一种基于母线零序电压信息的10kV配电线路单相断线坠地故障识别方法及系统与流程

一种基于母线零序电压信息的10kv配电线路单相断线坠地故障识别方法及系统
技术领域
1.本发明涉及配电网继电保护技术领域，特别涉及一种基于母线零序电压信息的10kv配电线路单相断线坠地故障识别方法及系统，适用于中性点不接地且能实时测量出母线零序电压幅值与相位信息的10kv配电网。


背景技术：

2.近年来，配网结构日益复杂，配电线路绝缘导线应用越来越广泛，由于绝缘导线绝缘层的存在导线不能及时散热，导致导线遇雷击等自然灾害后产生的电弧不易自行熄灭，在某一点会持续燃弧直至熔断导线，导线悬空或者坠落至地面上，产生断线及其坠地故障。发生断线坠地故障后，人或牲畜靠近坠地点，极易因跨步电压产生安全隐患。综上所述，当系统发生断线故障后，为降低安全隐患，研究断线坠地故障识别方法极具必要性。
3.通常，导线的单相断线故障可分为断口处悬空、电源侧单侧坠地和负荷侧单侧坠地三种类型。现场上，针对单相断线及其坠地故障，目前主流保护方法利用故障位置上下游线电压、相电压以及零序电压信息进行故障选相及其区段定位，但上述方法均无法准确识别出断线坠地故障或断线不接地故障。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本发明的第一方面的目的是提供一种基于母线零序电压信息的10kv配电线路单相断线坠地故障识别方法，用于解决当配电线路发生单相断线故障后目前现有技术无法判断是否发生导线坠地故障的问题。
5.本发明的第一方面大的目的是通过以下技术方案实现的：
6.一种基于母线零序电压信息的10kv配电线路单相断线坠地故障识别方法，所述方法用于中性点不接地配电系统，所述方法是实时检测母线零序电压，以断线相电动势为基准，得到母线稳态零序电压幅值和相位，然后根据母线稳态零序电压的幅值、相位，结合检测判据进行判断，从而确定是否发生单相断线兼电源侧坠地故障或单相断线兼负荷侧坠地故障。
7.进一步，所述方法包括以下步骤：
8.步骤s1：实时检测母线零序电压，以断线相电动势为基准，得到母线稳态零序电压幅值为|u|,相位为θ；
9.步骤s2：若母线稳态零序电压幅值、相位满足检测判据1，则认为发生单相断线兼电源侧坠地故障，检测判据1为：
10.步骤s3：若母线稳态零序电压幅值、相位满足检测判据2，则认为发生单相断线兼
负荷侧坠地故障，检测判据2为：
11.本发明的第二方面的目的是提供一种基于母线零序电压信息的10kv配电线路单相断线坠地故障识别系统，所述系统包括
12.实时检测单元，用于实时检测母线零序电压，以断线相电动势为基准，得到母线稳态零序电压幅值和相位；
13.判断单元，将得到的母线稳态零序电压幅值和相位与检测判据进行比较，确定是否发生单相断线兼电源侧坠地故障或单相断线兼负荷侧坠地故障。
14.进一步，所述到母线稳态零序电压幅值为|u|,相位为θ。
15.进一步，所述判断单元包括第一判断模块和第二判断模块，所述第一判断模块将检测判据1作为内嵌的软件模块，若母线稳态零序电压幅值、相位满足检测判据1，则认为发生单相断线兼电源侧坠地故障，检测判据1的公式为：
[0016][0017]
进一步，所述第二判断模块将检测判据2作为内嵌的软件模块，若母线稳态零序电压幅值、相位满足检测判据2，则认为发生单相断线兼负荷侧坠地故障，检测判据2的公式为：
[0018][0019]
本发明的第三方面的目的是提供一种计算机装置，包括存储器、处理器及储存在存储器上并能够在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如前所述的方法：根据输入的母线稳态零序电压的幅值、相位，结合内置检测判据进行判断，确定是否发生单相断线兼电源侧坠地故障或单相断线兼负荷侧坠地故障。
[0020]
本发明的的目的之三是提供一种计算机可读存储介质，其上储存有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如前所述的方法：根据输入的母线稳态零序电压的幅值、相位，结合内置检测判据进行判断，确定是否发生单相断线兼电源侧坠地故障或单相断线兼负荷侧坠地故障。
[0021]
本发明的有益效果是：
[0022]
当配电线路发生单相断线故障后，目前检测技术无法判断是否发生坠地故障，本发明通过将母线零序电压幅值和相位信息与预设的判据进行比较，从而判断出是否发生断线电源侧坠地故障或断线负荷侧坠地故障，无需额外增加检测仪器，采样要求低，适用范围广，实用性强。
[0023]
本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书和前述的权利要求书来实现和获得。
附图说明
[0024]
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步的详细描述，其中：
[0025]
图1为单相断线兼电源侧坠地故障母线零序电压偏移范围；
[0026]
图2为单相断线兼负荷侧坠地故障母线零序电压偏移范围；
[0027]
图3为单相断线坠地故障识别方法流程框图；
[0028]
图4为本发明实施例提供的一种配网线路单相断线坠地故障示意图；
[0029]
图5为本发明实施例k1闭合、k2断开时母线零序电压及a相电动势波形图；
[0030]
图6为本发明实施例k1断开、k2闭合时母线零序电压及a相电动势波形图；
[0031]
图7为本发明实施例k1断开、k2断开时母线零序电压及a相电动势波形图。
具体实施方式
[0032]
以下将参照附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。应当理解，优选实施例仅为了说明本发明，而不是为了限制本发明的保护范围。
[0033]
本发明的一种基于母线零序电压信息的10kv配电线路单相断线坠地故障识别方法用于中性点不接地配电系统，方法是实时检测母线零序电压，以断线相电动势为基准，得到母线稳态零序电压幅值和相位，然后根据母线稳态零序电压的幅值、相位，结合检测判据进行判断，从而确定是否发生单相断线兼电源侧坠地故障或单相断线兼负荷侧坠地故障。
[0034]
具体而言，本方法包括以下步骤：
[0035]
步骤s1：实时检测母线零序电压，以断线相电动势为基准，得到母线稳态零序电压幅值为|u|,相位为θ；
[0036]
步骤s2：若母线稳态零序电压幅值、相位满足检测判据1，则认为发生单相断线兼电源侧坠地故障，检测判据1为：
[0037]
步骤s3：若母线稳态零序电压幅值、相位满足检测判据2，则认为发生单相断线兼负荷侧坠地故障，检测判据2为：
[0038]
基于上述方法的设计思想，本发明还公开了一种基于母线零序电压信息的10kv配电线路单相断线坠地故障识别系统，系统包括
[0039]
实时检测单元：用于实时检测母线零序电压，以断线相电动势为基准，得到母线稳态零序电压幅值和相位；本实施例中，母线稳态零序电压幅值为|u|,相位为θ。
[0040]
判断单元：将得到的母线稳态零序电压幅值和相位与检测判据进行比较，确定是否发生单相断线兼电源侧坠地故障或单相断线兼负荷侧坠地故障。
[0041]
具体而言，判断单元包括第一判断模块和第二判断模块，所述第一判断模块将检测判据1作为内嵌的软件模块，若母线稳态零序电压幅值、相位满足检测判据1，则认为发生单相断线兼电源侧坠地故障，检测判据1的公式为：
[0042][0043]
其中，第二判断模块将检测判据2作为内嵌的软件模块，若母线稳态零序电压幅值、相位满足检测判据2，则认为发生单相断线兼负荷侧坠地故障，检测判据2的公式为：
[0044][0045]
具体实施例
[0046]
如图3～7是本发明的实例附图，下面结合附图3～7对本发明做进一步说明：图4所示为与本发明相匹配的10kv配电及其断线坠地故障检测系统，所述检测系统包括：安装在母线处的零序电压检测设备(本实施例中，为三相五柱式电压互感器)、主站、通信系统。检测设备与主站靠通信系统联系，电压互感器把所检测到的零序电压信息送到主站处理，主站进行判定。
[0047]
开关k1、k2控制故障类型，k1、k2均断开为断线不接地故障，k1闭合、k2断开为断线电源侧坠地故障，k1断开、k2闭合为断线负荷侧坠地故障，系统共有6条出线，分别为l1
‑
l6，出线长度分别为3km，6km，9km，12km，15km，18km，a相断线，设置故障点f位于l6线路上，故障位置距离母线10km。设系统架空线路的相关参数为：z1＝(0.17+j0.38)ω/km，b1＝(j3.045)us/km，z0＝(0.23+j1.72)ω/km，b0＝(j1.884)us/km。故障线路负荷采用三角形连接方式，负荷阻抗不平衡度约为10％，设为|z
ab
|＝220ω，|z
ac
|＝200ω，|z
bc
|＝200ω，利用此系统验证本发明方法的有效性。
[0048]
本发明实施例过程结合附图3
‑
图4说明，假设附图3系统中k1闭合、k2断开，故障类型为断线电源侧坠地故障，接地电阻为100ω，以此为例，具体实施步骤如下：
[0049]
步骤s1：流程开始时，检测系统的主站收集检测点检测到的母线零序电压的幅值和相位信息，记母线零序电压的峰值为|u|，相位为θ；
[0050]
步骤s2：检测系统的主站根据收集到的信息，进行故障类型的判定，若|u|和θ满足检测判据1，则认为发生单相断线兼电源侧坠地故障，若|u|和θ满足检测判据2，则认为发生单相断线兼负荷侧坠地故障，检测判据1为：
[0051][0052]
检测判据2为：
[0053][0054]
若均不满足检测判据1和2，回到步骤1循环检测，实例中，经系统仿真采样，母线零序电压幅值|u|＝8415v，θ＝178.38
°
，经判断满足检测判据1，则认为该系统发生单相断线兼电源侧坠地故障。
[0055]
改变图3系统中开关状态，令k1断开、k2闭合，故障类型为断线负荷侧坠地故障，经
系统仿真采样，母线零序电压幅值|u|＝6065v，θ＝
‑
57.24
°
，经判断满足检测判据2，则认为该系统发生单相断线兼负荷侧坠地故障。
[0056]
改变图3系统中开关状态，令k1断开、k2断线，故障类型为断线不接地故障，经系统仿真采样，母线零序电压幅值|u|＝552v，θ＝
‑
21.42
°
，经判断均不满足检测判据1和2，则认为该系统未发生单相断线坠地故障，检测系统的主站将循环收集母线零序电压幅值和相位信息，重复进行检测判据判定；
[0057]
以上是单相断线故障发生后，利用母线零序电压幅值和相位信息来进行单相断线坠地故障识别的方法。本方法主要解决当配电线路发生单相断线故障后无法判断是否发生导线坠地故障的问题，利用变电站已有的母线零序电压测量装置实时检测母线零序电压幅值和相位信息以及现有保护方法判断出配电线路发生单相断线故障且已正确识别出故障相为前提，适用于中性点不接地配电系统，无需额外增加检测仪器，采样要求低，适用范围广，实用性强，是对现有保护方法很好的补充。
[0058]
应当认识到，本发明的实施例可以由计算机硬件、硬件和软件的组合、或者通过存储在非暂时性计算机可读存储器中的计算机指令来实现或实施。所述方法可以使用标准编程技术
‑
包括配置有计算机程序的非暂时性计算机可读存储介质在计算机程序中实现，其中如此配置的存储介质使得计算机以特定和预定义的方式操作——根据在具体实施例中描述的方法和附图。每个程序可以以高级过程或面向对象的编程语言来实现以与计算机系统通信。然而，若需要，该程序可以以汇编或机器语言实现。在任何情况下，该语言可以是编译或解释的语言。此外，为此目的该程序能够在编程的专用集成电路上运行。
[0059]
此外，可按任何合适的顺序来执行本文描述的过程的操作，除非本文另外指示或以其他方式明显地与上下文矛盾。本文描述的过程(或变型和/或其组合)可在配置有可执行指令的一个或多个计算机系统的控制下执行，并且可作为共同地在一个或多个处理器上执行的代码(例如，可执行指令、一个或多个计算机程序或一个或多个应用)、由硬件或其组合来实现。所述计算机程序包括可由一个或多个处理器执行的多个指令。
[0060]
进一步，所述方法可以在可操作地连接至合适的任何类型的计算平台中实现，包括但不限于个人电脑、迷你计算机、主框架、工作站、网络或分布式计算环境、单独的或集成的计算机平台、或者与带电粒子工具或其它成像装置通信等等。本发明的各方面可以以存储在非暂时性存储介质或设备上的机器可读代码来实现，无论是可移动的还是集成至计算平台，如硬盘、光学读取和/或写入存储介质、ram、rom等，使得其可由可编程计算机读取，当存储介质或设备由计算机读取时可用于配置和操作计算机以执行在此所描述的过程。此外，机器可读代码，或其部分可以通过有线或无线网络传输。当此类媒体包括结合微处理器或其他数据处理器实现上文所述步骤的指令或程序时，本文所述的发明包括这些和其他不同类型的非暂时性计算机可读存储介质。当根据本发明所述的方法和技术编程时，本发明还包括计算机本身。
[0061]
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。