一种自适应混合接地方式的单相接地故障定位方法及系统与流程

本发明涉及配电自动化领域，特别是一种自适应混合接地方式的单相接地故障定位方法及系统。

背景技术：

配电网中性点采用不同接地方式，其发生单相接地故障后的零序电压、零序电流等电气量特征差异较大，相应的故障检测与处理方式也各不相同。对于小电阻接地系统单相接地故障，其产生数百安培的故障电流，可以利用零序过电流原理实现故障定位。对于小电流接地系统（中性点不接地、经消弧线圈接地）单相接地故障，由于故障电流小、消弧线圈补偿使工频电气量失去故障特征、弧光接地与间隙性接地影响等，故障定位困难。不同接地方式（包括不接地、经消弧线圈接地、经小电阻以及混合连接接地方式）存在不同的单相接地故障特征，不同的接地方式的系统产生电气连接可能会引起的单相接地故障无法定位的问题。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的是提出一种自适应混合接地方式的单相接地故障定位方法及系统，可以自动适应接地方式的变化，实现单相接地的故障定位，提高供电可靠性。

本发明采用以下方案实现：一种自适应混合接地方式的单相接地故障定位方法，具体包括以下步骤：

步骤s1：确定系统的实时接地方式；

步骤s2：若接地方式为小电阻接地，则采用波形相似法确定故障区段；若接地方式为小电流接地，则采用幅值比较法确定故障区段。

进一步地，所述步骤s1具体包括以下步骤：

步骤s11：选择一段馈线上的一个配电终端，该配电终端查询与自己相邻的配电终端，获取其局部拓扑信息以及下一级配电终端的地址；

步骤s12：重复步骤s11直至查询到变电站的出线开关属性，从变电站的出线开关属性中提取该变电站的接地方式信息，从而确定本段馈线的实时接地状态，并建立拓扑；

步骤s13：拓扑建立后，各配电终端将实时监测拓扑中所有开关的变位信息，在拓扑结构改变时进行拓扑的实时更新。

进一步地，步骤s2中所述采用幅值比较法确定故障区段具体包括以下步骤：

步骤s211：发生故障时，各个配电终端采用暂态零序电流的突变量启动；

步骤s212：启动后的配电终端，计算零序电流幅值；

步骤s213：根据步骤s212的计算结果和预先设定的零序电流门槛值判断故障位置。

进一步地，所述步骤s212中，零序电流幅值的计算采用傅里叶算法。

进一步地，所述步骤s213具体为：设置在变电站主控制室的控制端将步骤s212计算得到的结果与预先设定的零序电流门槛值比较，将超过门槛值的配电终端置为1，将未超过门槛值的配电终端置为0，则故障位置在配电终端1与配电终端0之间。

进一步地，所述步骤s213还包括：选取一启动的配电终端作为本配电终端，若与本配电终端相邻的配电终端检测到故障零序电流，则判断故障不发生在本配电终端与相邻配电终端之间的区段；若与本配电终端相邻的配电终端没有检测到故障零序电流或者没有与本配电终端相邻的配电终端，则判断故障发生在本配电终端所在区段上，并且本配电终端为故障区段的上游边界配电终端。

进一步地，步骤s2中采用波形相似法确定故障区段具体包括以下步骤：

步骤s221：发生故障时，各个配电终端采用暂态零序电流的突变量启动；

步骤s222：已经启动的配电终端记下故障信号的波形和起始时刻；

步骤s223：已经启动的配电终端记录暂态零序电流的波形；

步骤s224：每个启动的配电终端查询与自己相邻的配电终端的录波数据，若相邻的配电终端没有录波数据，则判定故障点不在本配电终端与相邻配电终端之间的区段；若相邻的配电终端有录波数据，计算本配电终端的录波数据与相邻配电终端的录波数据的相似系数，若相似系数大于0.8，则判定故障点不在本配电终端与相邻配电终端之间的区段，若相似系数小于0.5时，则判定故障点在本配电终端与相邻配电终端之间的区段，若相似系数介于0.5至0.8之间，则判定本配电终端与相邻配电终端之间的区段为疑似故障区段。

进一步地，所述步骤s222中的起始时刻为配电终端首次检测到零序电流突变的时刻。

进一步地，所述步骤s223具体为：各个配电终端启动后，以所述起始时刻为基准，记录暂态零序电流的前后各一个周波的暂态波形。

进一步地，所述步骤s223中记录暂态零序电流的波形，其采样速度为128点/工频周波，记录时间为40ms。

特别的，本发明还提供了一种与上文所述自适应混合接地方式的单相接地故障定位方法相适配的系统，包括设置在变电站馈线上的各开关处的配电终端以及设置在变电站主控制室的控制端，各配电终端通过以太网与所述控制端相连；各配电终端实时监测所有开关的变位信息进而确定系统的实时接地方式，并将接地方式传递给所述控制端，控制端判断若接地方式为小电阻接地则采用波形相似法确定故障区段，若接地方式为小电流接地，则采用幅值比较法确定故障区段。

与现有技术相比，本发明有以下有益效果：本发明通过确定系统的实时接地方式，选择采用不同的方法判断故障位置，小电流接地方式时采用波形相似法确定故障区段，小电阻接地时采用幅值比较法确定故障区段，能够自动适应接地方式的变化，并根据不同的接地方式自动选择不同的故障判别方法，解决不同的接地方式的系统产生的电气连接可能会引起单相接地故障无法定位的问题。本发明首先采用对等网络的点对点通信，实现配电终端的动态拓扑，根据动态拓扑结构，馈线系统可以确定实时的接地方式；接着根据拓扑结构，判断系统的实时接地方式，确定采用小电流接地系统的单相接地故障定位方法还是小电阻接地系统的单相接地故障检测方法。小电流接地方式时采用波形相似法确定故障区段，小电阻接地时采用幅值比较法确定故障区段。本发明能够自动适应接地方式的变化，实现单相接地的故障定位，提高供电可靠性。

附图说明

图1为本发明实施例中的应用框图。

图2为本发明实施例中的主方法流程图。

图3为本发明实施例总的小电流接地方式故障定位流程图。

图4为本发明实施例总的小电阻接地方式故障定位流程图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明做进一步说明。

本实施例提供了一种自适应混合接地方式的单相接地故障定位方法，具体包括以下步骤：

步骤s1：确定系统的实时接地方式；

步骤s2：若接地方式为小电阻接地，则采用波形相似法确定故障区段；若接地方式为小电流接地，则采用幅值比较法确定故障区段。

在本实施例中，所述步骤s1具体包括以下步骤：

步骤s11：选择一段馈线上的一个配电终端，该配电终端查询与自己相邻的配电终端，获取其局部拓扑信息以及下一级配电终端的地址；

步骤s12：重复步骤s11直至查询到变电站的出线开关属性，从变电站的出线开关属性中提取该变电站的接地方式信息，从而确定本段馈线的实时接地状态，并建立拓扑；

步骤s13：拓扑建立后，各配电终端将实时监测拓扑中所有开关的变位信息，在拓扑结构改变时进行拓扑的实时更新。

在本实施例中，步骤s2中所述采用幅值比较法确定故障区段具体包括以下步骤：

步骤s211：发生故障时，各个配电终端采用暂态零序电流的突变量启动；

步骤s212：启动后的配电终端，计算零序电流幅值；

步骤s213：根据步骤s212的计算结果和预先设定的零序电流门槛值判断故障位置。

在本实施例中，所述步骤s212中，零序电流幅值的计算采用傅里叶算法。

在本实施例中，所述步骤s213具体为：设置在变电站主控制室的控制端将步骤s212计算得到的结果与预先设定的零序电流门槛值比较，将超过门槛值的配电终端置为1，将未超过门槛值的配电终端置为0，则故障位置在配电终端1与配电终端0之间。

在本实施例中，所述步骤s213还包括：选取一启动的配电终端作为本配电终端，若与本配电终端相邻的配电终端检测到故障零序电流，则判断故障不发生在本配电终端与相邻配电终端之间的区段；若与本配电终端相邻的配电终端没有检测到故障零序电流或者没有与本配电终端相邻的配电终端，则判断故障发生在本配电终端所在区段上，并且本配电终端为故障区段的上游边界配电终端。

在本实施例中，步骤s2中采用波形相似法确定故障区段具体包括以下步骤：

步骤s221：发生故障时，各个配电终端采用暂态零序电流的突变量启动；

步骤s222：已经启动的配电终端记下故障信号的波形和起始时刻；

步骤s223：已经启动的配电终端记录暂态零序电流的波形；

步骤s224：每个启动的配电终端查询与自己相邻的配电终端的录波数据，若相邻的配电终端没有录波数据，则判定故障点不在本配电终端与相邻配电终端之间的区段；若相邻的配电终端有录波数据，计算本配电终端的录波数据与相邻配电终端的录波数据的相似系数，若相似系数大于0.8，则判定故障点不在本配电终端与相邻配电终端之间的区段，若相似系数小于0.5时，则判定故障点在本配电终端与相邻配电终端之间的区段，若相似系数介于0.5至0.8之间，则判定本配电终端与相邻配电终端之间的区段为疑似故障区段。

在本实施例中，所述步骤s222中的起始时刻为配电终端首次检测到零序电流突变的时刻。

在本实施例中，所述步骤s223具体为：各个配电终端启动后，以所述起始时刻为基准，记录暂态零序电流的前后各一个周波的暂态波形。

在本实施例中，所述步骤s223中记录暂态零序电流的波形，其采样速度为128点/工频周波，记录时间为40ms。

特别的，如图1所示，分布式配电自动化系统主要由qs1、qs2（出线开关）及q1、q2、q3、q4、q5构成，且每个开关都对应一个配电终端stu。假定qs1所在的变电站为小电流接地系统，qs2所在的变电站为小电阻接地系统，正常运行时，q3为联络开关，靠近变电站的配电终端stua过逐级查询方式获得系统的网络拓扑，根据系统的接地方式，qs1、q1、q2按照小电流接地方式运行，发生单相接地故障时，采用波形相似法确定故障位置，不跳闸，只发送告警信号；qs2、q3、q4按照小电阻接地方式运行，发生单相接地故障时，根据零序电流幅值是否越线直接跳闸切除故障。

首先人工配置变电站的接地方式和配电终端的位置关系，系统开始工作后，自动建立网络拓扑关系，并实时维护拓扑。如图1所示，qs1所在的变电站为小电流接地系统，qs2所在的变电站为小电阻接地系统。

如图2所示，主程序步骤如下：

步骤1，逻辑流程开始；

步骤2，网络拓扑的建立:

以变电站出线保护装置qs1处的配电终端为主控stu，采用逐级查询的方式，依次向q1、q2、q6查询，直至查询到联络开关q3，在查询过程中，qs1将本变电站的接地方式，本实施例中为小电流接地方式，依次传递给q1、q2、q6；同理，以变电站qs2处的配电终端为主控stu，向q5、q7、q4查询过程类似，区别在于qs2所在的变电站为小电阻接地系统。

步骤3，故障定位：

线路上的各个stu根据本stu所在系统是小电阻接地系统还是小电流接地系统的不同自适应选择合适的故障定位方法。若系统为小电阻接地系统则进入步骤4，若系统为小电路接地系统，则进入步骤7。

步骤4，小电阻接地系统，采用零序电流幅值法定位，如图4所示：

采用傅里叶算法，计算零序电流幅值；

步骤5，与相邻终端通信：

stu检测到零序电流幅值越限后，与相邻的终端通信，获取相邻开关的故障零序电流信息。

步骤6，故障判据：

如果开关一侧相邻的开关检测到故障零序电流，说明故障是穿越性的，故障不在该侧的区段上；如果开关一侧相邻的开关均没有故障零序电流流过或者说没有相邻的开关，说明故障零序电流是注入性的，故障在该侧区段上，并确认自己属于故障区段上游边界开关。

步骤7，小电流接地系统，采用暂态零序电流波形比较法定位，如图3所示：

配电终端采用零序电流突变量启动，记录零序电流的暂态波形；

步骤8，故障起始时刻：

利用暂态零序电流突变量自同步来确定故障起始时刻，线路发生故障后，配电终端检测到的零序电流突变量认为是同一时刻，即通过首个突变点的检测可以确定故障起始时刻。

步骤9，记录暂态零序电流波形：

各配电终端检测到零序电流暂态信号后，以暂态零序电流突变量起始时刻为基准，记录前后各1个周波的暂态波形。

步骤10，故障判据：

每一个采用暂态零序电流突变量启动成功的stu，查询相邻stu的录波数据，如果相邻stu没有录波数据，则判定故障点不在此区段。如果相邻stu有录波数据，计算本stu录波数据与相邻stu录波数据的相似系数，当相似系数大于0.8时，判定故障点不在此区段，当相似系数小于0.5时，判定故障区段；当相似系数介于0.5与0.8之间时，为疑似故障区段。

特别的，本实施例还包括与上述实施例中基于上文所述自适应混合接地方式的单相接地故障定位方法所对应的系统，包括设置在变电站馈线上的各开关处的配电终端以及设置在变电站主控制室的控制端，各配电终端通过以太网与所述控制端相连；各配电终端实时监测所有开关的变位信息进而确定系统的实时接地方式，并将接地方式传递给所述控制端，控制端判断若接地方式为小电阻接地则采用波形相似法确定故障区段，若接地方式为小电流接地，则采用幅值比较法确定故障区段。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。