基于电压电流相量变化量的配电网高阻接地故障定位方法与流程

基于电压电流相量变化量的配电网高阻接地故障定位方法，属于电力系统继电保护。

背景技术：

1、小电阻接地系统的故障定位问题长期以来困扰着供电运行部门。小电阻接地系统零序阻抗小，当发生高阻接地故障时暂态过程不明显，零序电压与电流幅值低，传统保护方法耐过渡电阻能力差。在现有技术中，针对小电阻接地系统单相接地故障普遍采用的检测方法，主要利用零序电流越限，耐过渡电阻能力有限；反时限零序电流保护方法以及其他利用零序电流与电压的保护方法，均存在耐过渡电阻能力差的问题，难以保证动作的可靠性。此外，依靠零序电压和零序电流的检测方法也不适用于部分不具备零序电压、零序电流采集条件的配网自动化设备中。

2、高阻接地故障产生的电流很微弱，当系统参数不平衡时，正常运行时存在的剩余电流(不平衡电流)会影响故障检测的可靠性，现有方法都没有考虑不平衡电流的影响，申请号为201811469547.0，申请日为2018年11月28日，专利名称为“一种配电网单相高阻接地故障检测方法、系统及存储介质”的中国发明专利公开了一种技术方案，在该技术方案中利用故障相电压和零序电流的相位关系判断是否发生故障，正常运行时存在剩余电流时，“零序电流”实质上为不平衡电流与故障产生电流的叠加，而高阻接地故障电流本身很微弱，故障产生电流叠加上不平衡电流难以对故障进行可靠的判断。现有技术中，消除不平衡电流的方法仅通过信号处理手段对电流量进行处理，易受系统频率变化、装置晶振误差的影响，效果较差。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种以三相电压工频相量为参考，构造故障前后的剩余电流归一化相量，并以剩余电流归一化相量得到的剩余电流相量变化量，即为真实的故障产生的剩余电流相量，消除了不平衡电流的影响，大幅提高了所用故障电气量的纯净度与准确性，为小电阻高阻接地故障检测奠定了基础的基于电压电流相量变化量的配电网高阻接地故障定位方法。

2、本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：该基于电压电流相量变化量的配电网高阻接地故障定位方法，其特征在于：包括如下步骤：

3、步骤a，通过变电站内的采集装置以及线路中各个区段的采集装置，分别实时采集出线侧三相电压与三相电流；

4、步骤b，采集装置将采集得到的三相电压与三相电流合成为零序电压和零序电流，并判断合成零序电压与合成零序电流幅值是否满足预设的阈值，如果满足预设阈值，执行步骤c，否则执行步骤a；

5、步骤c，以故障起始时刻为基准，对各检测点故障前后三相电压与剩余电流进行数据截取，得到故障前三相电压与剩余电流，以及故障后三相电压与剩余电流；

6、步骤d，分别获取故障前三相电压与剩余电流的工频分量，以及故障后三相电压与剩余电流的工频分量；

7、步骤e，计算得到故障前的剩余电流归一化相量、故障后的剩余电流归一化相量，以及故障前后剩余电流归一化相量的变化量；

8、步骤f，得到故障后三相电压相量的相角与剩余电流归一化相量变化量的相角；

9、步骤g，计算三相电压相量与剩余电流归一化相量变化量的相角差；

10、步骤i，判断线路是否满足健全判据或故障判据，满足健全判据，则表示线路为健全线路，满足故障判据，则确定线路发生高阻接地故障。

11、优选的，在执行步骤e时，

12、将故障前剩余电流工频相量vi01，与故障前三相电压工频相量vuphasea1、vuphaseb1以及vuphasec1分别作相量差计算，得到故障前剩余电流归一化相量：vi01-uphasea1、vi01-uphaseb1以及vi01-uphasec1；

13、将故障后剩余电流工频相量vi02，与故障后三相电压工频相量vuphasea2、vuphaseb2以及vuphasec2分别作相量差计算，得到故障后剩余电流归一化相量：vi02-uphasea2、vi02-uphaseb2以及vi02-uphasec2。

14、优选的，在执行步骤g时，根据步骤f中得到的得到的三相电压工频分量的相位：分别与剩余电流相量变化量的相位相减，求得各自的相角差：以及

15、优选的，在步骤i中，健全判据为：健全判据为a相的相角差满足同时b相相角差满足同时c相的相角差满足

16、优选的，在步骤i中，故障判据为：a相的相角差b相相角差c相的相角差任意一个满足

17、优选的，在执行步骤i，确定线路发生高阻接地故障后，判断故障区段与故障相。

18、优选的，首先由变电站中的采集装置判断出健全线路或故障线路，在判断出故障线路之后，由故障线路中的采集装置依次执行步骤a～步骤i，满足故障判据的装置与相邻的满足健全判据的装置之间的区段即为故障区段；

19、故障线路中故障区段上游的采集装置中三相电压相量与剩余电流相量变化量的相角差满足故障判据的相线，即为故障相。

20、与现有技术相比，本发明所具有的有益效果是：

21、1、在本基于电压电流相量变化量的配电网高阻接地故障定位方法中，以三相电压工频相量为参考，构造了故障前后的剩余电流归一化相量。其中故障前的剩余电流归一化相量，是以三相电压工频相量为参考，构造出的系统正常运行时的剩余电流相量，故障后的剩余电流归一化相量，是以三相电压工频相量为参考，构造出的系统正常运行时的剩余电流与故障电流叠加后的电流相量。创新性的以三相电压为参照物，把电压相量与剩余电流相量放在同一场景下考虑，排除了当前的系统频率变化、装置晶振误差等因素的影响，构造出的剩余电流相量是相对于当前场景最为真实的。以剩余电流归一化相量得到的剩余电流相量变化量，即为真实的故障产生的剩余电流相量，消除了不平衡电流的影响，大幅提高了所用故障电气量的纯净度与准确性，为小电阻高阻接地故障检测奠定了基础。

22、2、在本基于电压电流相量变化量的配电网高阻接地故障定位方法中，利用三相电压工频相量与剩余电流工频相量变化量的相角差实现高阻接地故障检测，减少了零序电压对于保护动作可靠性的影响，提高了耐过渡电阻能力。

23、3、在本基于电压电流相量变化量的配电网高阻接地故障定位方法中，利用三相电压工频相量与剩余电流工频相量变化量的相角差实现高阻接地故障检测，可一并实现故障选线、定位与选相功能，减少了故障查找时间，降低了故障停电时间，提高了供电可靠性。

24、4、采用三相电压和三相电流信号，无需添加额外的一次设备，也无需其他一次设备进行配合，实际应用价值高。

25、5、利用离散傅里叶变换等信号处理手段提取电压电流的工频相量，比较其工频相量相角差，无需其他处理手段，计算量低，提高了配电自动化装置运算速度。

26、6、利用高阻接地故障时三相电压与三相电流工频分量，工频分量占比高且稳定，对配电自动化装置a/d采样频率的要求低，易于实现。

技术特征：

1.基于电压电流相量变化量的配电网高阻接地故障定位方法，其特征在于：包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的基于电压电流相量变化量的配电网高阻接地故障定位方法，其特征在于：在执行步骤e时，

3.根据权利要求1或2所述的基于电压电流相量变化量的配电网高阻接地故障定位方法，其特征在于：在执行步骤g时，根据步骤f中得到的得到的三相电压工频分量的相位：分别与剩余电流相量变化量的相位相减，求得各自的相角差：以及

4.根据权利要求3所述的基于电压电流相量变化量的配电网高阻接地故障定位方法，其特征在于：在步骤i中，健全判据为：健全判据为a相的相角差同时b相相角差满足同时c相的相角差满足

5.根据权利要求3所述的基于电压电流相量变化量的配电网高阻接地故障定位方法，其特征在于：在步骤i中，故障判据为：a相的相角差b相相角差c相的相角差任意一个满足

6.根据权利要求1所述的基于电压电流相量变化量的配电网高阻接地故障定位方法，其特征在于：在执行步骤i，确定线路发生高阻接地故障后，判断故障区段与故障相。

7.根据权利要求6所述的基于电压电流相量变化量的配电网高阻接地故障定位方法，其特征在于：首先由变电站中的采集装置判断出健全线路或故障线路，在判断出故障线路之后，由故障线路中的采集装置依次执行步骤a～步骤i，满足故障判据的装置与相邻的满足健全判据的装置之间的区段即为故障区段；

技术总结
基于电压电流相量变化量的配电网高阻接地故障定位方法，属于电力系统继电保护技术领域。其特征在于：包括如下步骤：采集配电网三相电压和三相电流；提取三相电压与剩余电流的工频相量；得到故障前后的剩余电流归一化相量；计算三相电压相量与剩余电流归一化相量变化量的相角差；判断线路为健全线路或故障线路。在基于电压电流相量变化量的配电网高阻接地故障定位方法中，以三相电压工频相量为参考，构造故障前后的剩余电流归一化相量，并以剩余电流归一化相量得到的剩余电流相量变化量，即为真实的故障产生的剩余电流相量，消除了不平衡电流的影响，大幅提高了所用故障电气量的纯净度与准确性，为小电阻高阻接地故障检测奠定了基础。

技术研发人员：徐丙垠,薛永端,王鹏玮,陈恒
受保护的技术使用者：山东科汇电力自动化股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13