一种用于配电线路高阻接地故障的判定方法与流程

本发明属于电力系统保护和控制技术领域，尤其涉及配电线路保护和接地故障检测，特别涉及一种用于配电线路高阻接地故障的判定方法。

背景技术

高阻接地故障是电力系统中载流导体和非金属性导电介质发生有害接触。非金属性导电介质的电气特性限制了故障电流。高阻接地故障呈间歇性和瞬时性特征，持续时间短。高阻接地故障稳态特征不明显，传统的配电线路保护装置，如过电流保护，无法正确检测。

高阻接地故障引起的电压电流变化很小，与负荷变化类似，甚至低于负荷引起的电气量的变化。同时，高阻接地故障会伴随着非稳定的间歇性电弧，间歇性的故障信息不足以使传统保护明确判断出故障，即使故障幅值较大，也有可能因为没有稳定的信息而无法被传统保护检测到。

尽管高阻接地故障引起的电流电压变化小，或者仅仅是间歇性的暂态故障，对系统危害没有稳定短路故障那么明显，但是高阻接地仍然会带来很大的安全隐患：如电弧高温导致火灾，跌落的导线导致触电事故等，因此及时发现并清除高阻接地故障有助于发现线路缺陷，防止更为严重故障的发生。

目前，配电线路高阻接地保护方法有：1)基于三次谐波的高阻接地保护方法。该方法基于过渡电阻、电弧等非线性特性会导致电力系统中产生谐波，利用系统故障电流中的三次谐波成分，尤其是利用三次谐波以及三次谐波相对系统基波电压的相位特征。该方法由于配电系统中本身存在的大量背景谐波，灵敏性和可靠性难以保证。2)基于采样值变化量的方法。该方法基于高阻接地会产生高频噪声的特征，但是电力系统中负荷设备的运行和投切也会产生高频噪声，方法可靠性低。3)基于专家系统和神经网络等人工智能技术的保护方法。该方法根据实验和经验得到的高阻接地特征。该方法没有从原理上提出高阻接地故障与正常运行状况的区别特征，难以从根本上解决高阻接地保护问题。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的是提供一种用于配电线路高阻接地故障的判定方法。该方法目的在于提高高阻接地故障保护的灵敏性和可靠性，尤其对于电力系统中35kv及以下电压等级的配电线路发生的稳态特征不明显，传统保护无法检测到的接地故障具有良好的判断能力。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

该种用于配电线路高阻接地故障的判定方法，包括故障间歇性检测判定流程和故障方向检测判定流程，所述故障方向检测流程采集零序电流行波和零序电压行波，基于行波信息进行判断，得到故障发生的方向；所述故障间歇性检测判定流程采集零序电流，基于零序电流幅值变化数据进行判断，得到具体的判断结果。

进一步，所述故障方向检测流程包括以下步骤：

步骤301：启动故障方向检测；

步骤302：获取零模电流行波和零模电压行波；

步骤304：零模电流行波和零模电压行波分别进行小波变换，获得各自的小波变换系数；

步骤306：模极大值提取，获得零模电流行波和零模电压行波的小波变换模极大值；

步骤308：波头极性判定，获得零模电流行波和零模电压行波的波头极性，比较判定两者的波头极性关系；

步骤310：判断两者的波头极性是否相反，在判断结果为是的情况下，进入步骤312，在判断结果为否的情况下，进入步骤314；

步骤312：确定本条线路出现故障，给出故障方向为正信号；

步骤314：确定本条线路未出现故障，复归。

进一步，所述故障方向检测判定流程包括正常运行和故障启动两个阶段，在正常运行阶段，只采集零序电流并计算以下数据：

a.当前点开始向前一段时间，电流幅值的平均值；

b.当前点按照傅立叶算法计算的当前点的幅值以及该幅值相对平均值的增量；

如果上述的增量大于启动阈值则启动算法进入故障启动阶段，所述故障启动阶段包括以下步骤：

步骤3.1：处根据平均值和当前幅值计算增量，再用该增量和启动阈值比较，启动整个算法；

步骤3.2：如果设置为自动调整阈值，则将启动时刻计算得到的大于噪音值的绝对值计算作为方向元件的方向阈值；

步骤3.3：根据启动前的平均幅值计算当前启动时刻的幅值增量；

步骤3.4：对正方向的故障燃起引起脉冲进行计数；

步骤3.5：定时器控制整个启动检测过程，在定时器结束时，报告该次启动的结果；

步骤3.6：检测零序电流在一个预设时间段内的变化情况，根据零序电流幅值的变化确定故障燃起或熄灭，根据预设时间内燃起和熄灭的激烈程度来判断高阻故障。

进一步，步骤3.6中，根据定时器设定时间内的脉冲数判断严重级别，各级别分别为：

故障：脉冲数大于故障阈值；

暂态：脉冲数大于等于2小于故障阈值；

稳态：幅值只有一次性的增量；

噪声：其他。

进一步，步骤3.6中，根据定时器设定时间内的脉冲数判断严重级别的步骤为：在启动后而定时器还没有定时结束时，根据启动前的平均幅值计算每一点的幅值增量，增量大于故障导通阈值则认为故障燃起，小于则认为故障熄灭，每次故障熄灭时刻，计数器计数，认为检测到一次故障导通脉冲；在该时刻，同时检测导通时的故障方向，如果为正方向，脉冲计数器计数一次。直到启动判断定时器定时结束，此时查看脉冲计数器的值，如果大于脉冲阈值则报告为高阻间隙故障；如果幅值增量一直导通则报告为稳态事件；如果脉冲次数不够阈值但大于一个脉冲，则报告为暂态事件，否则为噪声。

进一步，在故障启动阶段的启动时刻，启动一个启动判断定时器，如果是在全局复归后的首次启动，则启动一个全局复归计数器，计时结束则强制全局复归所有检测算法。

本发明的有益效果是：本方法因为采用方向元件，保证了方法在原理上具有选择性，在此基础上，间歇故障特性检测的阈值的灵活调整又使本方法具有很高的灵敏性，尤其对于电力系统中35kv及以下电压等级的配电线路发生的稳态特征不明显、传统保护无法检测到的接地故障具有非常良好的判别能力。

本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书和权利要求书来实现和获得。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步的详细描述，其中：

图1为故障方向检测判定流程图；

图2为故障间歇特性检测判定流程图；

图3为配电线路高阻接地故障判定系统的模块联接图。

具体实施方式

以下将参照附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。应当理解，优选实施例仅为了说明本发明，而不是为了限制本发明的保护范围。

本发明用于配电线路高阻接地故障的判定方法，包括故障间歇性检测判定流程和故障方向检测判定流程，所述故障方向检测流程采集零序电流行波和零序电压行波，基于行波信息进行判断，得到故障发生的方向；所述故障间歇性检测判定流程采集零序电流，基于零序电流幅值变化数据进行判断，得到具体的判断结果。

其中，故障方向检测判定流程采用行波作为判别的主要依据。利用零序回路的电压和电流行波来反映故障发生的方向。基本原理是：被保护线路上发生接地，初始行波为反向行波，电压电流初始行波极性相反；被保护线路外发生接地，初始行波为正向行波，电压电流初始行波极性相同。如图1所示，本实施例中，故障方向检测判定流程包括以下步骤：

步骤301：启动故障方向检测；

步骤302：获取零模电流行波和零模电压行波；

步骤304：零模电流行波和零模电压行波分别进行小波变换，获得各自的小波变换系数；

步骤306：模极大值提取，获得零模电流行波和零模电压行波的小波变换模极大值；

步骤308：波头极性判定，获得零模电流行波和零模电压行波的波头极性，比较判定两者的波头极性关系；

步骤310：判断两者的波头极性是否相反，在判断结果为是的情况下，进入步骤312，在判断结果为否的情况下，进入步骤314；

步骤312：确定本条线路出现故障，给出故障方向为正信号；

步骤314：确定本条线路未出现故障，复归。

故障间歇特性检测判定流程基于被保护线路上检测到的零序电流。高阻接地发生，零序电流幅值、变化值和平均值都将发生变化。利用零序电流的幅值结合采样值的最大值的变化来检测接地故障，提高灵敏性；利用故障检测启动前零序电流平均值和故障检测启动后产生的零序电流的故障分量来消除背景噪声谐波的干扰，提高可靠性。所述故障方向检测判定流程包括正常运行和故障启动两个阶段，在正常运行阶段，只采集零序电流并计算以下数据：

a.当前点开始向前一段时间(本例取为10秒)电流的幅值的平均值；

b.当前点按照傅立叶算法计算的当前点的幅值以及该幅值相对平均值的增量；

如果上述的增量大于启动阈值则启动算法进入故障启动阶段，如图2所示，所述故障启动阶段包括以下步骤：

步骤3.1：处根据平均值和当前幅值计算增量，再用该增量和启动阈值比较，启动整个算法；

步骤3.2：如果设置为自动调整阈值，则将启动时刻计算得到的大于噪音值的绝对值计算作为方向元件的方向阈值；

步骤3.3：根据启动前的平均幅值计算当前启动时刻的幅值增量；

步骤3.4：对正方向的故障燃起引起脉冲进行计数；

步骤3.5：定时器控制整个启动检测过程，在定时器结束时，报告该次启动的结果；

步骤3.6：检测零序电流在一个预设时间段内的变化情况，根据零序电流幅值的变化确定故障燃起或熄灭，根据预设时间内燃起和熄灭的激烈程度来判断高阻故障。

进一步，步骤3.6中，根据定时器设定时间内的脉冲数判断严重级别，各级别分别为：

故障：脉冲数大于故障阈值；

暂态：脉冲数大于等于2小于故障阈值；

稳态：幅值只有一次性的增量；

噪声：其他。

其中，在故障启动阶段的启动时刻，启动一个启动判断定时器(本例设置为2秒)。如果是在全局复归后的首次启动，则启动一个全局复归计数器(本例设置为15秒)，计时结束则强制全局复归所有检测算法。

步骤3.6中，根据定时器设定时间内的脉冲数判断严重级别的步骤为：在启动后而定时器还没有定时结束时，根据启动前的平均幅值计算每一点的幅值增量，增量大于故障导通阈值则认为故障燃起，小于则认为故障熄灭，每次故障熄灭时刻，计数器计数，认为检测到一次故障导通脉冲；在该时刻，同时检测导通时的故障方向(时间容许误差为一个周波)，如果为正方向，脉冲计数器计数一次。直到启动判断定时器定时结束，此时查看脉冲计数器的值，如果大于脉冲阈值(本例为8个脉冲)则报告为高阻间隙故障；如果幅值增量一直导通则报告为稳态事件；如果脉冲次数不够阈值但大于一个脉冲，则报告为暂态事件，否则为噪声。

如图3所示，根据本发明的方法原理，用于实际配电线路高阻接地故障的判定系统包括下述模块：电流和电压采样值平均和缓存处理模块、判断启动模块、间歇性检测模块、方向检测模块、计数器模块以及故障判定模块。其中：电流和电压采样值平均和缓存处理模块用于零序电流和电压采样值的平均和缓存处理；判断启动模块用于接收指令进行间歇性检测和方向检测；间歇性检测模块用于完成故障间歇特性检测判定流程，所述方向检测模块用于完成故障方向检测判定流程，所述计数器模块用于配合完成方向检测模块和间歇性检测模块的脉冲计数，故障判定模块根据计数器的计数，完成故障判断。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。