一种配电网单相接地故障测量方法与流程

本发明涉及电力技术领域，具体地讲，本发明涉及一种配电网单相接地故障测量方法。

背景技术：

我国10kv配电网以架空线为主，并存在电缆、架空线混合线路。网络拓扑多呈辐射状，除主干线之外，还存在大量分支线路，结构复杂。据统计，若考虑瞬时性接地故障，配网中单相接地故障占架空线中压配电网故障总数的90％以上。

我国10kv中压配电网大多采用中性点非有效接地方式，发生单相接地故障时，由于故障电流很小，而且三相之间的线电压仍然保持对称，对负荷的供电没有影响，在一般情况下都允许再继续运行1～2h，但会使得非故障相电压升高，增加电网安全运行隐患。由于小电流接地系统发生故障时的电流微弱，虽然目前有很多故障定位的方法和检测装置，但效果并不理想，还需人工巡线的方法相配合。更重要的是，电力系统发生单相接地故障故障时，及时准确地定位故障回路并实现可靠的故障解决是保证电力系统安全稳定运行的基础。

目前，配电网单相接地故障定位方法可分为行波法、故障信号法、阻抗法及注入信号寻踪法。行波法故障定位技术因不受系统参数、串补电容、线路不对称及互感器变换误差等因素的影响，在10kv配电网单相接地故障监测领域获得了广泛的关注和研究应用。

目前，诸多利用行波测距原理实现配电线路故障定位的研究主要集中在理论研究和仿真试验上，从理论上可行，但对将行波测距原理应用到实际中面临的困难和关键技术问题考虑不足，主要原因有：

(1)与大电流接地系统的输电线路不同，10kv配电网单相接地故障的故障电流很小，甚至远远低于正常负荷电流，导致故障电流的识别难度远远大于输电线路的单相接地故障；

(2)10kv配电网的多分支结构使得暂态故障行波信号产生衰减和多次反射和透射。即便在一次入射的情况下，多分支透射引起衰减也可能到达数十db数量级，使得到达行波测量点处的信号异常微弱。在噪声背景下，行波信号特别是特征点有可能被“湮没”；

(3)目前尚无普遍公认的适用于数百khz数量级的电流互感器和电压互感器仿真模型，使得基于各种仿真平台的算法研究与实际可能存在较大差别。另一方面，在采用分布参数进行仿真计算时，由于节点众多，出于计算上的考虑，往往采用较为简化的结构，也会使仿真结果产生较大偏差。

因此，本发明提出一种配电网单相接地故障测量方法，建立配电网单相接地故障行波模型，实现了接地故障线路快速检测和故障点的精确定位，有效提高配电网运维检修水平，最大程度降低事故危害，对保障电网经济、可靠运行具有重要的现实意义。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是：提供一种配电网单相接地故障测量方法，建立配电网单相接地故障行波模型，实现了接地故障线路快速检测和故障点的精确定位，有效提高配电网运维检修水平，最大程度降低事故危害，对保障电网经济、可靠运行具有重要的现实意义。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种配电网单相接地故障测量方法，包括以下步骤:

步骤s01、建立10kv配电网的分布参数模型，仿真小电流接地系统在不同接地电阻下，单相接地故障行波的基本传播规律，分析线路分支对行波传播的影响；

步骤s02、分析10kv配电网单相接地故障暂态行波特征，考察暂态行波相分量的特征，考察模分量的特征，分析相、模分量的特征频段；

步骤s03、利用信号发生器，在频域构造兆带宽级的扫频信号，注入互感器，测量互感器的传变特性，在时域构造纳秒级宽度的脉冲信号，注入互感器，测量互感器的暂态响应；

步骤s04、对比互感器两侧信号的波形、幅值、相位及变比，分析互感器对采集信号畸变的影响；

步骤s05、基于ni高速数据采集卡，编程实现多路并发模式的高速数据采集，采用直接内存读取技术，完成暂态行波边采集、边存储的功能，保证从故障发生后行波产生到衰减为零的整个过程中，故障行波都能被记录；

步骤s06、设计人工短路开关，实现不同接地电阻下的单相接地故障设置。

优选的，所述步骤s05还包括采用多通道并发数据采集技术，可有效避免行波各频率分量传播速度不同造成的误差。

优选的，所述步骤s05还包括同时获得三相故障行波及零序行波分量，为行波特征的分析提供更为有效的数据。

优选的，步骤s02中，分析10kv配电网单相接地故障暂态行波特征，考虑配电网结构、线路长度、接地电阻大小因素。

优选的，步骤s02中，收集配电网的结构、参数，结合传输线基本理论和相模变换方法，完成单相接地故障暂态行波的特征分析，给出暂态行波相分量/模分量与接地电阻的关系。

优选的，还包括步骤s07,采用相模变换及时频分析的方法，将暂态行波相分量或模分量的奇异点特征放大，计算故障点位置。

优选的，还包括步骤s08,研制10kv配电网单相接地故障行波测量装置。

本发明提供了一种配电网单相接地故障测量方法，具有以下优点：

1、有效解决了目前10kv配电网单相接地故障检测可靠性不足和故障点定位精度较差的问题，能够保证及时、准确地进行故障检测、选线和故障精确定位，缩小事故范围；同时有效避免不必要的电气设备损坏，直接经济效益显著；

2、有效缩短故障检修时间和停电时间，提高配网供电可靠性，提高用户用电满意度和企业形象，进一步促进配网自动化技术发展和地方经济发展，具有不可估量的潜在经济效益和社会效益。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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是本发明的行波测量原理图。

具体实施方式

为使本发明的内容更加清楚易懂，以下结合说明书附图，对本发明的内容作进一步说明。当然本发明并不局限于该具体实施例，本领域内的技术人员所熟知的一般替换也涵盖在本发明的保护范围内。其次，本发明利用示意图进行了详细的表述，在详述本发明实例时，为了便于说明，示意图不依照一般比例局部放大，不应以此作为对本发明的限定。

本发明提供一种配电网单相接地故障测量方法，包括以下步骤:

步骤s01、建立10kv配电网的分布参数模型，仿真小电流接地系统在不同接地电阻下，单相接地故障行波的基本传播规律，分析线路分支对行波传播的影响；

步骤s02、分析10kv配电网单相接地故障暂态行波特征，考察暂态行波相分量的特征，考察模分量的特征，分析相、模分量的特征频段；分析10kv配电网单相接地故障暂态行波特征，考虑配电网结构、线路长度、接地电阻大小因素。收集配电网的结构、参数，结合传输线基本理论和相模变换方法，完成单相接地故障暂态行波的特征分析，给出暂态行波相分量/模分量与接地电阻的关系。

步骤s03、利用信号发生器，在频域构造兆带宽级的扫频信号，注入互感器，测量互感器的传变特性，在时域构造纳秒级宽度的脉冲信号，注入互感器，测量互感器的暂态响应；

步骤s04、对比互感器两侧信号的波形、幅值、相位及变比，分析互感器对采集信号畸变的影响；

步骤s05、基于ni高速数据采集卡，编程实现多路并发模式的高速数据采集，采用直接内存读取技术，完成暂态行波边采集、边存储的功能，保证从故障发生后行波产生到衰减为零的整个过程中，故障行波都能被记录；采用多通道并发数据采集技术，可有效避免行波各频率分量传播速度不同造成的误差，同时获得三相故障行波及零序行波分量，为行波特征的分析提供更为有效的数据。

步骤s06、设计人工短路开关，实现不同接地电阻下的单相接地故障设置。

步骤s07,采用相模变换及时频分析的方法，将暂态行波相分量或模分量的奇异点特征放大，计算故障点位置。

步骤s08,研制10kv配电网单相接地故障行波测量装置。

具体的，本发明包括以下步骤：

利用pscad软件，建立典型10kv配电网的分布参数模型，仿真小电流接地系统在不同接地电阻下，单相接地故障行波的基本传播规律，分析线路分支对行波传播的影响，研究故障行波的高频特征，为配电网故障行波测量现场实验中高速信号采集系统的采样频率选择及测量结果的行波特征提取方法，提供一定的理论参考。

配电网发生单相接地故障时，其故障电流主要取决于线路各相的对地电容电流。暂态行波特征分析需考虑配电网结构、线路长度、接地电阻大小等因素的影响。不仅需考察暂态行波相分量的特征，还需考察模分量的特征，分析相、模分量的特征频段。

利用高带宽的信号发生器，在频域构造兆带宽级的扫频信号，注入互感器，测量互感器的传变特性；在时域构造纳秒级宽度的脉冲信号，注入互感器，测量互感器的暂态响应。对比互感器两侧信号的波形、幅值、相位及变比，分析互感器对采集信号畸变的影响。

针对行波传播速度快，难于捕捉的问题，基于ni高速数据采集卡，编程实现多路并发模式的高速数据采集，同时采用直接内存读取技术，完成暂态行波边采集、边存储的功能，保证从故障发生后行波产生到衰减为零的整个过程中，故障行波都能被记录。设计人工短路开关，实现不同接地电阻下的单相接地故障设置。针对配电网结构复杂，分支线众多的情况，行波在传播过程中能量逐渐衰减，且在不连续点处发生反射，在网络中的不同位置设置单相接地故障，考察测量点测得的暂态行波，归纳行波的相分量和模分量特征。行波测量原理如图所示。

针对暂态行波特征较弱，波头不明显的问题，采用相模变换及时频分析的方法，如小波变换、希尔伯特-黄变换、分数阶傅立叶变换等，将暂态行波相分量或模分量的奇异点特征放大，计算故障点位置。由于配电网分支线众多，故障定位准确度不足，在时频分析的基础上，充分利用相量和模量的多尺度结果，采用数据融合、机器学习等方法，如神经网络、支持向量机等，拟合多尺度相/模量分析结果和故障位置的关系，从而提高故障定位的准确性。

本发明提供了一种配电网单相接地故障测量方法，有效解决了目前10kv配电网单相接地故障检测可靠性不足和故障点定位精度较差的问题，能够保证及时、准确地进行故障检测、选线和故障精确定位，缩小事故范围；同时有效避免不必要的电气设备损坏，直接经济效益显著；有效缩短故障检修时间和停电时间，提高配网供电可靠性，提高用户用电满意度和企业形象，进一步促进配网自动化技术发展和地方经济发展，具有不可估量的潜在经济效益和社会效益。

虽然本发明主要描述了以上实施例，但是只是作为实例来加以描述，而本发明并不限于此。本领域普通技术人员能做出多种变型和应用而不脱离实施例的实质特性。例如，对实施例详示的每个部件都可以修改和运行，与所述变型和应用相关的差异可认为包括在所附权利要求所限定的本发明的保护范围内。

本说明书中所涉及的实施例，其含义是结合该实施例描述的特地特征、结构或特性包括在本发明的至少一个实施例中。说明书中出现于各处的这些术语不一定都涉及同一实施例。此外，当结合任一实施例描述特定特征、结构或特性时，都认为其落入本领域普通技术人员结合其他实施例就可以实现的这些特定特征、结构或特性的范围内。