一种基于广义差动的配电网单相接地故障选线和定位方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于广义差动的配电网单相接地故障选线和定位方法，包括：如果出现母线单相电压降低，其余两相电压升高的情况，则启动单相故障选线和定位，对零序电流互感器进行编号，将收集到的对应数据中每条出线首末零序电流互感器上传的零序电流数据进行比较，根据比较结果确定故障线路；将选出的故障线路上两两相邻零序电流互感器的上传数据采用向内紧缩微调法分别进行比较，根据比较结果确定故障位置；将故障选线与故障定位结果进行展示。本发明有益效果：在不增加设备情况下实现配电网单相接地故障选线并定位，解决了以往故障选线方法灵敏度、可靠性低和消弧线圈过补偿选线失效的弊端，减少接地试拉带来的供电中断。
【专利说明】
一种基于广义差动的配电网单相接地故障选线和定位方法
技术领域
[0001] 本发明涉及一种配电网故障选线和定位领域，特别涉及一种基于广义差动的配电 网单相接地故障选线和定位方法。
【背景技术】
[0002] 电力系统实际运行中约95%以上的停电事故发生在配电网，其中70%的事故由单 相接地或母线故障引发。而现有国内外学者对故障选线做了大量工作，已经研究出的选线 原理主要可以分成两大类:基于稳态信号的故障选线原理和基于暂态信号的故障选线原 理，之后又提出多种智能算法。中性点非有效接地系统发生单相接地故障时，由于接地残流 小，故障特征不明显，且受负荷谐波干扰及选线方法自身局限性等因素制约，现有故障选线 方法正确率不高:实际运行中仅20%-30%，理想情况下也仅为70%-90%。
[0003] 零序电流幅值比较法利用故障线路零序电流幅值比非故障线路大的特点选择故 障线路，该方法系统运行多变的情况下易误选、多选或漏选。为此一些专家提出了群体比幅 比相法，但单一群体比较方案仍存在死区。幅值法的致命问题是无法适用于谐振接地电网， 由于电网中消弧线圈补偿电流的存在，往往使故障线路电流幅值小于非故障线路，零序电 流方向法也同样存在此问题。
[0004] 基于暂态量的故障选线方法，受系统运行方式影响小且灵敏度高，但单相接地故 障状况复杂，故障状况不同，产生的故障特征量在数值上、变化规律上相差悬殊，故障电流 很小，难以保证测量精度，现场的电磁干扰以及工频负荷电流干扰使检出的故障成分信噪 比非常低。目前，已提出多种暂态量算法来弥补缺陷，但目前无法满足现场运行需要，仍然 需要监控人员不得不用依次试拉各出线开关的方法来确定接地线路。
[0005] 架空线故障定位已经在中性点直接接地系统中利用故障测距定位，电缆故障定位 则需将电缆脱离供电系统后进行试验定位。配电网中，小电流接地系统发生单相接地故障 时，规程规定可继续运行1~2h，目前没有很好的方法解决，只能通过大量巡线人员同时巡 线以尽快查出故障点。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的就是为了解决上述问题，提出了一种基于广义差动的配电网单相接 地故障选线和定位方法，该方法定义的广义差动为不要求时间严格对时的差动保护，在不 增加设备情况下实现配电网单相接地故障选线并定位，解决以往故障选线方法灵敏度、可 靠性低和消弧线圈过补偿选线失效的弊端，减少接地试拉带来的供电中断。
[0007] 为实现上述目的，本发明的具体方案如下：
[0008] -种基于广义差动的配电网单相接地故障选线和定位方法，包括：
[0009] (1)实时检测配电网母线电压，如果出现母线单相电压降低，其余两相电压升高的 情况，则启动单相故障选线和定位，进入下一步；
[0010] (2)分别接收安装在变电站主开关和线路分界开关上的零序电流互感器采集到的 零序电流数据；
[0011] (3)对零序电流互感器进行编号，将收集到的对应数据中每条出线首末零序电流 互感器上传的零序电流数据进行比较，根据比较结果确定故障线路；
[0012] (4)将选出的故障线路上两两相邻零序电流互感器的上传数据采用向内紧缩微调 法分别进行比较，根据比较结果确定故障位置；
[0013] (5)将故障选线与故障定位结果进行展示。
[0014]进一步地，所述步骤(3)中，将站内出线主开关的零序电流互感器定义为#1零序电 流互感器，并依次定义分界开关处零序电流互感器为#2到#~零序电流互感器。
[0015] 进一步地，所述步骤(3)中，根据比较结果确定故障线路的具体方法为：
[0016] 如果某条线路中流过首个零序电流互感器的零序电流相位与流过最后一个零序 电流互感器的零序电流相位之差的绝对值大于或者等于整定值，则判断该条线路为故障线 路。
[0017] 进一步地，所述步骤(4)中，根据比较结果确定故障位置的具体方法为：
[0018] 如果故障线路中流过#n零序电流互感器的零序电流相位与流过#n+l零序电流互 感器的零序电流相位之差的绝对值大于或者等于整定值，则确定故障位置定位在线路 和#n+l零序电流互感器之间。
[0019] 进一步地，所述步骤(4)中，比较故障线路第1个和第Nk个零序电流互感器的电流 方向，若两者电流方向相同，则比较故障线路第1个和第N k+1个零序电流互感器的电流方向， 直至找到与第1个零序电流互感器的电流方向相反的第Nx个零序电流互感器为止。
[0020] 进一步地，所述步骤(4)中，采用向内紧缩微调法分别进行比较，具体方法为：
[0021] 分别从故障线路第1个和第Nx个零序电流互感器两端向内依次紧缩加减1个号码， 比较第Ι+k个零序电流互感器与第N x_k个零序电流互感器的零序电流方向：
[0022] 1)如果两者零序电流方向相反，且l+k+l=Nx_k，则故障定位在第Ι+k和N x_k零序电 流互感器之间；其中
[0023] 2)如果两者零序电流方向相反，且l+k+2 = Nx_k，则分别比较第l+k+Ι个与第Nx_k个 零序电流互感器的零序电流方向以及第Ι+k个与Nx-k-l个零序电流互感器的零序电流方 向：
[0024] 如果第l+k+Ι个与第Nx_k个零序电流互感器的零序电流方向相反，则故障定位在 第l+k+Ι和Νχ-k零序电流互感器之间；其中，
[0025] 如果第Ι+k个与Nx-k-l个零序电流互感器的零序电流方向相反，则故障定位在第1 +k和Nx-k_ 1零序电流互感器之间；其中，
[0026] 进一步地，所述步骤(4)中，采用向内紧缩微调法分别进行比较，具体方法为：
[0027] 分别从故障线路第1个和第Nx个零序电流互感器两端向内依次紧缩加减1个号码， 比较第Ι+k个零序电流互感器与第N x-k个零序电流互感器的零序电流方向；
[0028]如果两者零序电流方向相同，则分别比较第Ι+k个与第Nx-k+l个零序电流互感器 的零序电流方向以及第l+k-Ι个与第Nx-k个零序电流互感器的零序电流方向；
[0029]如果第Ι+k个与第Nx-k+l个零序电流互感器的零序电流方向相反，则故障定位在 第1+k和Νχ-k+l零序电流互感器之间；
[0030]如果第l+k-Ι个与第Nx_k个零序电流互感器的零序电流方向相反，则故障定位在 第l+k_l和Νχ-k零序电流互感器之间；
[0032]进一步地，如果没有选出故障线路，则输出选线错误指令;如果选出故障线路，却 无法定位，输出定位错误指令。
[0033]本发明的有益效果：
[0034] 本发明采用广义差动方法，不要求时间严格对时的差动保护，并利用现有的配网 自动化中零序CT和无线传输资源，将零序CT进行编号，#1到#1通过比较每条出线第一个和 最后一个零序电流方向进行故障选线，比较故障线路相邻零序CT电流方向，进行故障定位， 并定义向内紧缩微调法提高定位速度。该方法在不增加设备情况下实现配电网单相接地故 障选线并定位，解决了以往故障选线方法灵敏度、可靠性低和消弧线圈过补偿选线失效的 弊端，减少接地试拉带来的供电中断。并将故障定位在零序电流方向相反的相邻的两个零 序CT之间，减小巡线工作量，提高事故处理效率。
【附图说明】
[0035] 图1为基于广义差动的配电网单相接地故障选线系统图；
[0036] 图2为系统A相接地时的电压向量图；
[0037] 图3为基于广义差动的配电网单相接地故障定位系统图；
[0038] 图4为基于广义差动的配电网单相接地故障选线和定位流程图；
[0039] 图5为基于广义差动的配电网单相接地故障选线和定位示意图。
【具体实施方式】：
[0040] 下面结合附图对本发明进行详细说明：
[0041] 基于广义差动原理的小电流故障选线系统图如图1所示，在小电流接地系统中，正 常运行情况下，三相对地有相同的电容Co,在相电压作用下，每相都有一超前于相电压90° 的电容电流流入大地，三相电容电流之和等于零，故零序电流为零。假设A相发生单相接地 短路，在接地点处A相对地电压为零，对地电容被短接，电容电流为零，而其它两相的对地电 压升高#倍，相量关系如图2所示。零序电流冬为： 34 =4+4,且故障点两侧零序电流方向 相反。
[0042]基于广义差动的配电网单相接地故障定位系统图如图3所示，比较#1_#N零序电流 互感器零序电流方向，故障点电源侧的零序电流互感器零序电流方向与负荷侧相反，依次 比较#n和#n+l零序电流互感器零序电流相位，判据如下。
[0043] |η,ι - ^(η+ι?| ^ Ψ,α\ (η=1，2,…#一1>
[0044] 其中，时刻流过#n零序电流互感器的零序电流相位，％-为t2时刻流过#n +1零序电流互感器的零序电流相位//W为整定值，tl~t2。当满足上式要求时，故障即定位 在线路#n和#n+l零序电流互感器之间。
[0045] -种基于广义差动的配电网单相接地故障选线和定位方法，包括以下步骤：
[0046] (1)根据配电网母线电压情况判断是否启动故障选线和定位，若母线单相电压降 低，其余两相升高，则启动故障选线和定位。
[0047] (2)启动故障选线和定位，安装在变电站主开关和线路分界开关上的零序电流互 感器将采集到的零序电流数据通过配网自动化系统的无线传输资源传输到主站，如图5所 不。
[0048] (3)主站将收集到的对应数据中首末零序电流互感器上传数据进行比较，利用广 义差动进行故障选线。
[0049]将站内出线主开关的零序电流互感器定义为#1零序电流互感器，并依次定义分界 开关处零序电流互感器为#2~#N零序电流互感器，当故障发生在#1-#N零序电流互感器之 间时，#1零序电流互感器与#N零序电流互感器流过的零序电流方向相反，即相角差180度， 基于广义差动的配电网单相接地故障选线判据通过判据为：
[0050] \φ^?m-ψriia\^φset
[0051 ] 其中，的?为tm时刻流过#1零序电流互感器的零序电流相位，％。为加时刻流过#~零 序电流互感器的零序电流相位，％?为整定值，广义差动以配网自动化中无线传输资源作为 传输通道，不要求严格对时，故tm~tn。对于谐振接地电网来说，一般采用过补偿方式，过补 偿后，％^与％&同时反相，此判据依然能够正确判别故障线路。本方法是借助于配网自动化 中主开关与分界开关的零序电流互感器，并利用现有的配网自动化中无线传输资源作为通 道，不要求严格对时，不必增加额外的一次设备和光纤通道。
[0052] (4)主站将选出的故障线路相邻零序电流互感器的上传数据进行比较，利用广义 差动进行故障定位。
[0053]基于广义差动的配电网单相接地故障定位，通过比较#1_#N零序电流互感器零序 电流方向，故障点电源侧的零序电流互感器零序电流方向与负荷侧相反，依次比较#n和#n+ 1零序电流互感器零序电流相位，判据如下。
[0054] (?
[0055] 其中，为11时刻流过#n零序电流互感器的零序电流相位，η?加为12时刻流过#n +1零序电流互感器的零序电流相位，为整定值，tl~t2。当满足上式要求时，故障即定位 在线路#n和#n+l零序电流互感器之间。
[0056] (5)将主站判别结果以可读形式发布至调控大厅屏幕，方便监控人员第一时间获 取并通知线路人员。
[0057]采用向内紧缩微调法提高定位速度，具体方法如图4所示，包括：
[0058] 1)根据10kV或35kV母线电压情况判断是否启动故障选线和定位，若母线单相电压 降低，其余两相升高，则启动;反之，不启动。
[0059] 2)启动后，选定FW0)为正方向。
[0060] 3)故障点至电源侧母线部分F>0,故障点至反方向侧部分F<0;比较lx线路第1个 和第Nx个零序电流互感器电流方向，若?^(1)*?1\(队)<0，故障定位为线路1\，否则，继续下 一条线路l x+1，以此类推，直到选出故障线路，若将母线所有出线选择完毕后为选出故障线 路，输出"选线错误"。
[0061] 4)选出故障线路后，进行故障定位，采取向内紧缩微调法，即确定Flx(l)*Flx(N x)< 0后，分别从两端向内紧缩加减1个号码，比较Fix( 1+k)和Fix(Nx-k):
[0062] 若Fix(l+k)*Fix(Nx_k) <0且1+k+l =Nx_k，则故障定位在1+k和Nx_k零序电流互感 器之间；其中
；NX为偶数。
[0063 ]若 Fix (1 +k) *Fix (Nx-k) < 0且 1 +k+2 = Nx-k，计算 Fix (1 +k+1) *Fix (Nx-k)和 Fix (1 +k) * Fix(Nx-k-l)，若Fix( 1+k+l )*Fix(Nx-k) <0，故障定位在1+k+l和Nx-k零序电流互感器之间，若 Fix(l+k)*Fix(Nx-k_l)<0,故障定位在1+k和N x-k-l零序电流互感器之间；其中，
Nx为奇数。
[0064]若 Fix(l+k)*Fix(Nx-k)>0,则进行微调整计算 Fix(l+k)*Fix(Nx-k+l)、Fix(l+k_l)* Fix(Nx-k)，若Fix(l+k)*Fix(N x_k+l)<0,则故障定位在1+k和Nx-k+l零序电流互感器之间，若 Fix (1+k-1) *Fix (Nx-k) < 0，则故障定位在1+k-1和Nx-k零序电流互感器之间。
[0065] 5)若选出故障线路，却无法定位，输出"定位错误"。
[0066] 其中，F为零序电流方向，下标为线路编号，括号中内容为该线路零序电流互感器 编号。
[0067] 上述虽然结合附图对本发明的【具体实施方式】进行了描述，但并非对本发明保护范 围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不 需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。
【主权项】
1. 一种基于广义差动的配电网单相接地故障选线和定位方法，其特征是，包括： (1) 实时检测配电网母线电压，如果出现母线单相电压降低，其余两相电压升高的情 况，则启动单相故障选线和定位，进入下一步； (2) 分别接收安装在变电站主开关和线路分界开关上的零序电流互感器采集到的零序 电流数据； (3) 对零序电流互感器进行编号，将收集到的对应数据中每条出线首末零序电流互感 器上传的零序电流数据进行比较，根据比较结果确定故障线路； (4) 将选出的故障线路上两两相邻零序电流互感器的上传数据采用向内紧缩微调法分 别进行比较，根据比较结果确定故障位置； (5) 将故障选线与故障定位结果进行展示。2. 如权利要求1所述的一种基于广义差动的配电网单相接地故障选线和定位方法，其 特征是，所述步骤(3)中，将站内出线主开关的零序电流互感器定义为#1零序电流互感器， 并依次定义分界开关处零序电流互感器为#2到#N零序电流互感器。3. 如权利要求1所述的一种基于广义差动的配电网单相接地故障选线和定位方法，其 特征是，所述步骤(3)中，根据比较结果确定故障线路的具体方法为： 如果某条线路中流过首个零序电流互感器的零序电流相位与流过最后一个零序电流 互感器的零序电流相位之差的绝对值大于或者等于整定值，则判断该条线路为故障线路。4. 如权利要求1所述的一种基于广义差动的配电网单相接地故障选线和定位方法，其 特征是，所述步骤(4)中，根据比较结果确定故障位置的具体方法为： 如果故障线路中流过#n零序电流互感器的零序电流相位与流过#n+l零序电流互感器 的零序电流相位之差的绝对值大于或者等于整定值，则确定故障位置定位在线路#11和#11+1 零序电流互感器之间。5. 如权利要求1所述的一种基于广义差动的配电网单相接地故障选线和定位方法，其 特征是，所述步骤(4)中，比较故障线路第1个和第Nk个零序电流互感器的电流方向，若两者 电流方向相同，则比较故障线路第1个和第Nk+i个零序电流互感器的电流方向，直至找到与 第1个零序电流互感器的电流方向相反的第Nx个零序电流互感器为止。6. 如权利要求5所述的一种基于广义差动的配电网单相接地故障选线和定位方法，其 特征是，所述步骤(4)中，采用向内紧缩微调法分别进行比较，具体方法为： 分别从故障线路第1个和第Nx个零序电流互感器两端向内依次紧缩加减1个号码，比较 第1+k个零序电流互感器与第Nx-k个零序电流互感器的零序电流方向： 1) 如果两者零序电流方向相反，且l+k+l=Nx-k，则故障定位在第1+k和Nx-k零序电流互 感器之间；其中，!< = 〇，!，.; 2 2) 如果两者零序电流方向相反，且l+k+2 = Nx-k，则分别比较第l+k+l个与第Nx-k个零序 电流互感器的零序电流方向W及第1+k个与Nx-k-1个零序电流互感器的零序电流方向： 如果第1+k+l个与第Nx-k个零序电流互感器的零序电流方向相反，则故障定位在第l+k+ 1和Nx-k零序电流互感器之间；其中， 如果第1+k个与Nx-k-1个零序电流互感器的零序电流方向相反，则故障定位在第1+k和 Nx-k-1零序电流互感器之间；其中：7. 如权利要求6所述的一种基于广义差动的配电网单相接地故障选线和定位方法，其 特征是，所述步骤(4)中，采用向内紧缩微调法分别进行比较，具体方法为： 分别从故障线路第1个和第Nx个零序电流互感器两端向内依次紧缩加减1个号码，比较 第1+k个零序电流互感器与第Nx-k个零序电流互感器的零序电流方向；其中，[]为取整符号。8. 如权利要求7所述的一种基于广义差动的配电网单相接地故障选线和定位方法，其 特征是，如果第1+k个零序电流互感器与第Nx-k个零序电流互感器的零序电流方向相同，贝U 分别比较第1+k个与第Nx-k+1个零序电流互感器的零序电流方向W及第1+k-l个与第Nx-k个 零序电流互感器的零序电流方向。9. 如权利要求8所述的一种基于广义差动的配电网单相接地故障选线和定位方法，其 特征是，如果第1+k个与第Nx-k+1个零序电流互感器的零序电流方向相反，则故障定位在第 1+k和Nx-k+1零序电流互感器之间； 如果第1+k-l个与第Nx-k个零序电流互感器的零序电流方向相反，则故障定位在第1+ k-1和Nx-k零序电流互感器之间。10. 如权利要求1所述的一种基于广义差动的配电网单相接地故障选线和定位方法，其 特征是，如果没有选出故障线路，则输出选线错误指令;如果选出故障线路，却无法定位，输 出定位错误指令。
【文档编号】G01R31/08GK106093709SQ201610674499
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年8月15日 公开号201610674499.3, CN 106093709 A, CN 106093709A, CN 201610674499, CN-A-106093709, CN106093709 A, CN106093709A, CN201610674499, CN201610674499.3
【发明人】黄海丽, 周扬, 杨文佳, 李玉志, 林勇, 吴金玉, 晋飞, 刘晓亮, 刘贯红, 刘忠辉, 唐敏, 卢晓惠, 宋战慧, 卢怡含, 王君安, 温国强, 杨君仁, 辛翠芹, 马献丽, 杨坤, 宋圣兰
【申请人】国网山东省电力公司潍坊供电公司, 国家电网公司