专利名称：小电流接地系统单相接地测距方法和测距装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及电力系统继电保护领域，具体而言，涉及一种用于测量小电流接地系统单相接地的故障点的位置的测距方法和测距装置。
背景技术：
小电流接地系统是指发生单相接地故障时，故障电流较小的系统，具体指中性点不接地、中性点经消弧线圈或者中性点经高电阻接地系统，俗称小电流系统。小电流系统发生单相接地故障，因不构成短路回路，不必快速切除故障线路，停止用户供电。据统计，单相接地故障占整个配电系统所有故障的70%以上。为保证供电可靠性，我国的配电系统通常采用小电流系统。小电流系统发生单相接地故障后，如不能及时消除故障，故障点的故障电弧可能烧毁设备，并引发相间故障，扩大事故，因此我国的电力系统运行规程规定小电流系统发生单相接地故障允许带电运行两小时，也意味着单相接地故障必须在两小时内清除。要清除故障，必须确定故障位置，检测小电流接地系统单相接地故障位置的方法称为故障测距。但是由于小电流接地系统单相接地不构成明显的短路回路，稳态信号特征不明显， 因此，小电流接地系统单相接地故障测距一直是个无法解决的难题。目前，相关技术中单相接地测距方法和测距装置提出了基于相电流互感器和零序电流互感器获取的初始电流行波的测距方法，满足了配电线路单相接地故障测距的现场应用要求。然而，由于现场相电流互感器的变比受最大负荷电流的影响，一方面通常较大，不利于电流行波信号的获取；另一方面不确定，不利于与零序电流互感器的变比匹配，因此， 在负荷电流较大的现场所述方法难于应用，有必要寻找一种新方法满足负荷电流较大的现场应用要求。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，提供一种新的方式，适用于电流互感器不能有效获取行波的现场情况，准确地测出单相接地故障的距离。有鉴于此，本发明公开了一种测距方法，用于测量小电流接地系统单相接地的故障点的位置，包括步骤102，在小电流接地系统的母线上设定测量点，并实时同步采集电压行波，所述出线上发生单相接地时，所述电压行波中包括经导线与导线传播的故障初始行波和经导线与大地传播的故障初始行波；步骤104，根据χ = vlXv2X At/(vl-v2)，得到所述测量点至所述故障点的距离，其中，At为所述经导线与大地传播的故障初始行波到达所述测量点的时间和所述经导线与导线传播的故障初始行波到达所述测量点的时间的时间差，Vl为经导线与导线传播的电压行波的波速度，v2为经导线与大地传播的电压行波的波速度，χ为所述测量点至所述故障点的距离。在上述技术方案中，优选地，在所述步骤102中，使用电压互感器的一相和电压互感器的开口三角电压实时同步采集所述电压行波，其中，所述电压互感器的一相采集的电压行波中包括所述经导线与导线传播的故障初始行波，所述电压互感器开口三角电压采集的电压行波中包括所述经导线与大地传播的故障初始行波。在上述技术方案中，优选地，在所述步骤104中，所述出线上发生单相接地的情况时，对所述电压行波进行小波变换以获得经导线与导线传播的故障初始行波到达所述测量点的时间和经导线与大地传播的故障初始行波到达所述测量点的时间。本发明还公开了一种测距装置，用于测量小电流接地系统单相接地的故障点的位置，包括采集模块，在小电流接地系统的出线上设定测量点，并实时同步采集电压行波，所述出线上发生单相接地时，所述电压行波中包括经导线与导线传播的故障初始行波和经导线与大地传播的故障初始行波；距离计算模块，根据X = V1XV2X At/(vl-v2)，得到所述测量点至所述故障点的距离，其中，At为所述经导线与大地传播的故障初始行波到达所述测量点的时间和所述经导线与导线传播的故障初始行波到达所述测量点的时间的时间差， Vl为经导线与导线传播的电压行波的波速度，v2为经导线与大地传播的电压行波的波速度，χ为所述测量点至所述故障点的距离。在上述技术方案中，优选地，所述采集模块包括电压互感器一相和电压互感器开口三角，实时同步采集所述电压行波，其中，所述电压互感器一相采集的电压行波中包括所述经导线与导线传播的故障初始行波，所述电压互感器开口三角采集的电压行波中包括所述经导线与大地传播的故障初始行波。在上述技术方案中，优选地，还包括小波变换模块，在所述出线上产生单相接地的情况时，对采集的电压行波进行小波变换以获得经导线与导线传播的故障初始行波到达所述测量点的时间和经导线与大地传播的故障初始行波到达所述测量点的时间。根据上述技术方案，可以实现一种单相接地测距方法和测距装置，可以有效地测量产生小电流接地系统单相接地的故障点的距离。
图1是根据本发明的测距方法的流程图；图2是根据本发明的测距装置的框图；图3是根据本发明的一个实施例的测距方法的流程图；图4是根据本发明的一个实施例的测距方法的流程图。
具体实施例方式为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式
对本发明进行进一步的详细描述。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明并不限于下面公开的具体实施例的限制。图1是根据本发明的测距方法的流程图。如图1所示，本发明提供了一种测距方法，用于测量小电流接地系统单相接地的故障点的位置，包括步骤102，在小电流接地系统的母线上设定测量点，并实时同步采集电压行波，所述出线上产生单相接地时，所述电压行波中包括经导线与导线传播的故障初始行波和经导线与大地传播的故障初始行波；步骤104，根据χ = vlXv2X At/(vl-v2)，得到所述测量点至所述故障点的距离，其中，At为所述经导线与大地传播的故障初始行波到达所述测量点的时间和所述经导线与导线传播的故障初始行波到达所述测量点的时间的时间差，Vl为经导线与导线传播的电压行波的波速度，v2为经导线与大地传播的电压行波的波速度，χ为所述测量点至所述故障点的距离。在上述技术方案中，在所述步骤102中，使用电压互感器一相和电压互感器开口三角实时同步采集所述电压行波，其中，所述电压互感器一相采集的电压行波中包括所述经导线与导线传播的故障初始行波，所述电压互感器开口三角电压采集的电压行波中包括所述经导线与大地传播的故障初始行波。在上述技术方案中，在所述步骤104中，所述出线上发生单相接地的情况时，对所述电流行波进行小波变换以获得经导线与导线传播的故障初始行波到达所述测量点的时间和经导线与大地传播的故障初始行波到达所述测量点的时间。图2是根据本发明的测距装置的框图。如图2所示，本发明还提供了一种测距装置200，用于测量小电流接地系统单相接地的故障点的位置，包括采集模块202，在小电流接地系统的母线上设定测量点，并实时同步采集电压行波，所述出线上产生单相接地时，所述电压行波中包括经导线与导线传播的故障初始行波和经导线与大地传播的故障初始行波；距离计算模块204，根据χ = vlXv2X At/(vl-v2)，得到所述测量点至所述故障点的距离，其中，At为所述经导线与大地传播的故障初始行波到达所述测量点的时间和所述经导线与导线传播的故障初始行波到达所述测量点的时间的时间差，Vl为经导线与导线传播的电压行波的波速度，v2为经导线与大地传播的电压行波的波速度，χ为所述测量点至所述故障点的距离。在上述技术方案中，优选地，所述采集模块202包括电压互感器一相和电压互感器开口三角，实时同步采集所述电压行波，其中，所述电压互感器一相采集的电压行波中包括所述经导线与导线传播的故障初始行波，所述电压互感器开口三角采集的电压行波中包括所述经导线与大地传播的故障初始行波。在上述技术方案中，优选地，还包括小波变换模块，在所述出线上产生单相接地的情况时，对采集的电压行波进行小波变换以获得经导线与导线传播的故障初始行波到达所述测量点的时间和经导线与大地传播的故障初始行波到达所述测量点的时间。图3是根据本发明的一个实施例的测距方法的流程图。如图3所示，步骤302，实时同步采集小电流接地系统母线上的电压行波；步骤 304，获取经导线与导线传播的电压初始行波和经导线与大地传播的电压初始行波；步骤 306，提取出线上经导线与导线传播的电流初始行波和经导线与大地传播的电压初始行波的时间特征；步骤308，比较经导线与导线传播的电压初始行波和经导线与大地传播的电压初始行波的时间差，计算故障距离。所述单相接地行波特征为在导线与导线之间传播的行波速度快，先到达测量点； 在导线与大地之间传播的行波速度慢，后到达测量点。假定接地时刻为0时刻，在导线与导线之间传播的行波速度为vl，接地发生后，初始行波到达测量点的时刻为tl ；在导线与大地之间传播的行波速度为v2，接地发生后，初始行波到达测量点的时刻为t2，假设故障点到测量点的距离为X，则χ = vlXtl
χ = v2Xt2由于接地发生时刻未知，只能在测量点获得两类初始行波到达时间差At = t2-tl，因此可推得x = vl X v2 X At/(vl-v2)，也就是说故障距离在经过不同传播路径的行波速度已知和到达时间差确定的情况下，故障距离可测。而在小电流接地系统中，投入运行的线路，线路型号确定，结构确定，不同传播路径的行波速度也一定。因此只要能够准确测量经过不同传播路径的单相接地故障初始行波到达测量点的时间差，即可准确测定故障距离。本实施例中的测距方法的原理当小电流接地系统出线上发生单相接地故障时，故障点将产生沿着线路传播的故障行波。故障行波的传播路径可以是导线与导线之间，也可以导线与大地之间。在导线与导线之间传播的行波速度快，在导线与大地之间传播的行波速度慢。在导线与导线之间传播的行波可以被电压互感器任一相感知，但不能被电压互感器开口三角感知；而在导线与大地之间传播的行波既可以被电压互感器的相感知，也可以被电压互感器开口三角感知。因此，电压互感器任一相既可测量到在导线与导线之间传播的故障初始行波，也可以测量到在导线与大地之间传播的故障初始行波；电压互感器开口三角只可测量到在导线与大地之间传播的故障初始行波。小电流接地系统中普遍安装了电压互感器，并且变比确定。则在单相接地发生后，电压互感器一相测量到的初始行波为在导线与导线之间传播的故障初始行波，电压互感器开口三角测量到的初始行波为在导线与大地之间传播的故障初始行波。因此单相接地发生后，比较电压互感器一相检测到的初始行波与电压互感器开口三角检测到的初始行波时间差即可获得在导线与导线之间传播的故障初始行波与在导线与大地之间传播的故障初始行波到达测量点的时间差。图4是根据本发明的一个实施例的测距方法的流程图。如图4所示，步骤402，基于变电站内母线上安装的电压互感器，实时同步采集母线上的电压行波数据，采样频率2Mhz ；理论上，采样频率越高越好，但采样频率的选择受中央处理单元或者微机的处理速度和测距误差要求的限制。结合目前的信息技术水平，选择典型的2Mhz，采样频率随着技术的发展可越来越高。步骤406，若监测到馈线上发生了接地，对接地前后记录的各128点一相电压行波和开口三角电压行波数据分别进行四层小波变换，此处的小波函数选用三次B样条函数的一次导函数；对行波数据的小波变换结果提取模极大值；分别确定来自电压互感器一相的故障初始行波和来自电压互感器开口三角的故障初始行波对应模极大值的时刻。步骤408，根据来自电压互感器一相的故障初始行波模极大值对应时刻和来自电压互感器开口三角的故障初始行波模极大值对应时刻的时间差，结合在导线与导线之间传播的电压行波的波速度和在导线与大地之间传播的电压行波的波速度，计算出故障点到测量点之间的距离，实现故障测距。本发明中的行波电气量指的是由于电力系统扰动引起的在电力系统中传播的电磁波。行波波头可看成脉冲信号，具有全频带分量。本发明中利用的行波电气量是具有高频暂态特性的行波波头信号。本发明基于量测到的故障产生的行波，提取经过不同传播路径的故障初始行波到达测量点的时间差，结合不同传播路径的行波的波速度，实现故障测距。
本发明能够实时监测电力系统线路的运行情况，及时提供电力系统单相接地故障距离信息，减少电力系统故障概率，提高电力系统供电可靠性，保证电力系统安全稳定运行。以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种小电流接地系统单相接地测距方法，用于测量小电流接地系统单相接地的故障点的位置，其特征在于，包括步骤102，在小电流接地系统的母线上设定测量点，并实时同步采集电压行波，所述出线上发生单相接地时，所述电压行波中包括经导线与导线传播的故障初始行波和经导线与大地传播的故障初始行波；步骤104，根据χ = vlXv2X At/(vl-v2)，得到所述测量点至所述故障点的距离，其中，At为所述经导线与大地传播的故障初始行波到达所述测量点的时间和所述经导线与导线传播的故障初始行波到达所述测量点的时间的时间差，Vl为经导线与导线传播的电压行波的波速度，v2为经导线与大地传播的电压行波的波速度，χ为所述测量点至所述故障点的距离。
2.根据权利要求1所述的小电流接地系统单相接地测距方法，其特征在于，在所述步骤102中，使用电压互感器的一相电压和电压互感器的开口三角电压实时同步采集所述电压行波，其中，所述电压互感器的一相电压采集的电压行波中包括所述经导线与导线传播的故障初始行波，所述电压互感器的开口三角电压采集的电压行波中包括所述经导线与大地传播的故障初始行波。
3.根据权利要求2所述的小电流接地系统单相接地测距方法，其特征在于，在所述步骤104中，所述出线上发生单相接地的情况时，对所述电压行波进行小波变换以获得经导线与导线传播的故障初始行波到达所述测量点的时间和经导线与大地传播的故障初始行波到达所述测量点的时间。
4.一种小电流接地系统单相接地测距装置，用于测量小电流接地系统单相接地的故障点的位置，其特征在于，包括采集模块，在小电流接地系统的母线上设定测量点，并实时同步采集电压行波，所述出线上发生单相接地时，所述电压行波中包括经导线与导线传播的故障初始行波和经导线与大地传播的故障初始行波；距离计算模块，根据χ = vlXv2X At/(vl-v2)，得到所述测量点至所述故障点的距离，其中，At为所述经导线与大地传播的故障初始行波到达所述测量点的时间和所述经导线与导线传播的故障初始行波到达所述测量点的时间的时间差，Vl为经导线与导线传播的电压行波的波速度，v2为经导线与大地传播的电压行波的波速度，χ为所述测量点至所述故障点的距离。
5.根据权利要求4所述的小电流接地系统单相接地测距装置，其特征在于，所述采集模块基于电压互感器的一相和电压互感器的开口三角电压，实时同步采集所述电压行波， 其中，所述电压互感器的一相采集的电压行波中包括所述经导线与导线传播的故障初始行波，所述电压互感器开口三角电压采集的电压行波中包括所述经导线与大地传播的故障初始行波。
6.根据权利要求5所述的小电流接地系统单相接地测距装置，其特征在于，还包括小波变换模块，在所述出线上发生单相接地的情况时，对采集的电压行波进行小波变换以获得经导线与导线传播的故障初始行波到达所述测量点的时间和经导线与大地传播的故障初始行波到达所述测量点的时间。
全文摘要
本发明公开了一种测距方法，用于测量小电流接地系统单相接地的故障点的位置，包括步骤102，在小电流接地系统的母线上设定测量点，并实时同步采集电压行波，出线上发生单相接地时，行波中包括经导线与导线传播的故障初始行波和经导线与大地传播的故障初始行波；步骤104，根据x＝v1×v2×Δt/(v1-v2)，得到测量点至故障点的距离，Δt为经导线与大地传播的故障初始行波到达测量点的时间和经导线与导线传播的故障初始行波到达测量点的时间的时间差，v1为经导线与导线传播的行波的波速度，v2为经导线与大地传播的行波的波速度，x为测量点至故障点的距离。本发明还公开了一种测距装置。根据本发明，可以有效地检测发生单相接地的故障点的位置。
文档编号G01R31/08GK102540015SQ20121000726
公开日2012年7月4日 申请日期2012年1月11日 优先权日2012年1月11日
发明者施慎行, 董新洲, 齐天来 申请人:北京衡天北斗科技有限公司, 清华大学