本发明专利技术公开了一种基于暂态量信号的配电网单相接地故障选线方法。主要包括确定故障初始时刻；特征频带的自适应选取；计算并比较特征频带内暂态零序电流分量幅值；本发明专利技术是利用单相接地故障发生瞬间，故障电流中含有丰富的暂态高频分量的特征明确地区分出故障线路和健全线路；该方法能够自适应的确定特征频带，并利用特征频带内暂态零序电流的特征量进行故障选线，经过大量的仿真及现场数据试验，选线成功率达９９％以上，远高于目前现有技术中的选线方法。本发明专利技术的选线方法可应用于中性点不接地和非直接接地的变电站的故障选线中。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于电力系统配电网故障检测领域，涉及一种配电网单相接 地故障选线方法，尤其是一种基于暂态量信号的配电网单相接地故障选 线方法。
技术介绍
我国66kV及以下电压等级电网大都采用中性点非直接接地方式， 该方式下电网发生单相接地故障时，故障电流小，尽管规程允许继续运 行1 2小时，但是故障后非接地相的电压变成线电压，对系统绝缘带来 隐患和威胁，需要尽快切除故障线路，以避免发生两点接地进而造成短 路事故。目前国内的小电流接地选线装置主要采用基于稳态工频信号的 选线理论和信号注入式的方法。前者是通过零序电压启动选线程序，通 过比较各线路零序电流来选出故障线路；后者是通过接地相PT原边被 短接，禾拥PT二次侧，人为向系统注入一个特定频率的信号电流，跟 踪该信号电流的通路来实现接地故障选线，但由于注入信号强度受PT 容量影响，且在接地电阻较大或接地点存在间隙性电弧现象时，检测效 果不佳，另外由于需要在线路上加装信号发生和接受装置，加大了选线 成本，不利于推广。虽然基于稳态工频信号的选线原理和方法有很多种，但从权威部门 统计结果来看，在实际运行中选线装置总体选线准确率不到70%，有些 甚至只有20~30%，误选、拒选的概率很大，其选线准确率不高的主要原因是基于稳态工频信号的选线理论存在以下无法解决的瓶颈(1) 如何消除消弧线圈的补偿作用对选线精度的影响；(2) 如何消除过渡电阻的影响；(3) 如何准确识别电弧间歇性对地放电故障；(4) 互感器精度问题以及其它一些干扰因素。 以上因素都会影响接地故障信号中的稳态成分，导致故障线路与非故障线路之间电气量特征的差别变小，影响选线效果，因此如何消除这 些不利因素的影响是小电流选线技术中亟待解决的难题。近年来，基于暂态信号的小电流接地选线方法，因为具有良好的故 障识别能力，逐步得到应用和推广。暂态信号选线具有如下优势1) 单相接地故障发生瞬间，故障电流中含有丰富的暂态高频分量， 是稳态下的十几倍到几十倍，利用这一有利特征可以明确地区分出故障 线路和健全线路；2) 暂态分量同样满足故障线路幅值最大，故障线路暂态分量的相 位与其它健全线路反向；3) 消弧线圈对于暂态高频分量的补偿作用很小，其影响可以忽略， 不会对正确选线带来实质性的影响。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术中选线准确率不高的缺点，提供一 种基于暂态量信号的配电网单相接地故障选线方法，该方法是在输电线 路发生单相接地故障时，基于故障线路的零序电流信号中所含丰富的高频暂态分量，通过对所有被保护线路故障后零序电流中高频暂态信号的 提取，自适应地确定出特征频带，在此频带下比较各条线路的暂态零序 电流特征，进一步计算准确地给出故障选线信息。 本专利技术的目的是通过以下技术方案来解决的这种基于暂态量信号的配电网单相接地故障选线方法，具体包括如 下步骤1) 确定故障初始时刻；采用零序电压幅值和零序电压突变量启动确定故障初始时刻 后，进行特征频带的自适应选取；2) 特征频带的自适应选取；所述特征频带是指健全线路暂态零序电流相位一致的首段容性 频带内的一部分频带，所述的健全线路是指没有发生故障的线路；特 征频带是这样选取的设/。为特征频带的下限截止频率，对中性点不 接地系统，/。=0Hz，对经消弧线圈接地系统，/Q=150Hz;设,为上限截止频率，即所有健全线路自身串联谐振频率的最小值；y;的确定方法如下设各线路的零序电流为^，设各线路零序电流"的频谱为/。p其 中k为线路编号，取值范围为l~m， m为出线数，求取频谱/。p在每个频点下求A/。^4-|;/。h/2， /lk为各线路首次出现A/。t < 0所对应的频率，取/ik中的最大值得/^max[4);以上所得[/。，/J即为特 征频带；3) 计算并比较特征频带内暂态零序电流分量幅值；设/。w为线路k在特征频带内的所有频点下幅值的加和，从 故障初始时刻开始，分别对每条线路一个工频周波内的零序电流做快速 傅里叶变换后，将各频率点下的幅值相加，得到其幅值之和A)W=f Au(/);比较所有/,数值大小，选出其中最大的/自_，它所对应的线路即为故障线路。本专利技术能够自适应的确定特征频带，并利用特征频带内暂态零序电 流的特征量进行故障选线，经过大量的仿真及现场数据试验，选线成功 率达99%以上，远高于目前现有技术中的选线方法。本专利技术可方便地应 用于中性点不接地、非直接接地的变电站，并且自动适应接地方式的变 化，无需整定。 附图说明图1是一具有4条出线的简单中性点不接地系统发生单相接地故障 时，各线路零序阻抗的相频特性； 图2是一个仿真配电网模型；其中，Ri、 Lw分别模拟消弧线圈的电阻和电感；六条出线参数均 为正序阻抗Z尸0.17+j0.38Q/km，正序导纳Y产j3.045 P S/km，零序阻抗 Z0=0.23+jl.72 Q/km，零序导纳Yq=j 1.884 u S/km;三角型连接负荷 Z尸權+j20Q;图3是系统线路Ll首端A相接地故障(初始角^=90°、过渡电阻 Rp50Q、系统中性点运行在经消弧线圈接地方式)时，各线路电流频谱 4与I^。h/2的差A^。具体实施方式如下(1) FPGA(Field—Programmable Gate Array:现场可编程门阵列)作为 整个采集系统中采样控制及数据暂存的核心单元，对ADC(Analog to Digital Converter:模拟/数字转换器)实施控制，并暂时保存ADC通过二阶 硬件带通滤波(50 2MHz)后所采进的零序电流、电压数字信号，从而实 现对所监控的配电网系统的快速高精度实时数据采集。最后由 MPU(Micro Processor Unit:微处理器单元)读取FPGA的暂存数据并保存 当前时刻前四个周波的数据。同时对于零序电压信号，每采进来一个数 据点，就要将其与此前已采进的511个点，通过全周傅氏算法计算出零 序电压信号基频有效值。(2) 当配电网系统发生单相接地故障时，采用零序电压突变量启动 和零序电压幅值综合启动判据，确定故障初始时刻后，进入步骤(3)。综 合启动判据具体为当零序电压基频有效值大于30V时，保存所检测到 的初始启动点所在的那一周波及其之前三个周波的零序电压数据，再用 突变量判据A"("):^^+^^，来重新确定故障点位置，为的是更加快速、准确地找到故障起始时刻点。其中n为采样点编号；W为一工频 周波采样点数，W = 512(即装置的采样率/s = 25.6kHz);2iV)] ; 为浮动门槛，C//rf=t/("-2t/("-2A0 + C/("-37V); ^为可靠系数，^=1.25; ^为可 靠系数，^=0.06; ^^表示电压幅值，t/e,100V。满足Aw(")〉A[/^+^^ 的点n，为故障发生点。(3) 确定故障初始点后，设各线路的零序电流为"，提取故障后所有出线(m条)的故障后一周波内的零序电流/。 ，11=1，2......iV。(4) 分别求出各条出线的零序电流/。k(w)的有效值/。严JJ^^，并V =i将所有/。4取平均/。_ 。若线路/中有4〈/,。"确定其为健全线路，排除 一定健全的线路后剩余线路数w'条。(5) 对于剩余的本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于暂态量信号的配电网单相接地故障选线方法，其特征在于，如下步骤： １）确定故障初始时刻： 采用零序电压幅值和零序电压突变量启动确定故障初始时刻后，进行特征频带的自适应选取； ２）特征频带的自适应选取： 所述特征 频带是指健全线路暂态零序电流相位一致的首段容性频带内的一部分频带，所述的健全线路是指没有发生故障的线路；特征频带是这样选取的：设ｆ↓［０］为特征频带的下限截止频率，对中性点不接地系统，ｆ↓［０］＝０Ｈｚ，对经消弧线圈接地系统，ｆ↓［０］＝１５０Ｈｚ；设ｆ↓［１］为上限截止频率，即所有健全线路自身串联谐振频率的最小值；ｆ↓［１］的确定方法如下： 设各线路的零序电流为ｉ↓［０ｋ］，设各线路零序电流ｉ↓［０ｋ］的频谱为Ｉ↓［０ｋ］，其中ｋ为线路编号，取值范围为１～ｍ，ｍ为出线 数，求取频谱Ｉ↓［０ｋ］，在每个频点下求ΔＩ↓［０ｋ］＝Ｉ↓［０ｋ］－＊Ｉ↓［０ｈ］／２，ｆ↓［１ｋ］为各线路首次出现ΔＩ↓［０ｋ］＜０所对应的频率，取ｆ↓［１ｋ］中的最大值得ｆ↓［１］＝ｍａｘ｛ｆ↓［１ｋ］｝；以上所得［ｆ↓［０］，ｆ↓［１］］即为特征频带； ３）计算并比较特征频带内暂态零序电流分量幅值： 设Ｉ↓［０ｋＡ］为线路ｋ在特征频带［ｆ↓［０］，ｆ↓［１］］内的所有频点下幅值的加和，从故障初始时刻开始，分别对每条线路一个工频周波内的零序电流做快速傅里叶变 换后，将各频率点下的幅值相加，得到其幅值之和Ｉ↓［０ｋＡ］＝＊Ｉ↓［０ｋ］（ｆ）；比较所有Ｉ↓［０ｋＡ］数值大小，选出其中最大的Ｉ↓［０ｋＡ．ｍａｘ］，它所对应的线路即为故障线路。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：徐靖东，阎海山，张保会，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：87[中国|西安]
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