CN110907761B - 一种单相接地故障的连续选线方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明为一种单相接地故障的连续选线方法及系统，其中，连续选线方法步骤包括：S1：当电网的中性点电压值大于设定的报警启动电压值时，进行单相接地初始故障判断及选线，如果是单相接地故障，则进行接地选线；S2：如果完成步骤S1后，故障持续发生，则进行故障持续过程中续发故障相判断及选线。该方法弥补了电网发生单相接地后再接地导致首选线路跳闸后，故障持续，而无法持续判断的问题，提高了排除故障的效率。
Description
技术领域
本发明涉及电网技术领域，具体涉及一种单相接地故障的连续选线方法及系统。
背景技术
中压电网单相接地允许带故障允许一段时间，在国网对供电可靠性认识逐步提高的情况下需要尽快切除故障和发现故障点，避免故障扩大化。当电网一条线路出现接地后，另外两相电压升高至线电压，可能造成系统中原本正常的相绝缘发生劣化，再次发生单相接地，造成单相接地故障转换为相间短路，引起其中一条线路跳闸；跳闸后单相接地故障还会持续，可能还会导致其它薄弱相发生单相接地，进而再次发生跳闸等情况，故障环境周而复始。
现有的小电流选线装置基本都是基于暂态选线，以零序电压为启动条件。现场采集零序电流、各相电压、零序电压，零序电压升高为相电压的30％时认为发生了故障，进而判断故障类型，若是接地则选出故障线路；但是，在单相接地持续中再发生接地，中性点电压不会发生本质变化，传统装置无法实现启动阈值以上再启动判断，从而只能依靠拉线查找故障线路，无法进行连续选线，排出故障的效率较低。
发明内容
本发明提供一种单相接地故障的连续选线方法，解决电网发生故障后无法连续选线的问题。
本发明通过下述技术方案实现：
一种单相接地故障的连续选线方法，包括步骤：
S1：当电网的中性点电压值大于设定的报警启动电压值时，进行单相接地初始故障判断及选线，如果是单相接地故障，则进行接地选线；
S2：如果完成步骤S1后，故障持续发生，则进行故障持续过程中续发故障相判断及选线；
本技术方案中，由于在步骤S2中，当故障持续发生时，可以进行故障持续过程中续发故障相判断及选线操作，解决了无法进行连续选线排除故障的问题，提高了排除故障的效率。
作为本发明的进一步改进，步骤S1中的单相接地初始故障判断包括步骤：
S201：对零序电压进行FFT运算分析，得到零序电压的各次谐波幅值及相位，当各次谐波中任一幅值超过报警启动电压值，则判定电网故障为铁磁谐振故障；
S202：对各支路零序电流通过均方根法计算有效值，当各支路零序电流之和小于设定的最小接地电流，则判定电网故障为PT故障，当各支路零序电流之和大于设定的最小接地电流，则判定电网故障为单相接地故障；
步骤S201和步骤S202没有先后顺序；本技术方案中，以电网正常运行时的中性点电压大于设定的报警启动电压值为启动条件，通过计算零序电压的幅值、频谱和计算各支路零序电流的幅值，从而判断出故障类型为铁磁谐振故障或PT故障或单相接地故障；确认是单相接地故障后，进行接地选线，完成电网故障的初始判断，为下一步的选线做准备。
进一步，步骤S1中的接地选线包括步骤：
S301：对零序电压和各零序电流进行数字滤波，得到暂态信号，并进入步骤S302，本步骤中的数字滤波为暂态滤波；
S302：根据暂态信号进行暂态选线，如果得到暂态选线结果，则判定该结果为接地选线结果，完成接地选线；如果暂态选线无结果，则进入步骤S303；
S303：对零序电压和各零序电流进行数字滤波，得到稳态信号，并进入步骤S304，本步骤中的数字滤波为稳态滤波；
S304：根据稳态信号进行稳态选线，得到稳态选线结果，完成接地选线。
本技术方案中，通过对实时采集的零序电压和各支路零序电流先进行暂态滤波，得到暂态信号，并通过暂态信号进行选线；只有当暂态信号过小时，才对零序电压和各支路零序电流进行稳态滤波，得到稳态信号，并通过稳态信号进行选线；无论暂态信号选线或稳态信号选线，都采用基于电气原理的选线方法；所述基于电气原理的选线方法为找到接地后零序电流幅值最大的支路、如果此支路的相位落后零序电压相位90°，则认为此支路接地，否则认为母线接地。
进一步，步骤S2中的故障持续发生是指当电网电压持续超过30V，则判定故障持续，连续接地选线也持续；当零序电压恢复到30V以下，则判定故障非持续。
进一步，步骤S2中的续发故障相判断包括步骤：
S401：对三相电压进行数字滤波，其中数字滤波包括暂态滤波和稳态滤波，分别得到暂态电压信号和稳态电压信号；
S402：根据暂态电压信号或稳态电压信号，分别计算各相电压的暂态电压突变和各相电压的稳态电压突变，并对各相电压的暂态电压突变和各相电压的稳态电压突变进行综合运算，并根据综合运算结果判断续发故障相。
本技术方案中，根据暂态电压信号和稳态电压信号，分别计算各相电压的暂态电压突变和各相电压的稳态电压突变，并对各相电压的暂态电压突变和各相电压的稳态电压突变进行加权综合运算，得到各相的综合突变值，其中，综合突变值最大的相为续发故障相。
进一步，步骤S2中的选线包括步骤：
S501：对各支路零序电流采用均方根值法来实现稳态电流突变检测和对各支路零序电流采用暂态信号滤波来实现暂态电流突变检测；
S502：当相邻两个周波的暂态突变或者相邻三个周波的稳态电流突变超过设定电流突变值，则判定该支路为续发故障支路。
本技术方案中，通过对各支路零序电流进行实时计算，及暂态信号滤波，从而得到各支路的实时电流幅值，以及暂态电流信号。当相邻三个工频周期某支路的电流幅值突变都超过电流突变限值，或者暂态滤波后，相邻两个工频周期的暂态突变超过设定的电流突变限值，则判定该支路为续发故障支路，完成续发故障选线。
本申请进一步提供一种单相接地故障的连续选线系统，包括报警模块、初级判断模块、持续故障判断模块和次级判断模块；
所述报警模块，用于比较电网的中性点电压值和设定的报警启动电压值的大小，当电网的中性点电压值大于设定的报警启动电压值时发出报警信号；
所述初级判断模块，用于当报警模块判断出电网的中性点电压值大于设定的报警启动电压值时，进行单相接地初始故障判断及选线，如果是单相接地故障，进行接地选线；
所述持续故障判断模块，用于单相接地初始故障判断及选线后，判断故障是否持续；
所述次级判断模块，用于当故障持续发生时，进行故障持续过程中续发故障相判断及选线。
进一步，所述初级判断模块包括初级故障判断模块和初级选线模块；
所述初级故障判断模块，用于对零序电压进行FFT运算分析，得到零序电压的各次谐波幅值及相位，如果各次谐波中任一幅值超过报警启动电压值，则判定电网故障为铁磁谐振故障或当各支路零序电流通过均方根法计算有效值后，如果各支路零序电流之和小于设定的最小接地电流，则判定电网故障为PT故障，如果各支路零序电流之和大于设定的最小接地电流，则判定电网故障为单相接地故障；
所述初级选线模块，用于当初级故障判断模块判定电网故障为单相接地故障时，先对零序电压和各零序电流进行暂态滤波，得到暂态信号，并根据暂态信号进行暂态选线，如果得到暂态选线结果，则判定该结果为接地选线结果，完成接地选线；如果暂态信号较小，暂态选线无结果，则对零序电压和各零序电流进行稳态滤波，得到稳态信号，并根据稳态信号进行稳态选线，得到稳态选线结果，完成接地选线。
进一步，所述次级判断模块包括次级故障判断模块和次级选线模块；
所述次级故障判断模块，用于对三相电压进行数字滤波，其中数字滤波包括暂态滤波和稳态滤波，分别得到暂态电压信号和稳态电压信号，并根据暂态电压信号和稳态电压信号，分别计算各相电压的暂态电压突变和各相电压的稳态电压突变，并对各相电压的暂态电压突变和各相电压的稳态电压突变进行综合运算，最后根据综合运算结果判断续发故障相；
所述次级选线模块，用于对各支路零序电流采用均方根值法来实现稳态电流突变检测，同时，通过对各支路零序电流采用暂态信号滤波来实现暂态电流突变的检测，判断续发故障支路，当相邻两个周波的暂态突变或者相邻三个周波的稳态电流突变超过设定电流突变值，则判定该支路为续发故障支路。
综上，本发明的有益效果为电网故障发生后并进行初级故障判断及选线后，利用故障中实时录波计算的方式，监测相电压、非接地支路零序电流增量的变化，计算其方向、能量来判断是否发生再次接地故障并判断出线路及相别；并在故障一条线路跳闸后，故障恢复中及恢复后利用增量及稳态故障来判断最后的接地故障线路及相别，依次并多次连续接地判断，直至故障结束；该发明弥补了电网发生单相接地后再接地所导致的首选线路跳闸后故障持续，并可能再次发生故障而跳闸，故障再持续而不能多次选线和还原故障过程的问题。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：
图1为本发明的算法流程图；
图2为本发明的初始故障判断原理图；
图3为本发明的初始故障选线原理图；
图4为本发明的续发故障判断原理图；
图5为本发明的续发故障选线原理图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
实施例1：
如图1所示，一种单相接地故障的连续选线方法，其特征在于，包括步骤：
S1：当电网的中性点电压值大于设定的报警启动电压值时，进行单相接地初始故障判断及选线，如果是单相接地故障，则进行接地选线；
S2：如果完成步骤S1后，故障持续发生，则进行故障持续过程中续发故障相判断及选线；
由于在步骤S2中，当故障持续发生时，可以进行故障持续过程中续发故障相判断及选线操作，解决了无法进行连续选线并排除故障的问题，提高了排除故障的效率。
如图2所示，步骤S1中的单相接地初始故障判断通过采集三项电压、零序电压、各支路零序电流进行判断，具体包括步骤S201-S202：
S201：对零序电压进行FFT运算分析，得到零序电压的各次谐波幅值及相位，对频谱和相角进行分析，并进行故障识别，当各次谐波中任一幅值超过报警启动电压值，则判定电网故障为铁磁谐振故障；
S202：对各支路零序电流通过均方根法计算有效值和进行相角分析，并进行故障识别，当各支路零序电流之和小于设定的最小接地电流，则判定电网故障为PT故障，当各支路零序电流之和大于设定的最小接地电流，则判定电网故障为单相接地故障；
所述步骤S201中，采用FFT算法，得到各次谐波幅值及相位，其中1/2工频为25Hz、1/3工频为17Hz、2倍频为100Hz、3倍频为150Hz和5倍频为250Hz，均用于铁磁谐振的判断；当零序电压中的任一谐波中的任一项幅值超过故障启动电压，则认为是铁磁谐振故障；所述步骤S202中，采用均方根法计算三相电压、零序电压和各支路的零序电流的有效值；当检测到零序电压的有效值超过故障启动电压，则认为系统发生了故障，若此时支路的零序电流之和小于设定的最小接地电流和0.5A，则判定故障为PT故障；若零序电流之和大于最小接地电流，则判定为单相接地故障。
如图3所示，步骤S1中的接地选线通过采集零序电压和各支路零序电流进行判断，具体包括步骤S301-S302：
S301：对零序电压和各零序电流进行数字滤波，得到暂态信号，并进入步骤S302，本步骤中的数字滤波为暂态滤波；
S302：根据暂态信号进行暂态选线，如果得到暂态选线结果，则判定该结果为接地选线结果，完成接地选线；如果暂态选线无结果，则进入步骤S303；
S303：对零序电压和各零序电流进行数字滤波，得到稳态信号，并进入步骤S304，本步骤中的数字滤波为稳态滤波；
S304：根据稳态信号进行稳态选线，得到稳态选线结果，完成接地选线。
所述步骤S301-S302中，数字滤波采用两个频段的IIR方式，分别是用于暂态信号处理的滤波器，其带通范围是3～11倍工频，即150Hz～550Hz和用于稳态信号处理的滤波器，其带通范围是1～2倍工频，即50～100Hz；本步骤对实时采集的零序电压和各支路零序电流先进行暂态滤波，得到暂态信号，并通过暂态信号进行选线；只有当暂态信号过小时，才对零序电压和各支路零序电流进行稳态滤波，得到稳态信号，并通过稳态信号进行选线；无论暂态信号选线或稳态信号选线，都采用基于电气原理的选线方法；所述基于电气原理的选线方法为找到接地后零序电流幅值最大的支路、如果此支路的相位落后零序电压相位90°，则认为此支路接地，否则认为母线接地。
所述步骤S2中的故障持续发生是指当电网电压持续超过30V，则判定故障持续，连续接地选线也持续；当零序电压恢复到30V以下，则判定故障非持续。
如图4所示，步骤S2中的续发故障相判断通过采集三相电压进行判断，具体包括步骤S401-S402：
S401：通过对三相电压进行数字滤波，其中数字滤波包括暂态滤波和稳态滤波，并分别得到暂态电压信号和稳态电压信号；
S402：根据暂态电压信号和稳态电压信号，分别计算三相电压的暂态电压突变和三相电压的稳态电压突变，并对三相电压的暂态电压突变和三相电压的稳态电压突变进行综合运算，并根据综合运算结果判断续发故障相；
所述步骤S2中的续发故障相判断，采用对三相电压信号进行数字滤波，对得到的稳态信号和暂态信号计算三相电压的稳态幅值和三相电压的暂态电压幅值，并根据暂三相电压的稳态幅值和三相电压的暂态电压幅值，分别计算三相电压的暂态电压突变和三相电压的稳态电压突变，并对三相电压的暂态电压突变和三相电压的稳态电压突变进行加权综合运算，得到各相的综合突变值，其中，综合突变值最大的相为续发故障相；作为本实施例中的最优选择，三相电压的暂态电压突变和三相电压的稳态电压突变的权值各占50％的比重。
如图5所示，步骤S2中的选线通过采集各支路零序电流进行判断，具体包括步骤S501-S502：
S501：对各支路零序电流采用均方根值法来实现稳态电流突变检测和对各支路零序电流采用暂态信号滤波来实现暂态电流突变检测；
S502：当相邻两个周波的暂态突变或者相邻三个周波的稳态电流突变超过设定电流突变值，则判定该支路为续发故障支路；
所述步骤S2中的选线，采用持续监测各支路的零序电流的变化，用以实现连续接地选线；为检测支路零序电流的变化，本步骤采用了均方根值方法实现稳态电流突变检测，同时采用3～11倍工频，即150Hz～550Hz，的带通IIR频率来实现暂态电流突变的检测；当检测到相邻两个周波的暂态突变或者相邻三个周波的稳态电流突变超过设定的电流突变值1.0A以上时，即认为此突变超限的支路接地。
实施例2：
本实施例中提供一种单相接地故障的连续选线系统，包括：报警模块、初级判断模块、持续故障判断模块和次级判断模块；
所述报警模块，用于比较电网的中性点电压值和设定的报警启动电压值的大小，当电网的中性点电压值大于设定的报警启动电压值时发出报警信号；
所述初级判断模块，用于当电网的中性点电压值大于设定的报警启动电压值时，报警模块发出报警信号，进行单相接地初始故障判断及选线，如果是单相接地故障，进行接地选线；
所述持续故障判断模块，用于单相接地初始故障判断及选线后，判断故障是否持续；
所述次级判断模块，用于当故障持续发生时，进行故障持续过程中续发故障相判断及选线。
所述初级判断模块包括初级故障判断模块和初级选线模块；所述初级故障判断模块，用于当零序电压通过FFT运算分析后，得到零序电压的各次谐波幅值及相位，如果各次谐波中任一幅值超过报警启动电压值，则判定电网故障为铁磁谐振故障或当各支路零序电流通过均方根法计算有效值后，如果各支路零序电流之和小于设定的最小接地电流，则判定电网故障为PT故障；如果各支路零序电流之和大于设定的最小接地电流，则判定电网故障为单相接地故障；所述初级选线模块，用于当初级故障判断模块判定电网故障为单相接地故障时，先对零序电压和各零序电流进行暂态滤波，得到暂态信号，并根据暂态信号进行暂态选线，如果得到暂态选线结果，则判定该结果为接地选线结果，完成接地选线；如果暂态信号较小，暂态选线无结果，则对零序电压和各零序电流进行稳态滤波，得到稳态信号，并根据稳态信号进行稳态选线，得到稳态选线结果，完成接地选线。
所述次级判断模块包括次级故障判断模块和次级选线模块；所述次级故障判断模块，用于对三相电压进行数字滤波，其中数字滤波包括暂态滤波和稳态滤波，分别得到暂态电压信号和稳态电压信号，并根据暂态电压信号和稳态电压信号，分别计算各相电压的暂态电压突变和各相电压的稳态电压突变，并对各相电压的暂态电压突变和各相电压的稳态电压突变进行综合运算，最后根据综合运算结果判断续发故障相；所述次级选线模块，用于对各支路零序电流采用均方根值法来实现稳态电流突变检测和用于对各支路零序电流采用暂态信号滤波来实现暂态电流突变检测，当相邻两个周波的暂态突变或者相邻三个周波的稳态电流突变超过设定电流突变值，则判定该支路为续发故障支路。
所述一种单相接地故障的连续选线系统还包括智能报警模块，当电网发生初次单相接地、并选出接地支路后，立即向上级监控系统上报接地支路，并进行接地告警；对续发故障，当续发故障所在支路与前次故障支路相同时，不向上级监控系统告警，避免重复告警；若续发故障所在支路与前次故障支路不同时，立即向上级监控系统上报新的故障支路。
在现有技术中，接地选线装置基本只具备初次选线的功能，且准确度都不太高，零序故障录波也局限于几个周波或数十个周波，而非全故障周期的录波，对于非录波区段的故障缺乏实时在线监测及计算能力；本发明利用故障中实时录波计算的方式，监测相电压、非接地支路零序电流增量的变化，计算其方向、能量来判断是否发生再次接地故障并判断出线路及相别；并在故障一条线路跳闸后，故障恢复中及恢复后利用增量及稳态故障来判断最后的接地故障线路及相别，依次并多次连续接地判断，直至故障结束；该发明弥补了电网发生单相接地后再接地所导致的首选线路跳闸后故障持续，并可能再次发生故障而跳闸，故障再持续而不能多次选线和还原故障过程的问题。
以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。
Claims (4)
1.一种单相接地故障的连续选线方法，其特征在于，包括步骤：
S1：当电网的中性点电压值大于设定的报警启动电压值时，进行单相接地初始故障判断及选线，如果是单相接地故障，则进行接地选线；
S2：如果完成步骤S1后，故障持续发生，则进行故障持续过程中续发故障相判断及选线；
步骤S2中的故障持续发生是指当电网电压持续超过30V，则判定故障持续，连续接地选线也持续；当零序电压恢复到30V以下，则判定故障非持续；
步骤S2中的续发故障相判断包括步骤：
S401：对三相电压进行数字滤波，其中数字滤波包括暂态滤波和稳态滤波，分别得到暂态电压信号和稳态电压信号；
S402：根据暂态电压信号和稳态电压信号，分别计算各相电压的暂态电压突变和各相电压的稳态电压突变，并对各相电压的暂态电压突变和各相电压的稳态电压突变进行综合运算，并根据综合运算结果判断续发故障相；
步骤S2中的选线包括步骤：
S501：对各支路零序电流采用均方根值法来实现稳态电流突变检测和对各支路零序电流采用暂态信号滤波来实现暂态电流突变检测；
S502：当相邻两个周波的暂态突变或者相邻三个周波的稳态电流突变超过设定电流突变值，则判定该支路为续发故障支路。
2.根据权利要求1所述的一种单相接地故障的连续选线方法，其特征在于，步骤S1中的单相接地初始故障判断包括步骤：
S201：对零序电压进行快速傅里叶变换运算分析，得到零序电压的各次谐波幅值及相位，当各次谐波中任一幅值超过报警启动电压值，则判定电网故障为铁磁谐振故障；
S202：对各支路零序电流通过均方根法计算有效值，当各支路零序电流之和小于设定的最小接地电流，则判定电网故障为电压互感器故障，当各支路零序电流之和大于设定的最小接地电流，则判定电网故障为单相接地故障；
步骤S201和步骤S202没有先后顺序。
3.根据权利要求1所述的一种单相接地故障的连续选线方法，其特征在于，步骤S1中的接地选线包括步骤：
S301：对零序电压和各零序电流进行数字滤波，得到暂态信号，并进入步骤S302，本步骤中的数字滤波为暂态滤波；
S302：根据暂态信号进行暂态选线，如果得到暂态选线结果，则判定该结果为接地选线结果，完成接地选线；如果暂态选线无结果，则进入步骤S303；
S303：对零序电压和各零序电流进行数字滤波，得到稳态信号，并进入步骤S304，本步骤中的数字滤波为稳态滤波；
S304：根据稳态信号进行稳态选线，得到稳态选线结果，完成接地选线。
4.一种单相接地故障的连续选线系统，其特征在于，包括：报警模块、初级判断模块、持续故障判断模块和次级判断模块；
所述报警模块，用于比较电网的中性点电压值和设定的报警启动电压值的大小，当电网的中性点电压值大于设定的报警启动电压值时发出报警信号；
所述初级判断模块，用于当报警模块判断出电网的中性点电压值大于设定的报警启动电压值时，进行单相接地初始故障判断及选线，如果是单相接地故障，进行接地选线；
所述持续故障判断模块，用于单相接地初始故障判断及选线后，判断故障是否持续；
所述次级判断模块，用于当故障持续发生时，进行故障持续过程中续发故障相判断及选线；
所述初级判断模块包括初级故障判断模块和初级选线模块；
所述初级故障判断模块，用于对零序电压进行快速傅里叶变换运算分析，得到零序电压的各次谐波幅值及相位，如果各次谐波中任一幅值超过报警启动电压值，则判定电网故障为铁磁谐振故障或当各支路零序电流通过均方根法计算有效值后，如果各支路零序电流之和小于设定的最小接地电流，则判定电网故障为电压互感器故障，如果各支路零序电流之和大于设定的最小接地电流，则判定电网故障为单相接地故障；
所述初级选线模块，用于当初级故障判断模块判定电网故障为单相接地故障时，先对零序电压和各零序电流进行暂态滤波，得到暂态信号，并根据暂态信号进行暂态选线，如果得到暂态选线结果，则判定该结果为接地选线结果，完成接地选线；如果暂态选线无结果，则对零序电压和各零序电流进行稳态滤波，得到稳态信号，并根据稳态信号进行稳态选线，得到稳态选线结果，完成接地选线；
所述次级判断模块包括次级故障判断模块和次级选线模块；
所述次级故障判断模块，用于对三相电压进行数字滤波，其中数字滤波包括暂态滤波和稳态滤波，分别得到暂态电压信号和稳态电压信号，并根据暂态电压信号和稳态电压信号，分别计算各相电压的暂态电压突变和各相电压的稳态电压突变，并对各相电压的暂态电压突变和各相电压的稳态电压突变进行综合运算，最后根据综合运算结果判断续发故障相；
所述次级选线模块，用于对各支路零序电流采用均方根值法来实现稳态电流突变检测并对各支路零序电流采用暂态信号滤波来实现暂态电流突变检测，并判断续发故障支路，当相邻两个周波的暂态突变或者相邻三个周波的稳态电流突变超过设定电流突变值，则判定该支路为续发故障支路。
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