小电流接地系统单相接地故障定位方法和系统与流程

本发明涉及电力自动化技术领域，尤其是涉及小电流接地系统单相接地故障定位方法和系统。

背景技术：

我国6-35kv中压配电网一般采用中性点不接地或中性点经消弧线圈接地的方式，系统在运行过程中常发生单相接地故障，由于单相接地故障的故障电流较小、故障特征复杂，使得故障点的查找定位非常困难。

现有的方法可以分为两大类：故障信息选线定位和外加诊断信号选线定位。其中，现有根据第二类方法研制的保护装置，采用随机或交替向非故障相外加诊断信号的方式进行故障定位，但在实际运行过程中，对于经较大过渡电阻发生单相接地故障的系统，随机或交替向非故障相外加诊断信号后，故障相检测点的电流同未施加扰动信号相比可能出现变大、不变以及减小等情况，使所得到的故障信息多样无法准确用于系统的故障定位，导致保护装置动作错误。

综上所述，目前在该技术领域外加诊断信号故障定位方法，在电气量选择、计算以及逻辑判断上都存在一定的缺点，且针对日益灵活的配电网准确性较差，无法在工程领域广泛推广。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的在于提供小电流接地系统单相接地故障定位方法和系统，通过使扰动信号依据中性点的不同接地情况采用自适应选择向某一非故障相注入的故障定位方法，有效提高注入式故障定位的准确性，在工程上具有很高的实用价值。

第一方面，本发明实施例提供了小电流接地系统单相接地故障定位方法，包括：

获取系统参数信息和各检测点的线路状态信息；

根据所述线路状态信息判断故障相线路，自适应选择向非故障相线路注入扰动信号；

利用所述扰动信号形成扰动信号响应序列，并根据所述扰动信号响应序列判断所述检测点是否位于故障区段；

将判断结果形成检测点报告上传至主站，并根据线路拓扑结构完成选线定位。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，根据所述线路状态信息判断故障相线路，自适应选择向非故障相线路注入扰动信息包括：

根据所述系统参数信息判断系统中性点接地状态，其中，所述中性点接地状态包括是否经消弧线圈接地；

如果经消弧线圈接地，则判断所述消弧线圈是否为欠补偿状态，并在非欠补偿状态下，根据所述线路状态信息判断所述系统是否单相接地；；

如果是单相接地，则记录所述故障相线路的相电流第一有效值；

向超前于故障相的相位施加所述扰动信号，持续0.2s后断开所述扰动信号，其中，所述扰动信号为可自调节阻值的接地电阻信号；

记录施加所述扰动信号后所述故障相线路的相电流第二有效值；

停止施加所述扰动信号后，等待0.2s。

结合第一方面的第一种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，还包括：

如果不经消弧线圈接地或经消弧线圈接地且处于所述欠补偿状态下，则根据所述线路状态信息判断所述系统是否单相接地；

如果是单相接地，则记录所述故障相线路的相电流有效值；

向滞后于故障相的相位施加所述扰动信号，持续0.2s后断开所述扰动信号，其中，所述扰动信号为可自调节阻值的接地电阻信号；

记录施加所述扰动信号后所述故障相线路的相电流第三有效值；

停止施加所述扰动信号后，等待0.2s。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中，在所述自适应选择向非故障相注入扰动信号之后，所述利用所述扰动信号形成扰动信号响应序列之前，还包括：

判断施加所述扰动信号的次数是否大于预设阈值，所述预设阈值为所述扰动信号注入的极限次数；

如果小于所述预设阈值，则根据继续注入所述扰动信号进行循环操作，并记录每次循环操作结果。

结合第一方面的第一种可能的实施方式或第二种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第四种可能的实施方式，其中，所述利用所述扰动信号形成扰动信号响应序列，并根据所述扰动信号响应序列判断所述检测点是否位于故障区段包括：

根据施加所述扰动信号后的所述相电流第二有效值或所述相电流第三有效值与仅发生所述单相接地时的所述相电流第一有效值的比值确定所述扰动信号响应序列；

判断所述扰动信号响应序列与扰动信号的注入序列是否相同；

如果相同，则所述检测点位于所述故障区段；

如果不同，则所述检测点位于正常区段。

结合第一方面的第四种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第五种可能的实施方式，其中，所述线路状态信息包括所述各检测点的三相电流，根据所述线路状态信息判断所述系统是否单相接地包括：

根据所述各检测点的三相电流计算相电流突变参数；

将所述相电流突变参数与预设数值进行比较，当所述相电流突变参数大于或等于所述预设数值，则判定所述相电流发生突变。

第二方面，本发明实施例提供了一种小电流接地系统单相接地故障定位系统，包括：

获取单元，用于获取系统参数信息和各检测点的线路状态信息；

第一判断单元，用于根据所述线路状态信息判断故障相线路，自适应选择向非故障相线路注入扰动信号；

第二判断单元，用于利用所述扰动信号形成扰动信号响应序列，并根据所述扰动信号响应序列判断所述检测点是否位于故障区段；

选线定位单元，用于将判断结果形成检测点报告上传至主站，并根据线路拓扑结构完成选线定位。

结合第二方面，本发明实施例提供了第二方面的第一种可能的实施方式，其中，所述第一判断单元包括：

第三判断单元，用于根据所述系统参数信息判断系统中性点接地状态，其中，所述中性点接地状态包括是否经消弧线圈接地；

第四判断单元，用于在经消弧线圈接地的情况下，根据所述线路状态信息判断所述系统是否单相接地；

第一记录单元，用于在单相接地的情况下，记录所述故障相线路的相电流第一有效值；

信号注入单元，用于向超前于故障相的相位施加所述扰动信号，持续0.2s后断开所述扰动信号，其中，所述扰动信号为可自调节阻值的接地电阻信号；

第二记录单元，用于记录施加所述扰动信号后所述故障相线路的相电流第二有效值；

计时单元，用于在停止施加所述扰动信号后，等待0.2s。

结合第二方面，本发明实施例提供了第二方面的第二种可能的实施方式，其中，所述第二判断单元包括：

计算单元，用于根据施加所述扰动信号后的相电流第二有效值或相电流第三有效值与仅发生单相接地时的相电流第一有效值的比值确定所述扰动信号响应序列；

第五判断单元，用于判断所述扰动信号响应序列与扰动信号的注入序列是否相同，如果相同，则所述检测点位于所述故障区段；如果不同，则所述检测点位于正常区段。

结合第二方面的第一种可能的实施方式，本发明实施例提供了第二方面的第三种可能的实施方式，其中，所述线路状态信息包括所述各检测点的三相电流，所述第四判断单元包括：

根据所述各检测点的三相电流计算相电流突变参数；

将所述相电流突变参数与预设数值进行比较，当所述相电流突变参数大于或等于所述预设数值，则判定所述相电流发生突变。

本发明提供了小电流接地系统单相接地故障定位方法和系统，方法包括获取系统参数信息和各检测点的线路状态信息；根据线路状态信息判断故障相线路，自适应选择向某一非故障相注入扰动信号；利用扰动信号形成扰动信号响应序列，并根据扰动信号响应序列判断检测点是否位于故障区段；将判断结果形成检测点报告上传至主站，并根据线路拓扑结构完成选线定位。本发明通过使扰动信号依据中性点的不同接地情况，选用不同相位注入的故障定位方法，有效提高注入式故障定位的准确性，在工程上具有很高的实用价值。

本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的小电流接地系统单相接地故障定位方法流程图；

图2为本发明实施例提供的另一小电流接地系统单相接地故障定位方法流程图；

图3为本发明实施例提供的中性点不接地小电流单相接地故障系统仿真模型图；

图4为本发明实施例提供的当接地电阻分别为10ω、100ω、500ω时，施加扰动信号前后检测点电流变化的波形图；

图5为本发明实施例提供的小电流接地系统单相接地故障定位系统示意图。

图标：

10-获取单元；20-第一判断单元；30-第二判断单元；40-选线定位单元。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

目前，现有技术的方法在电气量选择、计算以及逻辑判断上都存在一定的缺点，且针对日益灵活的配电网准确性较差，无法在工程领域广泛推广，基于此，本发明实施例提供的小电流接地系统单相接地故障定位方法和系统，通过使扰动信号依据中性点的不同接地情况，采用自适应选择向某一非故障相注入的故障定位方法，有效提高注入式故障定位的准确性，在工程上具有很高的实用价值。

为便于对本实施例进行理解，首先对本发明实施例所公开的小电流接地系统单相接地故障定位方法进行详细介绍。

实施例一：

图1为本发明实施例提供的小电流接地系统单相接地故障定位方法流程图。

参照图1，步骤s101，获取系统参数信息和各检测点的线路状态信息；

步骤s102，根据线路状态信息判断故障相线路，自适应选择向某一非故障相注入扰动信号；

步骤s103，利用扰动信号形成扰动信号响应序列，并根据扰动信号响应序列判断检测点是否位于故障区段；

步骤s104，将判断结果形成检测点报告上传至主站，并根据线路拓扑结构完成选线定位。

具体地，首先，获得并读取系统参数信息后，判断系统中性点的接地状态，通过电流互感器实时监测配电网各个检测点处三相电流，当配电网发生单相接地故障后，快速确定发生单相接地的故障相，然后，结合小电流接地系统的中性点接地情况，向滞后或超前于故障相的非故障相施加扰动信号，从而增大检测点故障相电流信号，并通过检测扰动信号响应序列判断该检测点是否位于故障区段，最后，将每一个检测点的判断信息上传至主站，结合线路的拓扑结构从而实现选线定位。这里，通过在配电网各检测点上安装电流互感器进行实时监测的参数获取。

需要说明的是，如图2所示，在读取完系统参数并判断出系统中性点为经消弧线圈接地的情形之后，还应判断消弧线圈是否处于欠补偿状态，以此将经消弧线圈接地细化为两种情况。如果判断结果为欠补偿状态，则故障定位方法同本发明实施例提供的系统未经消弧线圈接地相一致；如果判断结果是未处于欠补偿状态，则故障定位方法同本发明实施例提供的经消弧线圈接地定位方法相一致。

进一步地，步骤s102包括：

根据系统参数信息判断系统中性点接地状态，其中，中性点接地状态包括是否经消弧线圈接地；

如果经消弧线圈接地，则根据线路状态信息判断系统是否单相接地；

如果是单相接地，则记录故障相线路的相电流第一有效值；

向超前于故障相的相位施加扰动信号，持续0.2s后断开扰动信号，其中，扰动信号为可自调节阻值的接地电阻信号；

记录施加扰动信号后故障相线路的相电流第二有效值；

停止施加扰动信号后，等待0.2s。

进一步地，如果不经消弧线圈接地，则向滞后于故障相的相位施加所述扰动信号，其余步骤与经消弧线圈接地的情况保持一致。

进一步地，在步骤s102之后，步骤s103之前还包括：

判断施加扰动信号的次数是否大于预设阈值；

如果小于预设阈值，则根据继续注入扰动信号进行循环操作，并记录每次循环操作结果。

进一步地，步骤s103包括：

根据施加扰动信号后的相电流第二有效值或相电流第三有效值与仅发生所述单相接地时的相电流第一有效值的比值确定扰动信号响应序列；

判断扰动信号响应序列与扰动信号的注入序列是否相同；

如果相同，则检测点位于所述故障区段；

如果不同，则检测点位于正常区段。

具体地，将比值与人为预设的定值进行比较，当该比值大于预设的定值时，则该扰动信号响应值为1，反之，则为0，记录所有扰动信号形成的扰动信号响应序列，并将其与扰动信号的注入序列进行比较，从而判断检测点是否位于故障区段。

进一步地，线路状态信息包括各检测点的三相电流，根据线路状态信息判断系统是否单相接地包括：

根据各检测点的三相电流计算相电流突变参数；

将相电流突变参数与预设数值进行比较，当相电流突变参数大于或等于预设数值，则判定相电流发生突变。

进一步地，预设阈值为扰动信号注入的极限次数。

本发明提供了小电流接地系统单相接地故障定位方法和系统，方法包括获取系统参数信息和各检测点的线路状态信息；根据线路状态信息判断故障相线路，自适应选择向某一非故障相注入扰动信号；利用扰动信号形成扰动信号响应序列，并根据扰动信号响应序列判断检测点是否位于故障区段；将判断结果形成检测点报告上传至主站，并根据线路拓扑结构完成选线定位。本发明通过使扰动信号依据中性点的不同接地情况，采用自适应选择向某一非故障相注入的故障定位方法，有效提高注入式故障定位的准确性，在工程上具有很高的实用价值。

实施例二：

下面依据仿真模型对发明实施例提供的方法进行详细论述。如图3所示，图3为用电力暂态仿真软件atp搭建的中性点不接地小电流单相接地故障系统模型。其中，ct为安装在三相线路上的电流互感器，对除母线外的各条分支线路的首端均加装电流互感器，针对线路的不同长度设置一个或多个检测点，在本发明实施例中，x0025为母线出口检测点，ct1为设置在该检测点上的电流互感器，xx0007为单相接地故障点、xx0015和xx0018为非故障相扰动信号注入点，试验模拟故障在0.1s时a相经不同过渡电阻发生单相接地故障的情况，对该定位方法进行准确性检验。

对中性点不接地的小电流接地系统发生单相接地故障可以采用本发明实施例提供的小电流接地系统单相接地故障定位方法进行故障定位，在配电网各检测点上安装电流互感器。参见附图2，其步骤如下：

步骤1：采集系统参数，判断系统中性点接地状态；

步骤2：实时监测配电网各检测点处的三相电流，监测各检测点处相电流是否发生突变，当判定某检测点处相电流发生突变时，快速确定系统发生故障的故障相；

相电流突变用电流的瞬时变化率衡量(δt＝1ms)，如下式所示：

当时，判定为相电流发生突变；当时，判定为相电流未发生突变，返回步骤1继续监测相电流的状态。

在本发明实施例中，a相在0.1s时发生单相接地故障，如附图4所示，图4(a)(b)(c)均在0.1s时出现较大的波形跳跃，说明在该时刻电流发生突变。

步骤3：计算并记录仅发生单相接地故障时各个检测点故障相相电流的有效值ifrms，其计算如公式(1)所示：

其中，ifrms为仅发生单相接地故障时故障相相电流的有效值，t为时间，t为一个工频周期，即20ms，为故障电流向量。

本发明实施例中以x0025检测点为例，说明检测点故障相相电流有效值计算方法。分别计算和仿真验证a相经过渡电阻为10ω、100ω、500ω三种情况接地时，检测点故障相电流有效值，检测点电流变化情况分别如附图4(a)(b)(c)所示，图中各坐标轴的横坐标表示时间，纵坐标表示电流有效值的大小。其中，取t＝0.2s，t＝0.02s，仿真结果如表1所示：

表1

步骤4：对于中性点经消弧线圈系统寻找其故障相的超前相位，对中性点不接地系统寻找其故障相的滞后相位，向寻找到的相位注入扰动信号，持续0.2s；

在本发明实施例中，系统为中性点不接地系统，应通过在0.3s时向滞后于故障相的b相注入扰动信号，该扰动信号通过闭合注入点xx0015处的开关来实现，闭合持续时间为0.2s。

步骤5：计算并记录注入扰动信号后中性点不接地系统各个检测点故障相相电流的有效值ifzrms或计算并记录注入扰动信号后中性点经消弧线圈接地系统各个检测点故障相相电流的有效值ifcrms；计算公式如式(2)和式(3)所示：

其中，ifzrms为注入扰动信号后中性点不经消弧线圈接地系统故障相相电流的有效值，ifcrms为注入扰动信号后中性点经消弧线圈接地系统故障相相电流的有效值，t为时间，t为一个工频周期，即20ms，和分别为不经消弧线圈接地和经消弧线圈接地时的故障电流向量。

本发明实施例中以x0025检测点为例，分别计算和仿真验证a相过渡电阻为10ω、100ω、500ω三种情况下，向b相施加扰动信号后检测点故障相电流有效值，证明向b相施加扰动信号可以得到有效检测点扰动信号响应序列。其中取t＝0.4s，t＝0.02s，计算结果列写在表2中：

表2

步骤6：断开接地信号，等待0.2s；

在本发明实施例中，通过在0.5s时断开检测点xx0015处的开关来实现，断开持续时间为0.2s。

步骤7：判断扰动信号注入次数n与扰动信号注入极限次数k的大小；若n<k，则记录扰动信号注入次数n＝n+1，并返回步骤4；反之，则完成扰动信号注入；

在本发明实施例中，设定k值为6。扰动信号序列记为10101010101，其中施加扰动信号时，记为1；反之，为0。

步骤8：形成检测点扰动信号响应序列，该序列依据第n次施加扰动信号后检测点故障相电流有效值与仅发生单相故障时故障相检测点相电流有效值之比确定；该比值大于预设定值，则第n次扰动信号响应值为1；反之，则为0；

在本发明实施例中，根据线路的拓扑结构约定比值预设值为1.2。在其它优选实施例中，预设定值可以取1.05～1.2取值范围内的数值。本发明实例形成的扰动信号相应序列为10101010101；其中，第一次施加扰动信号后，仿真结果在表3中:

表3

步骤9：判断检测点扰动信号响应序列同扰动信号注入序列是否相同；若相同，则该检测点位于故障区段；反之，则该检测点位于正常区段。

在本发明实施例中，通过比较步骤7中的扰动信号序列和步骤8中的扰动信号响应序列，可知x0025检测点位于故障区段。

步骤10：将各个检测点的判定信息上传至主站，结合线路的拓扑结构，完成系统的故障定位；

结合线路的拓扑结构可知，该x0025检测点为不接地的小电流接地系统的故障定位点，证明了扰动信号注入式小电流故障定位方法的准确性。

本发明实施例提出了扰动信号依据中性点情况通过自适应选择向某一非故障相注入的故障定位方法，对以往现有技术的方法进行改进，很好的提高注入式故障定位的准确性，在工程上具有较高的实用价值。

实施例三：

图5为本发明实施例提供的小电流接地系统单相接地故障定位系统示意图。

参照图5，小电流接地系统单相接地故障定位系统包括：

获取单元10，用于获取系统参数信息和各检测点的线路状态信息；

第一判断单元20，用于根据所述线路状态信息判断故障相线路，并向非故障相线路注入扰动信号；

第二判断单元30，用于利用所述扰动信号形成扰动信号响应序列，并根据所述扰动信号响应序列判断所述检测点是否位于故障区段；

选线定位单元40，用于将判断结果形成检测点报告上传至主站，并根据线路拓扑结构完成选线定位。

进一步地，第一判断单元20包括：

第三判断单元(未示出)，用于根据所述系统参数信息判断系统中性点接地状态，其中，所述中性点接地状态包括是否经消弧线圈接地；

第四判断单元(未示出)，用于在经消弧线圈接地的情况下，根据所述线路状态信息判断所述系统是否单相接地；

第一记录单元(未示出)，用于在单相接地的情况下，记录所述故障相线路的相电流第一有效值；

信号注入单元(未示出)，用于向超前于故障相的相位施加所述扰动信号，持续0.2s后断开所述扰动信号，其中，所述扰动信号为接地信号；

第二记录单元(未示出)，用于记录施加所述扰动信号后所述故障相线路的相电流第二有效值；

计时单元(未示出)，用于在停止施加所述扰动信号后，等待0.2s。

进一步地，第二判断单元30包括：

计算单元(未示出)，用于根据施加所述扰动信号后的所述相电流第二有效值或所述相电流第三有效值与仅发生所述单相接地时的所述相电流第一有效值的比值确定所述扰动信号响应序列；

第五判断单元(未示出)，用于判断所述扰动信号响应序列与扰动信号的注入序列是否相同，如果相同，则所述检测点位于所述故障区段；如果不同，则所述检测点位于正常区段。

本发明实施例提供的小电流接地系统单相接地故障定位系统，与上述实施例提供的小电流接地系统单相接地故障定位方法具有相同的技术特征，所以也能解决相同的技术问题，达到相同的技术效果。

本发明实施例所提供的小电流接地系统单相接地故障定位方法和系统的计算机程序产品，包括存储了程序代码的计算机可读存储介质，所述程序代码包括的指令可用于执行前面方法实施例中所述的方法，具体实现可参见方法实施例，在此不再赘述。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统和装置的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(rom，read-onlymemory)、随机存取存储器(ram，randomaccessmemory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。