊在故障接地底板之上，用于再次隔离采集卡装式零序电流互感器两端的零序电流，进入模拟数字转换器转换器；

二次侧电子式电压传感器隔离与调理模块：故障接地底板上的插件，接收来自一次设备的电子式电压传感器的转换后的零序电压信号，进一步进行电压跟随器隔离后进入差分放大器放大，并对经差分放大器放大后的零序电压进行信号调理后，进入模拟数字转换器；

模拟数字转换器：采集来自二次侧零序电流互感器与电子式电压传感器隔离与调理模块转换后的零序电流和零序电压；

控制器核心板：故障接地底板上的插件，接收模拟数字转换器的零序电压与零序电流采样信号，并对经采样的零序电流和零序电压进行傅里叶变换，且计算所述零序电压与所述零序电流的有效值及所述零序电压与所述零序电流之间的角度值，用于判断所述零序电压与所述零序电流之间的角度值是否在预设范围内，若是，则确定为故障区。

优选的，所述故障接地板上的控制器核心板插件对数据进行处理，所述采用如下公式计算所述零序电压与所述零序电流之间的角度值：

其中，U0表示零序电压，I0表示零序电流，表示零序电压与零序电流之间的角度。

优选的，所述零序电流互感器在一次开关柜侧通过零序电流互感器采集配电线路两端的零序电流，并经二次侧的故障接地板传输至模拟数字转换器；所述二次侧电子式电压传感器隔离与调理模块接收一次开关柜侧电子式电压传感器采集配电线路两端的零序电压，经电压跟随器隔离后进入差分放大器放大，并对经差分放大器放大后的零序电压进行信号调理后输出至模拟数字转换器。

优选的，所述变比为

优选的，所述预设范围为175°～325°。

本发明提供的配电网小电阻单相接地故障定位方法及配电终端，通过同时测定配电线路两端的零序电流和零序电压，通过零序电流和零序电压之间的角度值对故障位置进行精准定位，大大减少了电力公司运维排查的工作量，提高了故障处理效率，极大程度的缩短了用户停电时间。

附图说明

附图1是本发明具体实施方式的配电网小电阻单相接地故障定位方法流程图；

附图2是本发明具体实施方式的采集配电线路两端的零序电流和零序电压的具体步骤流程图；

附图3是本发明具体实施方式的配电终端的结构示意图；

附图4是本发明具体实施方式的配电终端的电路图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明提供的配电网小电阻单相接地故障定位方法及配电终端的具体实施方式做详细说明。

本具体实施方式提供了一种配电网单相接地故障定位方法，附图1是本发明具体实施方式的配电网小电阻单相接地故障定位方法流程图。如图1所示，本发明所述的配电网单相接地故障定位方法包括如下步骤：

步骤S11，采集配电线路两端的零序电压和零序电流。相较于传统的配电网小电阻单相接地故障的定位方法，本具体实施方式提出的故障定位方法，不仅采集配电线路两端的零序电流，而且对配电线路两端的零序电压也进行了采集。通过综合分析零序电流和零序电压，实现了对故障区段的准确定位。

附图2是本发明具体实施方式的采集配电线路两端的零序电流和零序电压的具体步骤流程图，为了能够准确的采集零序电流和零序电压，且便于对采集的信号进行后续处理，优选的，所述采集配电线路两端的零序电流和零序电压的具体步骤包括：

步骤S21，在一次开关柜侧通过零序电流互感器采集配电线路两端的零序电流，并经二次侧的故障接地板传输至模拟数字转换器(ADC)进行采集。其中，所述零序电流互感器优选采用精度较高、性能稳定、响应迅速的卡装式零序电流互感器。

步骤S22，在一次开关柜侧通过电子式电压传感器(EVT)采集配电线路两端的零序电压，并变比后传输到二次侧的故障接地底板(FE)上。其中，所述电子式电压传感器具有体积小、动态响应好、性能稳定等优点。为了防止电压过高对设备的损害，且确保较高的定位精度，优选的，所述变比为进行采集。

步骤S23，位于故障接地板上的零序电压经电压跟随器隔离后进入差分放大器放大；对经差分放大器放大后的零序电压进行信号调理后输出至模拟数字转换器。

这是因为，现有的配电网线路主要是10KV电路，如果在二次侧直接接10KV高电压，则会造成配电终端设备烧毁，后果不堪设想。为避免此问题，本具体实施方式对于10KV高电压配电线路先通过一次侧的电子式电压传感器将10KV电压降压后再供二次侧采集，然后二次侧才将采集到的电压、电流信号进行计算。

步骤S12，通过模拟数字转换器对所述零序电压和零序电流进行采样。

步骤S13，对经采样的零序电压和零序电流进行傅里叶变换。

步骤S14，计算所述零序电压与所述零序电流的有效值及所述零序电压与所述零序电流之间的角度值。为了提高定位的准确度，优选的，采用如下公式计算所述零序电流与所述零序电压之间的角度值：

其中，U0表示零序电压，I0表示零序电流，表示零序电压与零序电流之间的角度。

步骤S15，判断所述零序电压与所述零序电流之间的角度值是否在预设范围内，若是，则确定为故障区。优选的，所述预设范围为175°～325°。在发生接地故障时，零序电压与零序电流的相位关系只与线路的零序阻抗角有关。其中，所述零序阻抗角即为零序电流与零序电压之间的角度值。当所述零序电流与零序电压之间的角度值为正向，且在175°～325°范围内时，则给后台上送接地告警，后台操作断路器切断故障区段，保护线路不被大的短路电流烧毁。若所述零序电流与零序电压之间的角度值不在预设范围内，则说明该区域未发生接地故障，保护不动作。

本发明提供的配电网小电阻单相接地故障定位方法，通过同时测定配电线路两端的零序电流和零序电压，通过零序电流和零序电压之间的角度值对故障位置进行精准定位，大大减少了电力公司运维排查的工作量，提高了故障处理效率，极大程度的缩短了用户停电时间。

不仅如此，本具体实施方式还提供了一种配电终端，附图3是本发明具体实施方式的配电终端的结构示意图，附图4是本发明具体实施方式的配电终端的电路图。附图3所示，本具体实施方式的配电终端包括一次侧卡装式零序电流互感器10、一次侧电子式电压传感器20、故障接地底板30、二次侧零序电流互感器31、二次侧电子式电压传感器隔离与调理模块32、模拟数字转换器33、控制器核心板34。

其中一次侧卡装式零序电流互感器10、一次侧电子式电压传感器20、二次侧零序电流互感器31、二次侧电子式电压传感器隔离与调理模块32都是对信号进行等比例缩小采集。这是因为，现有的配电网线路主要是10KV电路，如果在二次侧终端直接接10KV高电压，则会造成配电终端设备烧毁，后果不堪设想。为避免此问题，本具体实施方式对于10KV高电压配电线路先通过一次侧的电子式电压传感器(EVT)将10KV电压降压后再供二次侧采集，然后二次侧才将采集到的电压、电流信号进行计算。

所述一次侧卡装式零序电流互感器10，用于采集配电线路两端的零序电流。其中，所述零序电流互感器优选采用精度较高、性能稳定、迅速响应的卡装式零序电流互感器；

所述一次侧电子式电压传感器20，用于采集配电线路两端的零序电压。相较于传统的配电网小电阻单相接地故障的定位方法，本具体实施方式提出的故障定位方法，不仅采集配电线路两端的零序电流，而且对配电线路两端的零序电压也进行了采集。通过综合分析零序电流和零序电压，实现了对故障位置的准确定位。优选采用体积小、动态响应好、性能稳定的电子式电压传感器。

所述二次侧零序电流互感器31：焊在故障接地底板30之上，用于再次隔离采集所述一次侧卡装式零序电流互感器10两端的零序电流，并传输至模拟数字转换器33；

所述二次侧电子式电压传感器隔离与调理模块32，来自一次侧的零序电压经电压跟随、隔离后进入差分放大器放大，并对经差分放大器放大后的零序电压进行信号调理后输出至模拟数字转换器33；

模拟数字转换器33，用于对二次侧零序电流互感器31、二次侧电子式电压传感器隔离与调理模块32传输过来的零序电流和零序电压进行采样处理。

控制器核心板34，连接模拟数字转换器33，用于接收零序电压和零序电流的采样信号，并对经采样的零序电流和零序电压进行傅里叶变换，且计算所述零序电压与所述零序电流的有效值及所述零序电压与所述零序电流之间的角度值。为了提高运算效率，优选的，采用如下公式计算所述零序电压与所述零序电流之间的角度值：

其中，U0表示零序电压，I0表示零序电流，表示零序电压与零序电流之间的角度。

所述计算结果用于判断所述零序电压与所述零序电流之间的角度值是否在预设范围内，若是，则确定为故障区。优选的，所述预设范围为175°～325°。在发生接地故障时，零序电压与零序电流的相位关系只与线路的零序阻抗角有关。其中，所述零序阻抗角即为零序电流与零序电压之间的角度值。当所述零序电流与零序电压之间的角度值为正向，且在175°～325°范围内时，则给后台上送接地告警，后台操作断路器切断故障区段，保护线路不被大的短路电流烧毁。通过正方向和负方向同时检测，确保零序电流保护没有死区，操作简单可靠。若所述零序电流与零序电压之间的角度值不在预设范围内，则说明该区域未发生接地故障，保护不动作。

本发明提供的配电网小电阻单相接地故障定位方法及配电终端，通过同时测定配电线路两端的零序电流和零序电压，通过零序电流和零序电压之间的角度值对故障位置进行精准定位，大大减少了电力公司运维排查的工作量，提高了故障处理效率，极大程度的缩短了用户停电时间。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。