基于暂态零序电流信号特征的中小电流接地故障定位方法与流程

基于暂态零序电流信号特征的中小电流接地故障定位方法，属于电力自动化技术领域。

背景技术：

我国配电网广泛采用非有效接地方式，当系统发生小电流单相接地故障时，故障电流很小，故障信号微弱，造成故障检测、选线、定位都很困难。线路发生小电流接地故障后，三相电压依然对称，所以系统可运行一段时间，提高供电的可靠性。但是如果带接地故障长期运行，容易扩大故障，带来更大危害。可见，及时找到单相接地故障的位置，并及时处理，对提高供电可靠性、保证配电设备运行安全具有十分重要的意义。

在现有技术中，存在一种解决的方式是将暂态零序电流的信号采用高速采集系统采集并上传至主站，主站利用波形比较的方法确定故障区段，由于暂态零序信号的频率较高，因此波形上传时需要传送的数据量很大，所以这种方式对通信质量要求很高，对于通信条件差的偏远地区电网系统，这种波形比较的方法无法适用。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种主站根据智能配电终端上传的暂态零序电流的特征信息进行疑似故障区段的判断并最终确定故障区段，对通信质量的要求大大降低，特别适用于通信条件差，不能传输大量数据的偏远地区电网系统的基于暂态零序电流信号特征的中小电流接地故障定位方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：该基于暂态零序电流信号特征的中小电流接地故障定位方法，设置有变电站母线和从变电站母线上引出的多条出线，在出线上自上游至下游设置有变电站出线开关和多个线路分段开关，在变电站出线开关和线路分段开关处分别安装有智能配电终端，所有智能配电终端与主站相连，其特征在于：包括如下步骤：

步骤a，启动智能配电终端中小电流接地故障监测功能；

步骤b，通过智能配电终端设置零序电流的启动门槛值；

步骤c，智能配电终端根据设定的启动门槛值与对零序电流的采样信号进行比较，根据启动条件判断零序电流启动是否成功，如果启动成功，执行步骤d，如果未启动成功，返回步骤a；

步骤d，智能配电终端启动之后，智能配电终端记录故障启动时间；

步骤e，智能配电终端对暂态零序电流进行特征信息的提取，并将提取到的特征信息上传至主站；

步骤f，主站接收到智能配电终端上传的暂态零序电流的特征信息之后，主站根据信道传输延时时间对数据进行分组；

步骤g，主站结合暂态零序电流信号的特征信息，根据疑似故障区段判定依据，判断得到疑似故障区段；

步骤h，主站对步骤g中的疑似故障区段判定依据进行加权计算；

步骤i，经步骤h加权计算后的置信系数是否大于数值上限，如果大于数值上限，执行步骤1011，如果小于等于数值上限，执行步骤1012；

步骤j，经步骤h加权计算后的置信系数大于数值上限的区段被确定为故障区段；

步骤k，经步骤h加权计算后的置信系数小于等于数值上限，该区段为非故障区段，故障区段的判定结束。

优选的，步骤c中所述的零序电流的启动条件为：智能配电终端对采样得到的零序电流采样信号与预先设定的启动门槛值进行比较，在连续的1/8个工频周期内，零序电流采样信号的幅值超过启动门槛值一次记+1，低于启动门槛值一次记-1，依次累加，最终得到的累加数值m，如果m>0，则表示智能配电终端启动，线路中疑似发生中小电流接地故障；如果m≤0，则智能配电终端不启动，继续对暂态电流进行采样且之前的计数归零。

优选的，步骤e中所述的特征信息为：线路中发生中小电流接地故障之后一个工频周期内，暂态零序电流信号的幅值、相角和频率；其中幅值和相角采用傅里叶算法计算得到，频率采用过零点计算法计算得到。

优选的，步骤g中所述的疑似故障区段判定依据包括：

幅值判据：主站筛选出在有效时间内所有智能配电终端的上报信息，查找各个零序电流信号幅值最大的智能配电终端，以智能配电终端为基准，向其两侧查找零序电流幅值跃变区间，当相邻两个暂态零序电流幅值变化超过50%时，则该区段为疑似故障区段；

相角判据：主站筛选出在有效时间内所有只能智能配电终端的上报信息，查找各个暂态零序电流信号的初始相位，从变电站出线开关的智能配电终端开始，向线路侧查找零序电流初相位发生翻转的区段，当两个检测点的零序电流初相位相差△β处于：150°＜△β＜210°时，则为相位翻转区间，该区段为疑似故障区段；

频率判据：主站筛选出在有效时间内所有智能配电终端的上报信息，查找各个暂态零序电流信号的频率，从变电站出线开关的智能配电终端开始，向线路侧查找零序电流频率跃变区段，当相邻两个暂态零序电流频率变化超过50%时，则判断该区段为疑似故障区段。

优选的，步骤i中所述的数值上限为0.5。

优选的，在步骤h对疑似故障区段判定依据进行加权计算时，其中幅值判据，相角判据以及频率判据的置信系数分别为0.4、0.4和0.2。

优选的，对于有线传输方式，步骤f中所述的信道传输延时时间的取值范围为20ms~200ms；对于无线传输方式，步骤f中所述的信道传输延时时间的取值范围为1s~5s。

与现有技术相比，本发明所具有的有益效果是：

在本基于暂态零序电流信号特征的中小电流接地故障定位方法中，主站根据智能配电终端上传的暂态零序电流的特征信息进行疑似故障区段的判断并最终确定故障区段，对通信质量的要求大大降低，特别适用于通信条件差，不能传输大量数据的偏远地区电网系统。相比较传统的波形比较法，无需上传大量数据，对配电终端、通信信道要求大大降低，降低了系统成本。且本方法中利用小电流接地故障时线路各个检测点记录的暂态信号，并不将暂态信号直接上传，仅仅在本地监控设备（智能配电终端）中将暂态信号的特征提取出来，上传暂态信号的特征，在定位主站中采用加权算法，将上送的暂态信号信息综合利用，该发明在通信信道差的条件下，提高了故障定位的准确度，且降低了系统成本，适用范围广，方法简单且易实现。

附图说明

图1为基于暂态零序电流信号特征的中小电流接地故障定位方法流程图。

图2为基于暂态零序电流信号特征的中小电流接地故障定位方法电网线路以及零序电流特征信息示意图。

其中：1、变电站母线2、变电站出线开关3、线路分段开关4、零序电流波形5、出线6、故障点。

具体实施方式

图1~2是本发明的最佳实施例，下面结合附图1~2对本发明做进一步说明。

如图1所示，基于暂态零序电流信号特征的中小电流接地故障定位方法，包括如下步骤：

步骤1001，开始；

开始进行基于暂态零序电流信号特征的中小电流接地故障定位方法。

步骤1002，启动智能配电终端中小电流接地故障监测功能。

步骤1003，设置智能配电终端启动门槛值；

当线路中发生中小电流接地故障后，线路中的零序电流会发生突变，通过安装于变电站出线开关2以及线路分段开关3上的智能配电终端设定发生故障之后，因暂态零序电流突变量而触发智能配电终端的启动门槛值。

步骤1004，突变量启动是否成功；

智能配电终端根据设定的启动门槛值与对零序电流的采样信号进行比较，根据启动条件判断零序电流启动是否成功，如果启动成功，执行步骤1005，如果未启动成功，返回步骤1002；

零序电流的启动条件为：智能配电终端对采样得到的零序电流采样信号与预先设定的启动门槛值进行比较，在连续的1/8个工频周期数据中，零序电流采样信号的幅值超过启动门槛值一次记+1，低于启动门槛值一次记-1，依次累加，最终得到的累加数值m，如果m>0，则表示智能配电终端启动，线路中疑似发生中小电流接地故障；如果m≤0，则智能配电终端不启动，继续对暂态电流进行采样且之前的计数归零。

步骤1005，记录故障启动时间；

智能配电终端启动之后，智能配电终端记录故障启动时间。

步骤1006，提取并上传暂态零序电流信号的特征信息；

智能配电终端对暂态零序电流进行特征信息的提取，并将提取到的特征信息上传至主站。所需要提取的暂态零序电流的特征信息为：线路中发生中小电流接地故障之后一个工频周期内，暂态零序电流信号的幅值、相角和频率。其中幅值和相角采用傅里叶算法计算得到，频率采用过零点计算法计算得到。

步骤1007，主站对暂态零序电流信号的特征信息进行分组；

主站接收到智能配电终端上传的暂态零序电流的特征信息之后，主站根据信道传输延时时间将数据进行分组。

在现有技术中，主站接收与智能配电终端之间的数据传输的方式分为有线传输和无线传输两种，其中有线传输的方式一般采用光纤实现，有线传输方式的通信可靠性较高，信号传输延时较小；无线传输的方式一般采用gprs实现，无线传输方式下通信可靠性差，传输延时大。因此对于有线传输方式而言，信号传输延时时间t的取值范围为20ms~200ms；对于无线传输方式而言，信号传输延时时间t的取值范围为1s~5s。

需要特别强调的是，无论对于有线传输方式或是无线传输方式，上述的信号传输延时时间t的取值范围用于确定信号传输延时时间t的某一确定值，而并非是暂态零序电流的特征信息分组的时间取值范围。具体而言：例如在有线通讯方式下，当信号传输延时时间t确定后（如100ms），主站将0ms~100ms内的数据作为同一次故障的数据进行处理，而并非是将20ms~200ms或20ms~100ms亦或100ms~200ms内的数据作为同一次故障的数据进行处理，即0ms~20ms内的数据不应被排除掉，在无线通讯方式下同理。

步骤1008，确定疑似故障区段；

主站结合暂态零序电流信号的特征信息，判断得到疑似故障区段。

结合图2，在变电站母线1上引出有多条出线5，在每一条出线5上，自出线5的上游至下游依次设置有变电站出线开关2和多个线路分段开关3，如上所述，在所有的变电站出线开关2以及线路分段开关3上均安装有智能配电终端，智能配电终端与主站连接。

假设中小电流接地故障的故障点6发生在任意一条出线5中，此时配电网以故障点6为参照配分为两部分：其中故障点6上游线路、变电站出线开关2以及变电站健全的出线5为系统侧，故障点6下游线路为线路侧，其中系统侧的对地电容要比线路侧的对地电容大的多。因此由对地引起的暂态零序电流信号特征差别也很大，其具体区别为：

1、故障点6系统侧的零序电流波形4的幅值依次变化，且越靠近故障点6越大；2、故障点6系统侧的零序电流波形4的初始相位一致，故障点6线路侧的零序电流波形4的初始相位相反；3、故障点6系统侧的零序电流波形4的振荡频率基本一致，且系统侧零序电流波形4的振荡频率低于故障点6线路侧零序电流波形4的振荡频率。

基于故障点6故障侧和线路侧的零序电流波形的区别，得到主站对于疑似故障区段的判定依据：

（1）、幅值判据：主站筛选出在有效时间内所有智能配电终端的上报信息，查找各个零序电流信号幅值最大的智能配电终端，以智能配电终端为基准，向其两侧查找零序电流幅值跃变区间，规定当相邻两个暂态零序电流幅值变化超过50%时，则该区段为疑似故障区段。

（2）、相角判据：主站筛选出在有效时间内所有只能智能配电终端的上报信息，查找各个暂态零序电流信号的初始相位，从变电站出线开关2的智能配电终端开始，向线路侧查找零序电流初相位发生翻转的区段，当两个检测点的零序电流初相位相差△β处于：150°＜△β＜210°时，则为相位翻转区间，该区段为疑似故障区段。

（3）、频率判据：主站筛选出在有效时间内所有智能配电终端的上报信息，查找各个暂态零序电流信号的频率，从变电站出线开关2的智能配电终端开始，向线路侧查找零序电流频率跃变区段，当相邻两个暂态零序电流频率变化超过50%时，则判断该区段为疑似故障区段。

步骤1009，对判据进行加权计算；

主站对步骤1008中的各个判据进行加权计算，其中幅值判据，相角判据以及频率判据的置信系数分别为0.4、0.4和0.2。

步骤1010，主站判断经步骤1009加权计算后的置信系数是否大于0.5，如果大于0.5，执行步骤1011，如果小于等于0.5，执行步骤1012。

步骤1011，确定故障区段；

经步骤1009加权计算后的置信系数大于0.5的区段被确定为故障区段。

步骤1012，结束；

经步骤1009加权计算后的置信系数小于等于0.5，该区段为非故障区段，故障区段的判定结束。

具体工作过程及工作原理如下：

在启动智能配电终端中小电流接地故障监测功能之后首先通过智能配电终端设置零序电流突变量的启动门槛值。当线路中发生故障之后，零序电流会发生突变，智能配电终端对采样得到的零序电流采样信号与预先设定的启动门槛值进行比较，在连续的1/8个工频周期内，零序电流采样信号的幅值超过启动门槛值一次记+1，低于启动门槛值一次记-1，依次累加，最终得到的累加数值m，如果m>0，则表示智能配电终端启动，线路中疑似发生中小电流接地故障；如果m≤0，则智能配电终端不启动，继续对暂态电流进行采样且之前的计数归零。

智能配电终端启动之后，智能配电终端记录故障启动时间，对暂态零序电流进行特征信息的提取，并将提取到的特征信息上传至主站。主站接收到智能配电终端上传的暂态零序电流的特征信息之后，主站根据信道传输延时情况将数据进行分组，然后主站结合暂态零序电流信号的特征信息，判断得到疑似故障区段。

主站根据疑似故障区段的不同判据进行加权计算，如果经过加权计算之后计算得到的置信系数大于0.5，则将疑似故障区段确定为故障区段；如果计算得到的置信系数小于等于0.5，则疑似故障驱动为非故障区段，故障区段的判定结束。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。