本发明涉及配电网线路保护领域，是小电流接地系统继发性单相接地故障区段定位方法及系统。
背景技术：
近年来，利用暂态量分析法实现单相接地故障识别已成为有效方案之一。然而配电网实际运行中易发生间歇性高阻单相接地故障，当线路发生间歇性高阻单相接地故障时，由于具有瞬时性的特点，暂态电气量微弱、且稳态量延时判据不满足，造成选线开关不动作，不能切除故障线路，使配电网长期处于相间过电压运行状态。当有恶劣雨雪天气或线路绝缘劣化时，同母线段其他馈出线将有继发性单相接地故障：①当不同线路的不同相别(如线路l1的a相与线路l2的b相叫异名相)发生继发性接地故障时，也即两相短路接地故障，由于故障电流幅值大，配电网保护可有效切除故障。②当不同线路同名相(如线路l1的a相与线路l2的a相叫同名相)发生继发性单相接地故障时，继发性故障过程淹没在第一次故障检测中，检测难度大，特别是在馈线多分段系统中，分段断路器自切合闸后，后加速保护由于故障的间歇性不会动作；又或者分段断路器自切合闸后，后加速保护由于界外扰动导致误闭锁，从而扩大停电区间。
文献《基于负荷变化趋势的继发性故障预警及调整[j]》提出了基于负荷变化趋势对电力系统继发性故障的预警策略，该方法主要针对输电网的继发性故障，难以应用于小电流接地系统的单相接地故障检测。文献《近似熵在配电网继发性故障检测中的应用研究[j]》提出了一种基于母线电压近似熵的继发性故障检测方法，但该方法依赖于三相电压确定继发性故障的时刻、相别，难以应用于馈线多分段定位系统中。
技术实现要素：
为解决上述问题，本发明的目的在于提供小电流接地系统继发性单相接地故障区段定位的方法和系统。
本发明解决其问题所采用的技术方案是：
小电流接地系统继发性单相接地故障区段定位方法，包括通信管理与数据处理单元、用于采集母线零序电压的母线零序电压测量单元、分别设置于多条馈出线首端的馈出线首端零序电流测量单元和分布设置于馈出线上用于测量该分段点零序电流故障录波数据的馈出线分段点监测装置，所述母线零序电压测量单元、首端零序电流测量单元和馈出线分段点监测装置分别与通信管理与数据处理单元连接，还包括以下步骤：
通信管理与数据处理单元通过母线零序电压测量单元实时采集母线零序电压，通过首端零序电流测量单元采集各馈出线首端的零序电流；
通过母线零序电压和各馈出线的首端零序电流分别进行电容极性计算及得出电容参数正负特性-时间曲线；
通过正负特性-时间曲线的突变点确定出现继发性故障的馈出线；
通信管理与数据处理单元总召所述故障馈出线上馈出线分段点监测装置的零序电流故障录波数据；
通过母线零序电压与所述的零序电流故障录波数据进行电容极性计算，并得出各个馈出线分段点的电容参数正负特性-时间曲线，通过所述电容参数正负特性-时间曲线突变点确定出现继发性故障的馈出线分段点，进而定位继发性故障区段。因此，实现了继发性接地故障的区段定位，对事后线路巡线具有重大工程知道意义。
进一步，通信管理与数据处理单元通过母线零序电压测量单元实时采集母线零序电压，若检测到母线零序电压超出设定值时，母线零序电压测量单元对母线进行零序电压录波，首端零序电流测量单元分别对各馈出线首端进行零序电流录波。当检测到母线零序电压超出设定值时才启动母线零序电压测量单元和首端零序电流测量单元进行录波，在有故障发生的时候才进行录波，可以节省系统资源。
进一步，当馈出线分段点监测装置检测到当前分段点的零序电流大于设定值时，馈出线分段点监测装置对该分段点进行零序电流录波。由于继发性故障发生的时间具有不确定性，馈出线分段点监测装置当监测到分段点零序电流大于设定值时即进行零序电流录波，能够保证故障的数据能被完整记录。
优选地，所述零序电压录波和零序电流录波以每工频周波采样点数为128点进行采样。
进一步，所述母线零序电压测量单元对母线的零序电压进行录波，所述首端零序电流测量单元对当前馈出线的零序电流进行录波，分段点监测装置对当前分段点的零序电流进行录波，通信管理与数据处理单元通过以下步骤计算馈出线首端或分段点的电容参数正负特性-时间曲线：
步骤1，对零序电压录波数据和零序电流录波数据进行采样；
步骤2，通过窗函数截取需要零序电压、零序电流的离散采样数据；
步骤3，测量零序电压、零序电流的精确频率测量值；修正离散采样数据得出窗函数截断的离散采样序列值；
步骤4，通过dft变换公式计算出采样零序电流和采样零序电压；
步骤5，通过采样零序电流和采样零序电压计算对地电容参数c0(k)；
步骤6，根据c0(k)绘制对地电容参数正负特性曲线图ploy(c0，t)。
对所述母线零序电压、馈出线首端零序电流、分段点零序电流进行录波并根据录波数据计算得出馈出线首端或分段点的电容参数正负特性-时间曲线，为判断出现继发性故障的馈出线、出现继发性故障的时刻和具体的继发性故障区段提供了判断基础。
具体地，步骤2包括，窗函数的长度为2n，n大于等于每工频周波采样点数m；步骤3包括，采用
式中：x(n)为采样序列；xr为采样值实部；xi为采样值虚部。利用公式(1)可求得i0(k)＝xr(i0)+xi(i0)，u0(k)＝xr(u0)+xi(u0)；步骤5包括，对步骤4中求得的采样零序电流i0(k)以及与采样零序电压u0(k)依据式(2)滑窗计算2个工频周波内的对地电容参数c0(k)：
进一步，通过判断对地电容参数正负特性曲线图中c0(k)的斜率判断该断对地电容参数正负特性曲线图的突变点，判断出现继发性故障的馈出线、出现继发性故障的时刻t和具体的继发性故障区段。
优选地，利用故障时刻t截取所述零序电流录波数据。
小电流接地系统继发性单相接地故障区段定位系统，包括通信管理与数据处理单元、用于采集母线零序电压的母线零序电压测量单元、分别设置于多条馈出线首端的馈出线首端零序电流测量单元和分布设置于馈出线上用于测量该分段点零序电流故障录波数据的馈出线分段点监测装置，所述母线零序电压测量单元、首端零序电流测量单元和馈出线分段点监测装置分别与通信管理与数据处理单元连接；所述母线零序电压测量单元实时采集母线零序电压发送到通信管理与数据处理单元，首端零序电流测量单元采集各馈出线首端的零序电流发送到通信管理与数据处理单元，通信管理与数据处理单元根据母线零序电压和首端的零序电流确定出现继发性故障的馈出线，通信管理与数据处理单元总召所述故障馈出线上馈出线分段点监测装置的零序电流故障录波数据，根据各分段点的零序电流故障录波数据和母线零序电压确定出现继发性故障的馈出线分段点，进而定位继发性故障区段。
进一步，所述母线零序电压测量单元和首端零序电流测量单元通过同轴电缆与通信管理与数据处理单元连接。通过同轴电缆可以将数字量实时传输至通信管理与数据处理单元，确保数据的实时性。
进一步，所述馈出线分段点监测装置通过光纤或3g通信通道与通信管理与数据处理单元连接。可以完整、及时地把零序电流故障波形传送至通信管理与数据处理单元。
本发明的有益效果是：本发明采用的小电流接地系统继发性单相接地故障区段定位方法和系统，通过母线零序电压测量单元测量母线零序电压，通过馈出线首端零序电流测量单元测量各馈出线首端零序电流，通过馈出线分段点检测装置测量分段点零序电流；通信管理与数据处理单元根据测量的母线零序电压和馈出线首端零序电流进行电容参数计算，绘制电容参数正负特性-时间曲线，通过所述电容参数正负特性-时间曲线突变点确定出现继发性故障的馈出线线路和出现故障的时刻；通信管理与数据处理单元总召所述故障馈出线上馈出线分段点监测装置的零序电流故障录波数据，与母线零序电压进行电容极性计算，并得出各个馈出线分段点的电容参数正负特性-时间曲线；通过所述电容参数正负特性-时间曲线突变点确定出现继发性故障的馈出线分段点，进而定位继发性故障区段。因此，实现了继发性接地故障的区段定位，对事后线路巡线具有重大工程知道意义。
附图说明
下面结合附图和实例对本发明作进一步说明。
图1是单相接地故障等值电路图；
图2是继发性接地故障零序网络图；
图3是本发明继发性接地故障检测系统图；
图4是本发明继发性接地故障检测方法流程图；
图5是本发明10ms故障间隔的母线零序电压波形图；
图6是本发明10ms故障间隔的l1线路首端零序电流波形；
图7是本发明10ms故障间隔的l2线路首端零序电流波形；
图8是本发明10ms故障间隔的l3线路首端零序电流波形；
图9是本发明5ms故障间隔的母线零序电压波形图；
图10是本发明5ms故障间隔的l1线路首端零序电流波形；
图11是本发明5ms故障间隔的l2线路首端零序电流波形；
图12是本发明5ms故障间隔的l3线路首端零序电流波形；
图13是本发明10ms故障间隔的l1线路电容参数正负特性-时间曲线；
图14是本发明10ms故障间隔的l2线路电容参数正负特性-时间曲线；
图15是本发明10ms故障间隔的l3线路电容参数正负特性-时间曲线；
图16是本发明5ms故障间隔的l1线路电容参数正负特性-时间曲线；
图17是本发明5ms故障间隔的l2线路电容参数正负特性-时间曲线；
图18是本发明5ms故障间隔的l3线路电容参数正负特性-时间曲线。
具体实施方式
参照图1所示，单相接地故障的等值电路图中，c为系统三相对地电容；l0为三相线路和电源变压器在u0零序回路中的等值电感；r0为零序回路等值电阻；l为消弧线圈的电感；u0为零序等值电源电压，
在恶劣气象条件下或绝缘情况较差的配电网中易出现多线路间歇性单相接地故障。虽然不同线路的不同故障相别为异名相，但由于属于间歇性故障，故障持续时间很短，难以构成稳定的大故障电流。当两次间歇性单相接地故障发生时刻较为接近时，在多馈线多分段系统中，分段断路器自切合闸后，后加速保护由于故障的间歇性不会动作，导致反复启动跳闸重合；且第二次故障特征易淹没在首次故障处理过程中，导致难以检测到继发性故障的发生。
参照图2所示，为继发性接地故障零序网络等效图。电容参数识别法指出在配电线路采用π集中参数模型下，且配电网零序网络在一定频率下，无论是中性点不接地配电网还是经消弧线圈接地配电网，在发生单相接地故障后，健全部分终端(包括安装在健全线路上或者是故障线路的故障点下游部分的终端)和故障部分终端(安装在故障线路的故障点上游部分的终端)的端口零序网络阻抗均可以等效成电容，不同的是，健全部分终端识别的电容为正，故障部分终端识别的电容为负。当继发性故障发生后，相当于在继发性故障点引入第二条具有负特性的电容支路，该电容支路与首次故障电容支路并联于等效线路上，据此，仍可利用线路电容参数的正负特性实现继发性故障检测。
参照图3所示，本发明的小电流接地系统继发性单相接地故障区段定位系统，包括通信管理与数据处理单元、用于采集母线零序电压的母线零序电压测量单元、分别设置于多条馈出线首端的馈出线首端零序电流测量单元cb1、cb2、cb3和分布设置于馈出线上用于测量该分段点零序电流故障录波数据的馈出线分段点监测装置fs11、fs12、fs21、fs22、fs31、fs32，所述母线零序电压测量单元、首端零序电流测量单元cb1、cb2、cb3和馈出线分段点监测装置fs11、fs12、fs21、fs22、fs31、fs32分别与通信管理与数据处理单元连接；所述母线零序电压测量单元实时采集母线零序电压发送到通信管理与数据处理单元，首端零序电流测量单元cb1、cb2、cb3采集各馈出线首端的零序电流发送到通信管理与数据处理单元，通信管理与数据处理单元根据母线零序电压和首端的零序电流确定出现继发性故障的馈出线，通信管理与数据处理单元总召所述故障馈出线上馈出线分段点监测装置的零序电流故障录波数据，根据各分段点的零序电流故障录波数据和母线零序电压确定出现继发性故障的馈出线分段点，进而定位继发性故障区段。
进一步，所述母线零序电压测量单元和首端零序电流测量单元cb1、cb2、cb3通过同轴电缆与通信管理与数据处理单元连接。通过同轴电缆可以将数字量实时传输至通信管理与数据处理单元，确保数据的实时性。
进一步，分布设置于馈出线上用于测量该分段点零序电流故障录波数据的馈出线分段点监测装置fs11、fs12、fs21、fs22、fs31、fs32宜在每条馈出线路安装2-3台。馈出线以负荷均等原则、线路长度均等原则、用户数量均等原则中符合应用条件的原则进行分段，通过实施馈出线分段，缩小个别用户或馈出线区段线路故障带来的整体停电，通过合理的线路分段数量和设置合理分段点，使用户享有尽可能高的供电可靠性。
进一步，所述馈出线分段点监测装置fs11、fs12、fs21、fs22、fs31、fs32通过光纤或3g通信通道与通信管理与数据处理单元连接。可以完整、及时地把零序电流故障波形传送至通信管理与数据处理单元。
本发明采用的小电流接地系统继发性单相接地故障区段定位系统，通过母线零序电压测量单元测量母线零序电压，通过馈出线首端零序电流测量单元cb1、cb2、cb3测量各馈出线首端零序电流，通过馈出线分段点检测装置fs11、fs12、fs21、fs22、fs31、fs32测量分段点零序电流；通信管理与数据处理单元根据测量的母线零序电压和馈出线首端零序电流进行电容参数计算，绘制电容参数正负特性-时间曲线，通过所述电容参数正负特性-时间曲线突变点确定出现继发性故障的馈出线线路和出现故障的时刻；通信管理与数据处理单元总召所述故障馈出线上馈出线分段点监测装置的零序电流故障录波数据，与母线零序电压进行电容极性计算，并得出各个馈出线分段点的电容参数正负特性-时间曲线；通过所述电容参数正负特性-时间曲线突变点确定出现继发性故障的馈出线分段点，进而定位继发性故障区段。因此，实现了继发性接地故障的区段定位，对事后线路巡线具有重大工程知道意义。
参照图4所示，本发明的小电流接地系统继发性单相接地故障区段定位方法，包括以下步骤：
通信管理与数据处理单元通过母线零序电压测量单元实时采集母线零序电压，通过首端零序电流测量单元采集各馈出线首端的零序电流；
通过母线零序电压和各馈出线的首端零序电流分别进行电容极性计算及得出电容参数正负特性-时间曲线；
通过正负特性-时间曲线的突变点确定出现继发性故障的馈出线；
通信管理与数据处理单元总召所述故障馈出线上馈出线分段点监测装置的零序电流故障录波数据；
通过母线零序电压与所述的零序电流故障录波数据进行电容极性计算，并得出各个馈出线分段点的电容参数正负特性-时间曲线，通过所述电容参数正负特性-时间曲线突变点确定出现继发性故障的馈出线分段点，进而定位继发性故障区段。本发明实现了继发性接地故障的区段定位，对事后线路巡线具有重大工程知道意义。
具体地，通信管理与数据处理单元通过母线零序电压测量单元实时采集母线零序电压，当小电流接地系统配电线路首次发生单相接地故障时，若检测到母线零序电压超出设定值时，母线零序电压测量单元对母线进行零序电压录波，首端零序电流测量单元分别对各馈出线首端进行零序电流录波。当馈出线分段点监测装置检测到当前分段点的零序电流大于设定值时，馈出线分段点监测装置对该分段点进行零序电流录波。
优选地，所述零序电压录波和零序电流录波以每工频周波采样点数为128点进行采样。
进一步，采用长度为2n(n大于等于每工频周波采样点数m)的窗函数同时截取连续的至少8个工频周波的零序电压、零序电流的离散采样数据。
进一步，测量零序电压、零序电流的精确频率测量值f，采用
进一步，将
式中：x(n)为采样序列；xr为采样值实部；xi为采样值虚部。利用公式(1)可求得i0(k)＝xr(i0)+xi(i0)，u0(k)＝xr(u0)+xi(u0)。
进一步，将求得的采样零序电流i0(k)以及与采样零序电压u0(k)依据式(2)滑窗计算2个工频周波内的对地电容参数c0(k)：
进一步，绘制对地电容参数正负特性曲线图ploy(c0，t)，依据公式(3)确定曲线图正负特性突变点，其中kc(i)即表示c0斜率，从而判断出哪条馈出线t时刻发生了继发性故障，并将该时刻标记。
进一步，依据判断出的故障馈出线路，通讯管理与数据处理单元总召该馈出线路各分段点的零序电流故障录波数据，利用故障时刻t对各零序电流故障录波数据截取，并将截取后的数据窗命名为i0(l11)，i0(l12)…i0(l1n)。
进一步，将数据窗i0(l11)，i0(l12)…i0(l1n)依据公式(1)求得每个分段点的零序电流离散数字序列i0(k)＝xr(i0)+xi(i0)。
进一步，将求得的每个分段点的零序电流离散数字序列i0(k)与母线采样零序电压u0(k)依据公式(2)滑窗计算2个工频周波内的对地电容参数c0(k)。
进一步，再次绘制对地电容参数正负特性曲线图ploy(c0，t)，依据公式(3)确定曲线图正负特性突变点，其中kc(i)即表示c0斜率，从而判断出该故障馈出线路的哪一个区段发生了继发性故障。
参照图4所示，本发明小电流接地系统继发性单相接地故障区段定位方法的具体步骤如下：
步骤s1：通信管理与数据处理单元检测到母线零序电压超出设定值时，母线零序电压测量单元对母线进行零序电压录波，馈出线首端零序电流测量单元分别对各馈出线首端进行零序电流录波；当馈出线分段点监测装置检测到当前分段点的零序电流大于设定值时，馈出线分段点监测装置对该分段点进行零序电流录波；
步骤s2：对母线零序电压录波数据和馈出线首端零序电流录波数据进行采样；
步骤s3：测量零序电压、零序电流的精确频率测量值；修正离散采样数据得出窗函数截断的离散采样序列值；
步骤s4：通过dft变换公式计算出采样零序电流和采样零序电压；
步骤s5：通过采样零序电流和采样零序电压计算对地电容参数c0(k)；
步骤s6：根据c0(k)绘制对地电容参数正负特性曲线图ploy(c0，t)；
步骤s7：通过判断对地电容参数正负特性曲线图中c0(k)的斜率判断该断对地电容参数正负特性曲线图的突变点；
步骤s8：确定出现继发性故障的馈出线和出现继发性故障的时刻t；
步骤s9：据判断出的故障馈出线路，通讯管理与数据处理单元总召该馈出线路各分段点的零序电流故障录波数据；
步骤s10：重复步骤s3-s6绘制对地电容参数正负特性曲线图ploy(c0，t)；
步骤s11：通过判断对地电容参数正负特性曲线图中c0(k)的斜率判断该断对地电容参数正负特性曲线图的突变点；
步骤s12：确定该故障馈出线路的哪一个区段发生了继发性故障。
现有10kv中性点经消弧线圈接地配电网线路，该配电网包含3条有载馈出线，其中l1、l2为架空电缆混合线路，l3为架空线路，线路参数见下表：
首次单相接地故障发生于l1线路的b相(经500ω电阻接地)，10ms后第2次故障发生于l2线路的b相(经500ω电阻接地)；另外也出现过首次单相接地故障发生于l1线路的b相(经500ω电阻接地)，5ms后第2次故障发生于l2线路的b相(经500ω电阻接地)。
10ms故障间隔的母线零序电压波形见图5；l1线路首端零序电流波形见图6；l2首端线路零序电流波形见图7；l3线路首端零序电流波形见图8。
5ms故障间隔的母线零序电压波形见图9；l1线路首端零序电流波形见图10；l2线路首端零序电流波形见图11；l3线路首端零序电流波形见图12。
通信管理与数据处理单元根据母线零序电压和各馈出线路的首端零序电流进行电容极性计算并绘制出电容参数正负特性-时间曲线。
10ms故障间隔的l1线路电容参数正负特性-时间曲线见图13；l2线路电容参数正负特性-时间曲线见图14；l3线路电容参数正负特性-时间曲线见图15。
5ms故障间隔的l1线路电容参数正负特性-时间曲线见图16；l2线路电容参数正负特性-时间曲线见图17；l3线路电容参数正负特性-时间曲线见图18。
分析图13和图16可知，l1线路的电容参数正负特性-时间曲线由正变为负表明依次发生了界外单相接地故障、界内单相接地故障；
分析图14和图17可知，l2线路的电容参数正负特性-时间曲线由负变为正表明依次发生了界内单相接地故障、界外单相接地故障；
分析图15和图18可知，l3线路的电容参数正负特性-时间曲线出现了两次正向突变，表明发生了两次界外单相接地故障。
通过以上分析和判断，可以确定出现继发性故障的馈出线路。接着通信管理与数据处理单元总召该故障馈出线路分段点检测装置的零序电流，与母线零序电压再次进行电容极性计算，并再次绘制出各分段点的电容参数正负特性-时间曲线，参照上述分析方法确定继发性故障区段。因此，实现了继发性接地故障的区段定位，对事后线路巡线具有重大工程知道意义。
以上所述，只是本发明的较佳实施例而已，本发明并不局限于上述实施方式，只要其以相同的手段达到本发明的技术效果，都应属于本发明的保护范围。