一种综合工频和暂态无功功率方向的配电网故障选线方法与流程

本发明涉及配电网故障检测技术领域，具体涉及一种综合工频和暂态无功功率方向的配电网故障选线方法。

背景技术：

我国6～35kV中压配电网多采用谐振接地方式，且消弧线圈一般处于过补偿状态。这样虽然提高了故障自愈水平和供电可靠性，但过补偿的电感电流使故障线路工频零序电流极性与健全线路相同、幅值甚至小于健全线路，使得传统利用稳态电气量的故障选线方法存在着故障量不突出、不稳定甚至不确定等问题，无法保证选线的可靠性和灵敏度。由于接地故障暂态电流幅值一般是工频电流的数倍到数十倍，可达上百安培，且不受消弧线圈补偿方式影响，因此暂态选线方法在谐振系统中可靠性较高。经过近年的发展，利用暂态电气量的小电流接地故障选线技术均已实现突破。

利用故障暂态无功功率方向（以下简称暂态功率）选线是暂态选线的一种典型方法。暂态功率选线方法是通过比较各出线的暂态无功功率方向，方向和其他出线不同的为故障出线，如果所有出线暂态无功功率方向全都相同则为母线接地故障。此方法不仅要求各个出线间的零序电流互感器（TA）极性一致，还要求零序电压互感器（TV）与其对应的TA极性保持一致，才能保证暂态功率方向的正确性，进而进行正确选线。但由于传统配电线路很少用到方向保护，现场TV和TA的安装很少考虑到互感器之间的极性关系，很容易由于一次侧二次侧接线不对应造成极性反接，使暂态功率方向计算不确定而造成选线错误。

专利申请号：CN201210479994.0，名称：一种基于无功功率流向的谐振接地系统选线方法与论文《综合暂态与工频信息的谐振接地系统小电流接地故障选线》分别提出了通过比较小电流接地故障后各出线暂态无功功率和工频无功功率流向的一致性的方法进行选线，该方法消除了TV、TA极性不确定的影响，提高了暂态选线的可靠性和适应性。但是该算法在原理上不易理解，选线过程略显复杂。

技术实现要素：

为了解决TV、TA极性不确定的小电流接地系统中发生单相接地时的故障选线问题，本发明提供了一种综合工频和暂态无功功率方向的配电网故障选线方法，具体技术方案如下：

一种综合工频和暂态无功功率方向的配电网故障选线方法包括以下步骤：

（1）在线采集系统各出线母线出口处的零序电流及母线零序电压，当监测到母线零序电压幅值超过预先设置的母线零序电压幅值阈值时，说明系统发生了单相接地故障；

（2）选取暂态零序电流幅值比较大的n条出线作为故障备选出线；其中n>1；

（3）根据下述公式计算步骤（2）中选取的n条故障备选出线的暂态无功功率：

；

其中，k为故障备选出线的编号，k=1,2,···,n；T为暂态过程持续时间，为故障备选出线k的母线出口处的暂态零序电流，为母线暂态零序电压；如果，则表示故障备选出线k的暂态无功功率由母线流向故障备选出线k，故障备选出线k为健全线路；如果，则表示故障备选出线k的暂态无功功率由故障备选出线k流向母线，故障备选出线k为故障线路；如果所有故障备选出线均满足，则系统为母线接地故障；

（4）根据下述公式计算步骤（2）中选取的所有故障备选出线的工频无功功率：

；

其中，k为故障备选出线的编号，k=1,2,···,n；为故障备选出线k的零序电流工频分量，为母线零序电压工频分量，T为暂态过程持续时间；如果，则表示工频无功功率由母线流向故障备选出线k；如果，则表示工频无功功率由故障备选出线k流向母线；

（5）利用故障备选出线的工频无功功率对故障备选出线的暂态无功功率进行修正，然后比较修正后的暂态无功功率，根据修正后的暂态无功功率的方向进行选线，设修正后的暂态无功功率为，则

；

如果，则表示暂态无功功率由母线流向故障备选出线k，故障备选出线k为健全线路；如果，则表示暂态无功功率由故障备选出线k流向母线，故障备选出线k为故障线路；如果所有线路均满足，则系统为母线接地故障。

进一步，所述步骤（4）中选取T为一个工频周期。

本发明的有益效果为：

本发明提供了一种综合工频和暂态无功功率方向的配电网故障选线方法，本发明不依赖于TV、TA极性，通过单相接地故障时的工频无功功率对暂态无功功率进行修正，进而利用修正后的暂态无功功率进行选线；本发明综合利用了出线的暂态无功功率和工频无功功率，消除了TV、TA极性反接的影响，算法简单、易于理解且选线可靠率高。实际应用中配电网的TV、TA极性未知，本发明解决了TV、TA极性不确定性的配电网中的小电流接地系统中发生单相接地时的故障选线问题，有着广泛的实际应用价值。

附图说明

附图1是本发明一种综合工频和暂态无功功率方向的配电网故障选线方法的流程图；

附图2是小电流接地系统发生间歇性接地故障时各出线零序电压及零序电流波形图。

具体实施方式

为了更好的理解本发明，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明：

如图1所示，一种综合工频和暂态无功功率方向的配电网故障选线方法包括以下步骤：

（1）在线采集系统各出线母线出口处的零序电流及母线零序电压，当监测到母线零序电压幅值超过预先设置的母线零序电压幅值阈值时，说明系统发生了单相接地故障；设母线零序电压幅值为U₀，母线零序电压幅值阈值为U_0set，当U₀>U_0set，说明系统发生了单相接地故障；则进行步骤（2）；如果母线零序电压幅值没有超过设置的母线零序电压幅值阈值U_0set时，即，说明系统没有发生单相接地故障，则继续对系统各出线母线出口处的零序电流及母线零序电压进行采集和监测；

（2）选取暂态零序电流幅值比较大的n条出线作为故障备选出线；其中n>1；

（3）根据下述公式计算步骤（2）中选取的n条故障备选出线的暂态无功功率：

；

其中，k为故障备选出线的编号，k=1,2,···,n；T为暂态过程持续时间，为故障备选出线k的母线出口处的暂态零序电流，为母线暂态零序电压；如果，则表示故障备选出线k的暂态无功功率由母线流向故障备选出线k，故障备选出线k为健全线路；如果，则表示故障备选出线k的暂态无功功率由故障备选出线k流向母线，故障备选出线k为故障线路；如果所有故障备选出线均满足，则系统为母线接地故障；

（4）根据下述公式计算步骤（2）中选取的所有故障备选出线的工频无功功率：

；

其中，k为故障备选出线的编号，k=1,2,···,n；为故障备选出线k的零序电流工频分量，为母线零序电压工频分量，T为暂态过程持续时间，选取为一个工频周期，即20mS，如果，则表示工频无功功率由母线流向故障备选出线k；如果，则表示工频无功功率由故障备选出线k流向母线；

（5）利用故障备选出线的工频无功功率对故障备选出线的暂态无功功率进行修正，然后比较修正后的暂态无功功率，根据修正后的暂态无功功率的方向进行选线；在谐振接地系统中，由于消弧线圈一般处于过补偿状态，故障线路是由线路流向母线的感性工频无功功率，与健全线路由母线流向线路的容性工频无功功率相同。即工频功率方向只与TA是否反接有关，而与是否故障线路无关。当出线TA极性无反接时，所有出线的工频无功功率为正；当某出线TA极性反接时，该出线的暂态无功功率和工频无功功率同时改变符号（同时乘以-1），工频无功功率必定为负。因此，无论TA极性是否反接，用工频无功功率符号函数乘以暂态无功功率，将使暂态无功功率保持本来数值，进而可利用修正后的暂态无功功率进行选线。设修正后的暂态无功功率为，则

；

如果，则表示暂态无功功率由母线流向故障备选出线k，故障备选出线k为健全线路；如果，则表示暂态无功功率由故障备选出线k流向母线，故障备选出线k为故障线路；如果所有线路均满足，则系统为母线接地故障。

如图2所示的某供电企业10kV架空电缆混合线路系统的接地故障，其中，出线F4为故障线路，出线F1和出线F3的零序TA极性反接。当出线F4发生金属性单相接地故障，按照以下步骤进行选线：

a. 选取暂态零序电流幅值比较大的4条出线作为故障备选出线；

b.根据公式计算选取的4条故障备选出线的暂态无功功率，计算结果为：

，，，；

c.根据公式计算选取的4条故障备选出线的工频无功功率，计算结果为：

，，，；

d.根据公式计算选取的4条故障备选出线的修正后的暂态无功功率，计算结果为：

，，，；

这样出线F4修正后的暂态无功功率方向与其他3条出线不同，按照本发明提供的一种综合工频和暂态无功功率方向的配电网故障选线方法就可以选出出线F4为故障线路，消除了出线F1、出线F3健全线路TA反接的影响。

本发明不局限于以上所述的具体实施方式，以上所述仅为本发明的较佳实施案例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。