本发明涉及电力系统配电网单相接地故障检测技术领域，具体涉及一种基于小电流接地选线装置的配电网接地故障定位方法。
背景技术：
随着用电需求的不断增加，35kv及以下电压等级的配电网的线路越来越长，分支线路越来越多，网络结构越来越复杂，线路故障率也比较高，成为影响供电网可靠性的核心问题。尽管微机继电保护装置能够检测和切除短路故障，以暂态法原理为代表的新一代小电流接地选线装置能够检测和切除接地故障，但是，目前只能定位到故障线路，还无法精确定位故障点。
目前，故障点定位基本上都需要人工现场查找，往往需要耗费大量人力、物力和时间，直接影响配电网的可靠供电能力和供电质量。
技术实现要素：
为了解决上述问题，本发明提供了一种基于小电流接地选线装置的配电网接地故障定位方法，具体技术方案如下：
一种基于小电流接地选线装置的配电网接地故障定位方法包括以下步骤：
（1）小电流接地选线装置采集故障时刻的母线零序电压和各条线路首端零序电流；
（2）故障指示器采集故障时刻的故障电流峰值信号和零序电流信号；
（3）小电流接地选线装置选出故障线路：
1）计算各条线路零序电流暂态高频分量，记零序电流幅值为val(i)(j)，相位为phas(i)(j)，其中i表示线路号，i=1,2,...,n；j表示频率次数，j=5,...,60，比较各条线路各频率次数对应的零序电流幅值val(i)(j)，找到其中的最大值max{val(i)(j)}，对应的j值即为特征频率fs，各条线路的零序电流在特征频率fs下的幅值即为特征分量，记各条线路的特征分量幅值为val(i)(fs)，特征分量的相位值为phas(i)(fs)；
2）将各条线路的特征分量幅值val(i)(fs)按从大到小排序，并以首线路l1的特征分量的相位值phas(1)(fs)为参考，计算其它各条线路的特征分量的相位与首线路l1的特征分量的相位的相位差，记为ph(i)，即
ph(i)=phas(i)(fs)-phas(1)(fs)；
若
3）在步骤2）中所得的所有f(i)值中，如果有且仅有一条线路的f(i)值与其它线路不同，记该条线路为lx，且其对应的特征分量幅值val(x)(fs)满足：
则判定线路lx为接地线路，其中k1值为整定值可靠系数，取值范围为0.7~0.9；
4）提取故障线路lx的零序电流峰值幅值ip_line，零序电流基波幅值val_line(1)、零序电流5次谐波幅值val_line(5)；
（4）小电流接地选线装置收集故障线路lx上的故障指示器采集的特征信号：
小电流接地选线装置向故障线路lx上所有的故障指示器下发数据召唤指令，故障线路lx上的故障指示器收到小电流接地选线装置下发的数据召唤指令后，从步骤（2）中采集的信号量中提取故障电流峰值信号ip_fi(s)、零序电流信号的基波幅值val_fi(s)(1)和零序电流信号的基波相位pha_fi(s)(1)、零序电流5次谐波幅值val_fi(s)(5)和零序电流5次谐波相位pha_fi(s)(5)，s为故障线路lx上的故障指示器的编号，从线路首端到末端依次编号，s=1,2,3…m，m为故障线路lx上安装的故障指示器的总数；
（5）单相接地故障定位判断：
1）判据1：
判据1适用于中性点不接地系统和消弧线圈接地系统；其中ip_line为故障线路lx的零序电流峰值幅值，ip_line为经过零序互感器传变后的二次值，krel1为可靠系数，取值范围为0.9~1.2，kct为故障线路lx得零序电流互感器变比，按实际变比值整定，ip_fi(1)为故障线路lx上靠近母线的第一组故障指示器采集的故障电流峰值信号幅值的最大值，ip_fi(1)为一次值；
2）判据2：
判据2适用于中性点不接地系统；其中val_fi(1)(1)为故障线路lx上靠近母线的第一组故障指示器采集的零序电流信号的基波幅值，为一次值，krel2为可靠系数，取值范围为0.9~1.2，kct为故障线路lx得零序电流互感器变比，按实际变比值整定，val_line(1)为故障线路lx的零序电流基波幅值；
3）判据3：
判据3适用于中性点不接地系统和消弧线圈接地系统，val_fi(1)(5)为故障线路lx上靠近母线的第一组故障指示器采集的零序电流5次谐波幅值，为一次值；krel3为可靠系数，取值范围为0.9~1.2，kct为故障线路lx得零序电流互感器变比，按实际变比值整定，val_line(5)为故障线路lx的零序电流5次谐波幅值；
4）对于中性点不接地系统，如果满足判据1的条件，且满足判据2或判据3，则认为故障线路lx上的故障点位于故障线路lx上的第一组故障指示器之后，继续执行后续故障点定位；否则认为故障线路lx上的故障点位于故障线路lx上第一组故障指示器之前；
对于消弧线圈接地系统，如果同时满足判据1和判据3的条件，则认为故障线路lx上的故障点位于故障线路lx上的第一组故障指示器之后，继续执行后续故障点定位；否则认为故障线路lx上的故障点位于故障线路lx上的第一组故障指示器之前；
5）判据4：
判据4适用于中性点不接地系统，其中，
其中m为故障线路lx上安装的故障指示器的总数；
6）判据5：
判据5适用于中性点不接地系统及消弧线圈接地系统，其中，
其中m为故障线路lx上安装的故障指示器的总数；
7）对于中性点不接地系统，如果满足判据4的条件或者判据5的条件，则认为故障线路lx上的故障点位于故障线路lx上第p组故障指示器之后；如果p≠q，则认为故障线路lx上的故障点位于故障线路lx上第q组故障指示器之后；如果判据4、判据5都不满足条件，则判为故障定位失败；
对于消弧线圈接地系统，为了避免消弧线圈补偿电流影响，只采用判据5判断故障线路lx上故障点位置，如果满足判据5的条件，则认为故障线路lx上的故障点位于故障线路lx上第q组故障指示器之后，否则判定故障定位失败。
进一步，步骤（1）中的采样速率不低于25.6khz。
进一步，步骤（2）中所述故障指示器每隔1~2km在不同单相线路相对设置3个；在不同单相线路相对设置的3个故障指示器为一组故障指示器；所述故障指示器包括3个采集单元、1个汇集单元，3个采集单元分别与1个汇集单元连接；所述故障电流峰值信号由全电流信号经过低频截止频率为150hz的高通滤波电路后采集得到；零序电流信号由故障指示器的3个采集单元采集的相电流信号经过汇集单元合成得到。
进一步，步骤（3）中特征分量提取采用数据窗法，以步骤（1）中各条线路首端零序电流采样值中的最大值所发生的对应时刻t为中心取一周波数据，对该数据窗进行傅里叶计算，得到该条线路每个频率次数的零序电流幅值val(i)(j)和及其相位phas(i)(j)，找到其中的零序电流的最大幅值max{val(i)(j)}，其对应的频率j即为特征频率fs。
进一步，步骤（4）中小电流接地选线装置是通过gprs的通信方式向故障线路lx上所有的故障指示器下发数据召唤指令。
本发明提出的一种基于小电流接地选线装置的配电网接地故障定位方法，综合暂态原理小电流接地选线装置与线路上故障指示器采集的信息，可实现配电网单相接地故障精确定位，有利于现场故障查找，提高配网故障处理效率，较少停电时间，提升配电网供电可靠性。本发明能够准确定位配电网单相接地故障，小电流接地选线装置采用暂态信号特征频带选线理论，选线准确率达98%以上，可准确捕捉暂态信号，可实现故障分析和溯源，同时支持负荷在线测量、统计和分析。
附图说明
图1是本发明一种基于小电流接地选线装置的配电网接地故障定位方法的流程图。
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：
研究发现：（1）中性点不接地系统中，故障线上，从母线至故障点处，越靠近故障点，各处零序电流越大；（2）中性点不接地系统中，故障线上，从故障点到线路末端，越靠近故障点，各处零序电流越大；（3）中性点不接地系统中，线路首端零序电流小于故障点上游故障指示器采集零序电流，显著大于故障点下游的零序电流；（4）中性点不接地系统中，故障点上游的零序电流相位与故障点下游的零序电流相位相反；（5）消弧线圈接地系统中，故障点上游的零序电流全部受到消弧线圈补偿电流影响，（1）、（3）、（4）所述结论可能不再满足；（6）消弧线圈接地系统中，故障点下游的零序电流特征仍然与结论（2）一致；（7）消弧线圈接地系统中，首容性频段内的暂态分量基本不受消弧线圈影响，结论（1）至（4）仍然成立。根据这些特征，本发明提供了一种基于小电流接地选线装置的配电网接地故障定位方法，具体技术方案如下：
一种基于小电流接地选线装置的配电网接地故障定位方法包括以下步骤：
（1）小电流接地选线装置采集故障时刻的母线零序电压和各条线路首端零序电流，采样速率不低于25.6khz，以保证不失真地捕捉接地瞬间零序电流暂态信号；
（2）故障指示器采集故障时刻的故障电流峰值信号和零序电流信号；故障指示器每隔1~2km在不同单相线路相对设置3个；在不同单相线路相对设置的3个故障指示器为一组故障指示器；故障指示器包括3个采集单元、1个汇集单元，3个采集单元分别与1个汇集单元连接；故障电流峰值信号由全电流信号经过低频截止频率为150hz的高通滤波电路后采集得到，有效滤除50hz的负荷电流信号；零序电流信号由故障指示器的3个采集单元采集的相电流信号经过汇集单元合成得到。
（3）小电流接地选线装置选出故障线路：
1）计算各条线路零序电流暂态高频分量，记零序电流幅值为val(i)(j)，相位为phas(i)(j)，其中i表示线路号，i=1,2,...,n；j表示频率次数，j=5,...,60，比较各条线路各频率次数对应的零序电流幅值val(i)(j)，找到其中的最大值max{val(i)(j)}，对应的j值即为特征频率fs，各条线路的零序电流在特征频率fs下的幅值即为特征分量，记各条线路的特征分量幅值为val(i)(fs)，特征分量的相位值为phas(i)(fs)；
2）将各条线路的特征分量幅值val(i)(fs)按从大到小排序，并以并以首线路l1的特征分量的相位值phas(1)(fs)为参考，计算其它各条线路的特征分量的相位与首线路l1的特征分量的相位的相位差，记为ph(i)，即
ph(i)=phas(i)(fs)-phas(1)(fs)；
若
3）在步骤2）中所得的所有f(i)值中，如果有且仅有一条线路的f(i)值与其它线路不同，记该条线路为lx，且其对应的特征分量幅值val(x)(fs)满足：
则判定线路lx为接地线路，其中k1值为整定值可靠系数，取值范围为0.7~0.9；
4）提取故障线路lx的零序电流峰值幅值ip_line，零序电流基波幅值val_line(1)、零序电流5次谐波幅值val_line(5)；
（4）小电流接地选线装置收集故障线路lx上的故障指示器采集的特征信号：
小电流接地选线装置通过gprs的通信方式向故障线路lx上所有的故障指示器下发数据召唤指令，故障线路lx上的故障指示器收到小电流接地选线装置下发的数据召唤指令后，从步骤（2）中采集的信号量中提取故障电流峰值信号ip_fi(s)、零序电流信号的基波幅值val_fi(s)(1)和零序电流信号的基波相位pha_fi(s)(1)、零序电流5次谐波幅值val_fi(s)(5)和零序电流5次谐波相位pha_fi(s)(5)，s为故障线路lx上的故障指示器的编号，从线路首端到末端依次编号，s=1,2,3…m，m为故障线路lx上安装的故障指示器的总数；
（5）单相接地故障定位判断：
1）判据1：
判据1适用于中性点不接地系统和消弧线圈接地系统；其中ip_line为故障线路lx的零序电流峰值幅值，ip_line为经过零序互感器传变后的二次值，krel1为可靠系数，取值范围为0.9~1.2，kct为故障线路lx得零序电流互感器变比，按实际变比值整定，ip_fi(1)为故障线路lx上靠近母线的第一组故障指示器采集的故障电流峰值信号幅值的最大值，ip_fi(1)为一次值；
2）判据2：
判据2适用于中性点不接地系统；其中val_fi(1)(1)为故障线路lx上靠近母线的第一组故障指示器采集的零序电流信号的基波幅值，为一次值，krel2为可靠系数，取值范围为0.9~1.2，kct为故障线路lx得零序电流互感器变比，按实际变比值整定，val_line(1)为故障线路lx的零序电流基波幅值；
3）判据3：
判据3适用于中性点不接地系统和消弧线圈接地系统，val_fi(1)(5)为故障线路lx上靠近母线的第一组故障指示器采集的零序电流5次谐波幅值，为一次值；krel3为可靠系数，取值范围为0.9~1.2，kct为故障线路lx得零序电流互感器变比，按实际变比值整定，val_line(5)为故障线路lx的零序电流5次谐波幅值；
4）对于中性点不接地系统，如果满足判据1的条件，且满足判据2或判据3，则认为故障线路lx上的故障点位于故障线路lx上的第一组故障指示器之后，继续执行后续故障点定位；否则认为故障线路lx上的故障点位于故障线路lx上第一组故障指示器之前；
对于消弧线圈接地系统，如果同时满足判据1和判据3的条件，则认为故障线路lx上的故障点位于故障线路lx上的第一组故障指示器之后，继续执行后续故障点定位；否则认为故障线路lx上的故障点位于故障线路lx上的第一组故障指示器之前；
5）判据4：
判据4适用于中性点不接地系统，其中，
其中m为故障线路lx上安装的故障指示器的总数；
6）判据5：
判据5适用于中性点不接地系统及消弧线圈接地系统，其中，
其中m为故障线路lx上安装的故障指示器的总数；
7）对于中性点不接地系统，如果满足判据4的条件或者判据5的条件，则认为故障线路lx上的故障点位于故障线路lx上第p组故障指示器之后；如果p≠q，则认为故障线路lx上的故障点位于故障线路lx上第q组故障指示器之后；如果判据4、判据5都不满足条件，则判为故障定位失败；
对于消弧线圈接地系统，为了避免消弧线圈补偿电流影响，只采用判据5判断故障线路lx上故障点位置，如果满足判据5的条件，则认为故障线路lx上的故障点位于故障线路lx上第q组故障指示器之后，否则判定故障定位失败。
进一步，步骤（3）中特征分量提取采用数据窗法，以步骤（1）中各条线路首端零序电流采样值中的最大值所发生的对应时刻t为中心取一周波数据，对该数据窗进行傅里叶计算，得到该条线路每个频率次数的零序电流幅值val(i)(j)和及其相位phas(i)(j)，找到其中的零序电流的最大幅值max{val(i)(j)}，其对应的频率j即为特征频率fs。
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。