一种单相接地故障灵敏感知方法、系统及存储介质

1.本技术涉及配电网单相接地故障灵敏感知技术领域，具体设计一种基于中性点不接地配电网馈线功率的单相接地故障灵敏感知方法、系统及存储介质。


背景技术：

2.对接地故障的灵敏、准确感知是配电网接地故障选线的前提。以零序电压越限作为接地故障感知判据在实际操作中易实现，也是现场采用最为广泛的，但该判据是在考虑三相不平衡过电压的基础上整定，灵敏度有限，仅能检测过渡电阻较低的接地故障。有学者在此基础上提出了零序电压变化量的接地故障感知方法，若暂态变化过程中的零序电压变化量超过整定值即可判断发生接地故障，该方法能够较为灵敏的实现对接地故障的感知，目前许继、南瑞继保等多个继电保护厂家均将该判据作为故障感知判据之一。但该方法并未考虑由馈线投切引起脱谐度以及不平衡度变化导致的零序电压波动，存在误判的风险。
3.此外，三相负载不对称也将影响接地故障的辨识。对于谐振接地系统，电感、电容的串联谐振会造成中性点零序电压升高，谐振电压大大超过整定值，引起保护误动。由于基于零序电压启动的接地保护受到很多因素的影响，国内外开始尝试零序电压以外的方法来辨识接地故障。例如实时检测各出线abc三相电流的大小和相位，利用故障前后的相位差变化来辨识接地故障，但是该方法检测精度有限，并且受暂态过程影响较大，这种方法并不能排除铁磁谐振等故障对判据的影响。
4.配电网故障检测过程一般采用傅里叶变换将检测信号分解为不同频率下的分量，再通过分析频谱图得到检测信号所包含的各频率分量。但是对于配电网短路接地故障，故障电流信号中存在不断衰减的非周期直流分量，因此利用傅立叶变换来检测故障发生后暂态初始特征将存在一定的误差。此外，该检测方法据窗口长度至少为一个周波（20ms），易导致故障检测速度较慢，无法满足现代电力系统对继电保护快速性的要求。基于信号注入的接地故障检测方法能够较灵敏的感知接地故障，但由于外加信号需通过电压互感器导入系统，而电压互感器内阻抗导致配电网零序回路发生变化，其分压作用也会导致有效信号的衰减。总之，现有配电网接地故障感知方法存在诸多的问题，亟需研发更灵敏、更可靠的接地故障检测方法。


技术实现要素：

5.本技术实施例的目的在于提供一种单相接地故障灵敏感知方法、系统及存储介质，通过计算各馈线的零序功率，进而求得功率因数角，通过功率因数角的数值精准判断馈线及母线是否故障。
6.为实现上述目的，本技术提供如下技术方案：第一方面，本技术实施例提供一种单相接地故障灵敏感知方法，包括以下具体步骤：实时测量获取配电网零序电压与各馈线零序电流；
由馈线功率表达式计算得到各馈线功率及各馈线功率因数角；根据馈线、母线正常与故障时馈线功率因数角的差异判定配电网是否发生接地故障，并准确区分是母线还是馈线故障。
7.所述由馈线功率表达式计算得到各馈线复功率及各馈线功率因数角具体为，计算馈线的零序电流的表达式；根据计算的馈线零序电流的表达式求得馈线的零序电流；根据零序电流计算馈线的功率以及馈线的功率因数角。
8.所述根据馈线、母线正常与故障时馈线功率因数角的差异判定配电网是否发生接地故障，并准确区分是母线还是馈线故障具体为，当馈线的功率因数角为0时，表示配电网处于正常运行状态；当馈线的功率因数角不为0时，判定配电网发生接地故障；然后再判是馈线故障还是母线故障，由于故障馈线与非故障馈线功率因数角区别明显，故障馈线功率因数角小于0，非故障馈线功率因数角大于0，因此，判定发生接地故障后，若存在某一馈线功率因数角小于0，则判定为馈线故障，否则，判定为母线接地故障。
9.第二方面，本技术实施例提供一种单相接地故障灵敏感知系统，包括，测量获取单元，用以实时测量获取配电网零序电压与各馈线零序电流；计算单元，用以由馈线功率表达式计算得到各馈线功率及各馈线功率因数角；判别单元，用以根据馈线、母线正常与故障时馈线功率因数角的差异判定配电网是否发生接地故障，并准确区分是母线还是馈线故障。
10.第三方面，本技术实施例提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有程序代码，所述程序代码被处理器执行时，实现如上所述的单相接地故障灵敏感知方法的步骤。
11.与现有技术相比，本发明的有益效果是：（1）不用加装另外的装置便可以判断馈线及母线是否发生单相接地故障。
12.（2）具备较强的抗过渡电阻能力及工程应用价值，相比传统方法，准确性更高。
附图说明
13.为了更清楚地说明本技术实施例的技术方案，下面将对本技术实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。
14.图1为本技术实施例的基于中性点不接地配电网单相接地故障示意图；图2为本技术实施例的配电网接地故障与正常时功率因数角的情况图；图3为本技术实施例的方法流程图；图4为本技术实施例的系统框图。
具体实施方式
15.下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行描述。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被
定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
16.术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
17.术语“第一”、“第二”等仅用于将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不能理解为指示或暗示相对重要性，也不能理解为要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。
18.参照图1、图2和图3，本技术实施例提供一种单相接地故障灵敏感知方法，包括以下具体步骤：实时测量获取配电网零序电压与各馈线零序电流；由馈线功率表达式计算得到各馈线功率及各馈线功率因数角；根据馈线、母线正常与故障时馈线功率因数角的差异判定配电网是否发生接地故障，并准确区分是母线还是馈线故障。
19.在中性点不接地配电网中，假设发生故障时，非故障馈线编号为i，故障线路编号为k。
20.在配电网正常运行时，非故障线路的零序电流表达式为：，而故障线路的零序电流表达式与之类似，其中，、分别表示故障前非故障馈线i、故障馈线k上零序电流，为故障前零序电压，、分别为非故障馈线i、故障馈线k上不平衡电流，、分别为非故障馈线i上的对地电导和对地电容，、分别为故障馈线i上的对地电导和对地电容，为工频角频率。
21.1.当馈线发生故障时非故障馈线和故障馈线的零序电流表达式为：非故障馈线：，故障馈线：，结合正常运行时的式子（1）和（2）可得：非故障馈线：，故障馈线：
，其中，为故障相电源电势，为故障点过渡电阻倒数，为故障发生时的零序电压。
22.定义馈线功率表达式为：，则非故障与故障馈线、具体表达式为：非故障馈线：，故障馈线：，其中，、为非故障馈线i上有功、无功功率，、为故障馈线k上有功、无功功率，为故障相电压有效值，为与夹角大小。
23.非故障线路的功率因数角，为非故障线路i的阻尼率，为故障相电压；又因为各馈线功率之和为：，而对于中性点不接地系统有、，因此，进而可推得：，故障线路功率因数角为：
，其中为所有非故障线路等效阻尼率。
24.由于架空线路阻尼率约为3%～5%，对于电缆线路阻尼率约为2%～4%，故线路阻尼率正常范围为2%～5%。因此可得：，，2.母线故障时所有馈线均满足：，，，3.正常时理论上系统各馈线均满足：，，根据上述内容可得配电网接地故障与正常时功率因数角情况如图2所示。
25.结合上述分析及图2可知，配电网正常时各馈线功率因数角均为0；母线接地故障时，各馈线功率因数角位于区间；馈线接地故障时，非故障馈线功率因数角位于区间，故障馈线功率因数角位于区间。
26.根据上述分析，提出一种不接地系统下单相接地故障灵敏感知方法：实时获取馈线零序电流与零序电压；然后测量各馈线功率，并求取各馈线功率因数角；当时，表示配电网处于正常运行状态；当时，判定配电网发生接地故障；然后再判是馈线故障还是母线故障，由于故障馈线与非故障馈线功率因数角区别明显，故障馈线功率因数角小于0，非故障馈线功率因数角大于0.因此，判定发生接地故障后，若存在某一馈线功率因数角小于0，则判定为馈线故障，否则，判定为母线接地故障。
27.为了验证本发明描述的一种基于中性点不接地配电网馈线功率的单相接地故障灵敏感知方法的可靠性，在pscad/emtdc仿真软件上搭建了中性点不接地配电网的仿真模型，模型基础参数见表1。
[0028][0029]
设置馈线3中的c相接地故障可以计算出各馈线在不同过渡电阻下的有功、无功和功率因数角，并判断此时该馈线是否发生故障。
[0030][0031]
设置母线c 相接地故障，
[0032]
从仿真结果可知，该方法能够精准的感知馈线和母线是否发生故障。
[0033]
本技术实施例提供一种单相接地故障灵敏感知系统，其包括，测量获取单元1，用以实时测量获取配电网零序电压与各馈线零序电流；计算单元2，用以由馈线功率表达式计算得到各馈线功率及各馈线功率因数角；判别单元3，用以根据馈线、母线正常与故障时馈线功率因数角的差异判定配电网是否发生接地故障，并准确区分是母线还是馈线故障。
[0034]
本技术实施例还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有程序代码，所述程序代码被处理器执行时，实现如上所述的单相接地故障灵敏感知方法的
步骤。
[0035]
本领域内的技术人员应明白，本技术的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本技术可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本技术可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质（包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等）上实施的计算机程序产品的形式。
[0036]
本技术是参照根据本技术实施例的方法、设备（系统）、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
[0037]
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
[0038]
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
[0039]
在一个典型的配置中，计算设备包括一个或多个处理器 (cpu)、输入/输出接口、网络接口和内存。
[0040]
存储器可能包括计算机可读介质中的非永久性存储器，随机存取存储器(ram)和/或非易失性内存等形式，如只读存储器(rom)或闪存(flash ram)。存储器是计算机可读介质的示例。
[0041]
计算机可读介质包括永久性和非永久性、可移动和非可移动媒体可以由任何方法或技术来实现信息存储。信息可以是计算机可读指令、数据结构、程序的模块或其他数据。计算机的存储介质的例子包括，但不限于相变内存 (pram)、静态随机存取存储器 (sram)、动态随机存取存储器 (dram)、其他类型的随机存取存储器 (ram)、只读存储器 (rom)、电可擦除可编程只读存储器 (eeprom)、快闪记忆体或其他内存技术、只读光盘只读存储器 (cd-rom)、数字多功能光盘 (dvd) 或其他光学存储、磁盒式磁带，磁带磁磁盘存储或其他磁性存储设备或任何其他非传输介质，可用于存储可以被计算设备访问的信息。按照本文中的界定，计算机可读介质不包括暂存电脑可读媒体 (transitory media)，如调制的数据信号和载波。
[0042]
还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。
[0043]
以上所述仅为本技术的实施例而已，并不用于限制本技术的保护范围，对于本领域的技术人员来说，本技术可以有各种更改和变化。凡在本技术的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的保护范围之内。