CN107102236A - 一种基于故障后波形相关分析的单相接地故障选线方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于故障后波形相关分析的单相接地故障选线方法，涉及电力系统配电领域。通过安装在线路上的测量终端准确捕捉到三相和零序的电流及电压信号在故障后二个采样周期的数据。通过求取同一信号两个采样周期数据之间的相关系数来判断2个波形是否相似。通过相关系数计算模块对6对波形分别求取相关系数，并与整定值比较。若线路超过设定数量个结果不符合整定值，则判定该出线发生单相接地故障。本发明的有益效果为：不受中性点运行方式的影响,成本低,易于实施；采用多信号波形的相关系数进行判断，避免了使用单一波形可能出现的误判，以达到准确判断单相接地故障出线的目的。

Description

一种基于故障后波形相关分析的单相接地故障选线方法

技术领域

本发明涉及电力系统配电领域，尤其是一种低压配电网单相接地故障选线的方法。

背景技术

目前我国中低压配电网一般采用小电流接地方式，主要包括经不接地系统和消弧线圈接地的谐振接地系统，长时间运行易发生单相接地故障。单相接地故障是配电网发生频率最高的故障类型。随着电力系统的扩展，出线数目大大增多，系统容性电流大大增加，发生故障后会引起电力系统的过电压，导致电力设备的损坏，危及系统的安全运行。因此，当配电网发生单相接地故障后，快速准确的找到故障线路并消除故障是很有意义的。

传统的巡线方法找出具体故障点非常困难。巡线方法不仅耗费了大量人力物力，而且延长了停电时间，影响供电可靠性。但配电网中的单相接地故障发生后的电气特征量不明显，而且在不同的合闸角及配网运行方式下，其特征量又是复杂多样的。由于故障情况复杂，以及受线路结构参数、互感器非线性特性、电磁干扰等因素影响，故障暂态零序电流的频谱特性、能量分布和衰减特性有着很大的差异，所以配电网一直缺少可靠的单相接地故障选线方法，传统方法无法全面分析而造成选线困难。

发明内容

本发明要解决上述现有技术的缺点，提供一种能够实现快速故障定位，基于故障后波形相关分析的低压配电网单相接地故障选线的方法。

本发明解决其技术问题采用的技术方案：

因为发生单相接地故障的短时间内，故障线路的三相和零序电信号波形变化率要大于非故障线路的三相和零序电信号波形变化率，所以当系统发生单相接地故障时，故障出线的三相和零序电信号波形变化率会与非故障线路有所不同，据此可以进行故障选线。

这种基于故障后波形相关分析的单相接地故障选线方法，通过安装在线路上不同位置的测量终端准确捕捉到三相和零序的电流及电压共8路信号故障后的二个采样周期的数据。当检测到过零点时，开始记录电信号数据；当检测到第三个过零点时停止记录。

2个波形的相似性可以用相关系数描述。因此,可以通过求取同一电信号的两个采样周期之间的相关系数来判断2个波形是否相似，相关系数可以通过灰色关联度方法或其他数学算法求取。作为优选，相关系数ρ的计算公式如下:

式中：i₁和i₂分别为2个采样周期的电流，也可用2个采样周期的电压u₁、u₂等效替代；

n为采样序列，N为电流信号的数据长度。相关系数ρ反映了2个固定波形i₁(n)和i₂(n)的相似程度。2个信号一致时，ρ取得最大值1；2个信号完全无关时，ρ为0。当系统发生单相接地故障时，非故障出线的各个电信号的两个采样周期波形的相似程度高，相关系数趋近于1；故障出线的各个电信号的两个采样周期波形的相似程度低，波形差异较大，相关系数接近0。

作为优选，记录A相电流、C相电流及零序电流的两个采样周期的数据，以及A相电压、C相电压及零序电压的两个采样周期的数据，也可使用其它相电压或电流的组合。通过相关系数计算模块对6对波形分别求取相关系数ρ₁、ρ₂、ρ₃、ρ₄、ρ₅、ρ₆，并分别与相关系数设定值进行比较。若线路超过设定数量个结果不符合设定值，则判定该出线发生单相接地故障，该判据具体设定如下：

如果ρ₁<K₁,则a＝1,否则a＝0；

如果ρ₂<K₂,则b＝1,否则b＝0；

如果ρ₃<K₃,则c＝1,否则c＝0；

如果ρ₄<K₄,则d＝1,否则d＝0；

如果ρ₅<K₅,则e＝1,否则e＝0；

如果ρ₆<K₆,则f＝1,否则f＝0；

m＝a+b+c+d+e+f≥n；

式中，ρ₁、ρ₂、ρ₃、ρ₄、ρ₅、ρ₆：所选取的6对波形的相关系数；

K₁、K₂、K₃、K₄、K₅、K₆：所选取的6对波形的相关系数的设定值；

a，b，c，d，e，m，n：判断逻辑量。

作为优选，所述相关系数的设定值满足0.25<K₁、K₂、K₃、K₄、K₅、K₆<0.6。

作为优选，所述判断逻辑值n＝4或5。

作为优选，本方法采用以下电路结构，包括三相电流I_A,I_B,I_C的三个输入端及一个与其连接的零序滤过器输入端；三相电压U_A,U_B,U_C的三个输入端及一个与其连接接的零序滤过器输入端；电流和电压输出端分别与数模转换单元连接，进行信号采样；采样信号分别与相关系数计算单元连接，以计算每对波形的相关系数ρ₁、ρ₂、ρ₃、ρ₄、ρ₅、ρ₆；6个相关系数分别输出到六个比较器的负输入端，整定系数值K₁、K₂、K₃、K₄、K₅、K₆分别输出到相应比较器的正输入端；六个比较器输出连接到一个加法器；加法器的输出连接到比较器的正输入端，负输入端为整定值n，比较器输出选线结果及动作信号。

本发明的目的是为了克服传统故障判别方法无法全面分析不同接地方式下的配电网中发生单相接地故障时的故障线路和非故障线路，提出一种基于故障后波形相关分析的单相接地故障选线方法。通过对各条出线的三相和零序电信号行采样，计算波形的相关系数，当波形相关系数大于整定值时表明线路运行状态发生了突变，即发生了故障。对于不同系统采用多种信号波形进行分析，综合分析结果，提高算法准确性。

本发明的有益效果是：采用多种电信号波形进行判断，避免了一种信号可能出现的误判，达到了准确判断单相接地故障出线的目的。这种方法检测灵敏度高,不受中性点运行方式的影响；不需要投入与消弧线圈并联的中电阻或安装信号注入设备，成本低，易于实施。提供了一个经济可靠、行之有效的小电流接地故障定位解决方案。本发明提能够快速定位故障，具有较高的精度和可靠性，且适合在配电自动化现场终端单元FTU上实现，具有良好的社会和经济效益。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例描述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是本发明提供的电路框图。

具体实施方式

为使本发明的结构和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的结构作进一步地描述。

实施例一

下面结合附图对本发明作进一步说明：

如图1所示，一种电力系统低压配电网系统单相接地故障选线方法。FTU监视线路与分段开关运行状态并对分段开关进行控制。在线路出现短路故障时，FTU检测到过电流现象，通过安装在线路上不同位置的测量终端FTU准确捕捉到三相和零序的电流及电压共6路信号在故障后的第二周期和第四周期的数据。当检测到过零点时，开始记录电信号数据；当检测到第三个过零点时停止记录。记录A相电流、C相电流及零序电流的两个采样周期的数据，以及A相电压、C相电压及零序电压的两个采样周期的数据。由于配电系统主谐振频率一般在2kHz左右，所以采样频率选取在8kHz以上，以满足采样定理要求。

使用本方法的电路结构对每对波形的相似程度进行计算，得到相关系数后对线路是否发生单相接地故障进行判断。方法的电路结构包括三相电流I_A,I_B,I_C的三个输入端及一个与其连接的零序滤过器输入端；三相电压U_A,U_B,U_C的三个输入端及一个与其连接接的零序滤过器输入端；电流和电压输出端分别与数模转换单元连接，进行信号采样；采样信号分别与相关系数计算单元连接，以计算每对波形的相关系数ρ₁、ρ₂、ρ₃、ρ₄、ρ₅、ρ₆；6个相关系数分别输出到六个比较器的负输入端，整定系数值K₁＝0.5、K₂＝0.5、K₃＝0.5、K₄＝0.5、K₅＝0.5、K₆＝0.5分别输出到相应比较器的正输入端；六个比较器输出连接到一个加法器；加法器得出的m值输出到比较器的正输入端，负输入端为逻辑整定值n＝5，如果比较器共6个输出中有五个以上输出为1，则加法器输出值m大于5，比较器就将输出信号到相应的选线结果指示器及动作信号。

当系统发生故障后，各个线路的FTU进行以上计算，根据相关系数的计算结果进行判断。理想状态下只有一条线路上的相关系数计算结果小于整定值，从而实现故障线路的定位。FTU将故障信息上报至控制主站。控制主站分析故障线路FTU上报的故障信息，确定故障区段；在变电所保护动作跳开故障线路后，遥控分段开关隔离故障，恢复非故障区段的供电。该方法稳定性好，多信号波形计算可以敏感地探测到出线的突变，多个判据共同判断也避免了个别情况下算法结果失灵的可能。

上述实施例中的各个序号仅仅为了描述，不代表各部件的组装或使用过程中的先后顺序。

以上所述仅为本发明的实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种基于故障后波形相关分析的单相接地故障选线方法，其特征在于：

通过安装在线路上不同位置的测量终端准确捕捉到三相和零序的电流及电压共8路信号故障后的二个采样周期的数据；

当检测到过零点时，开始记录电信号数据；

当检测到第三个过零点时停止记录；

通过求取同一电信号的两个采样周期之间的相关系数来判断2个波形是否相似；

通过相关系数计算模块对6对波形分别求取相关系数ρ₁、ρ₂、ρ₃、ρ₄、ρ₅、ρ₆，并分别与相关系数设定值进行比较；

若线路超过设定数量个结果不符合设定值，则判定该出线发生单相接地故障，

其中判据具体设定如下：

如果ρ₁<K₁,则a＝1,否则a＝0；

如果ρ₂<K₂,则b＝1,否则b＝0；

如果ρ₃<K₃,则c＝1,否则c＝0；

如果ρ₄<K₄,则d＝1,否则d＝0；

如果ρ₅<K₅,则e＝1,否则e＝0；

如果ρ₆<K₆,则f＝1,否则f＝0；

m＝a+b+c+d+e+f≥n；

式中，ρ₁、ρ₂、ρ₃、ρ₄、ρ₅、ρ₆：所选取的6对波形的相关系数；

K₁、K₂、K₃、K₄、K₅、K₆：所选取的6对波形的相关系数的设定值；

a，b，c，d，e，m，n：判断逻辑量。

2.根据权利要求1所述的基于故障后波形相关分析的单相接地故障选线方法，其特征在于：所述相关系数的设定值满足0.25<K₁、K₂、K₃、K₄、K₅、K₆<0.6，所述判断逻辑值n＝4或5。

3.根据权利要求1所述的基于故障后波形相关分析的单相接地故障选线方法，其特征在于：

采用以下电路结构，包括三相电流I_A,I_B,I_C的三个输入端及一个与其连接的零序滤过器输入端；

三相电压U_A,U_B,U_C的三个输入端及一个与其连接接的零序滤过器输入端；

电流和电压输出端分别与数模转换单元连接，进行信号采样；

采样信号分别与相关系数计算单元连接，以计算每对波形的相关系数ρ₁、ρ₂、ρ₃、ρ₄、ρ₅、ρ₆；

6个相关系数分别输出到六个比较器的负输入端，整定系数值K₁、K₂、K₃、K₄、K₅、K₆分别输出到相应比较器的正输入端；

六个比较器输出连接到一个加法器；

加法器的输出连接到比较器的正输入端，负输入端为整定值n，比较器输出选线结果及动作信号。