一种配电网故障类型识别方法及装置与流程

1.本发明涉及电力系统继电保护技术领域，尤其涉及一种配电网故障类型识别方法及装置，尤其涉及面向配电网自适应重合闸中选相合闸时的故障类型识别方法及装置。


背景技术：

2.由于单相接地故障会引发人身触电伤亡、电缆沟和森林等着火原因，小电流接地系统也正在逐步要求单相接地故障跳闸，因此配电网的跳闸率会大幅增加。根据实际运行数据统计，配电网架空线中绝大多数故障为瞬时性故障，同时电缆也有一定比例的瞬时性故障。当开关在重合前能够区分永久和瞬时性故障，则可有效降低再次重合于故障后对系统和开关造成的影响，此外当与馈线自动化结合使用时，还可以有效降低故障处理时间，从而提高供电可靠性。现有配电网开关都是三相一体开关，跳闸时三相同时断开，不能像输电网中利用单相开关跳开后健全相对故障相的耦合电气量特征识别故障性质，因此相关学者研究了注入探测信号的永久性故障识别方法，但该类方法都需要额外的附加装置。


技术实现要素：

3.基于现有技术的上述情况，本发明的目的在于提供一种配电网故障类型识别方法及装置，适用于配电网的分相开关，解决了选相合闸前的故障类型辨识，以为永久性故障识别和自适应重合闸策略的实现奠定基础。
4.为达到上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种配电网故障类型识别方法，包括：
5.采集配电网线路上的三相电流时域信号ia、ib、ic；
6.利用fft提取三相电流的基波分量向量并计算有效值其中其中分别表示a、b、c三相；
7.将所述有效值与过负荷电流保护定值i
set
进行比较，并根据比较结果判断是否确定发生单相接地故障；
8.若该判断结果为确定发生单相接地故障，则判断单相接地故障的故障相；若该判断结果为不确定发生单相接地故障，则继续对故障类型及位置进行判断。
9.进一步的，所述将有效值与过负荷电流保护定值i
set
进行比较，并根据比较结果判断是否确定发生单相接地故障，包括：
10.根据如下判断进行判断：
[0011][0012]
若a、b、c三相均不满足上述判据，则判断结果为确定发生单相接地故障；
[0013]
若a、b、c三相中至少一相满足上述判据，则判断结果为不确定发生单相接地故障；
[0014]
其中，i
set
＝k
relilmax
，k
rel
为可靠系数，i
lmax
为最大负荷电流。
[0015]
进一步的，所述判断单相接地故障的故障相，包括：
[0016]
根据该配电网为小电流接地系统还是小电阻接地系统来对故障相进行判断。
[0017]
进一步的，所述根据该配电网为小电流接地系统还是小电阻接地系统来对故障相进行判断，包括：
[0018]
若是小电流接地系统，则暂态电流有效值最大的相为故障相；
[0019]
若是小电阻接地系统，则工频有效值最大的相为故障相。
[0020]
进一步的，所述继续对故障类型及位置进行判断，包括：
[0021]
根据满足所述判据的相数对所述故障类型及位置进行判断。
[0022]
进一步的，所述根据满足所述判据的相数对所述故障类型及位置进行判断，包括：
[0023]
若a、b、c三相均满足所述判据，则判断为三相故障。
[0024]
进一步的，所述根据满足所述判据的相数对所述故障类型及位置进行判断，包括：
[0025]
若其中两相满足所述判据，且零序电流大于等于不平衡电流时，则判断为两相接地故障。
[0026]
进一步的，所述根据满足所述判据的相数对所述故障类型及位置进行判断，包括：
[0027]
若其中两相满足所述判据，且零序电流小于不平衡电流时，则判断为相间故障。
[0028]
进一步的，所述根据满足所述判据的相数对所述故障类型及位置进行判断，包括：
[0029]
若其中一相满足所述判据，为单相接地故障。
[0030]
根据本发明的另一个方面，提供了一种配电网故障类型识别装置，包括信号采集模块、有效值提取模块、以及故障判断模块；其中，
[0031]
所述信号采集模块，用于采集配电网线路上的三相电流时域信号ia、ib、ic；
[0032]
所述有效值提取模块，用于利用fft提取三相电流的基波分量向量并计算有效值其中分别表示a、b、c三相；
[0033]
所述故障判断模块，用于将所述有效值与过负荷电流保护定值i
set
进行比较，并根据比较结果判断是否确定发生单相接地故障；若该判断结果为确定发生单相接地故障，则判断单相接地故障的故障相；若该判断结果为不确定发生单相接地故障，则继续对故障类型及位置进行判断。
[0034]
综上所述，本发明提供了一种配电网故障类型识别方法及装置，通过三相电流的基波分量有效值判断是否为接地故障，并进一步利用小电流接地系统还是小电阻接地系统，以及基波分量有效值满足判据的相数来对故障类型进行判断，提高了故障类型识别的有效性和效率。本发明的技术方案适用于配电网的分相开关，解决了选相合闸前的故障类型辨识，以为永久性故障识别和自适应重合闸策略的实现奠定基础。
附图说明
[0035]
图1是本发明配电网故障类型识别方法的流程图；
[0036]
图2是10kv配电网仿真模型示意图。
具体实施方式
[0037]
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发
明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
[0038]
下面对结合附图对本发明的技术方案进行详细说明。根据本发明的一个实施例，提供了一种配电网故障类型识别方法，该配电网故障类型识别方法的流程图如图1所示，包括如下步骤：
[0039]
s1、采集配电网线路上的三相电流时域信号ia、ib、ic，设a、b、c三相电流的时域波形为ia、ib、ic。
[0040]
s2、利用fft提取三相电流的基波分量向量并计算有效值其中其中分别表示a、b、c三相。
[0041]
s3、将所述有效值与过负荷电流保护定值i
set
进行比较，并根据比较结果判断是否确定发生单相接地故障。可以根据如下判断进行判断：
[0042][0043]
若a、b、c三相均不满足上述判据，则判断结果为确定发生单相接地故障；若a、b、c三相中至少一相满足上述判据，则判断结果为不确定发生单相接地故障；其中，i
set
＝k
relilmax
，k
rel
为可靠系数，通常可以取1.1-1.2；i
lmax
为最大负荷电流。
[0044]
s4、若该判断结果为确定发生单相接地故障，则判断单相接地故障的故障相；若该判断结果为不确定发生单相接地故障，则继续对故障类型及位置进行判断，可以根据该配电网为小电流接地系统还是小电阻接地系统来对故障相进行判断。若是小电流接地系统，则暂态电流有效值最大的相为故障相；若是小电阻接地系统，则工频有效值最大的相为故障相。该步骤中确定系统是否为小电流接地系统。若为小电流接地系统，根据暂态电流有效值进行选相，其中有效值最大的就是故障相。暂态电流有效值首先对时域电流波形进行滤波，滤波频率为150～600hz，然后根据下式计算暂态电流有效值：
[0045][0046]
其中，n为5ms数据窗对应的采样点个数，k＝1,2，
……
n。
[0047]
如果是小电阻接地系统，此种情况下工频有效值的最大相必然为故障相。
[0048]
根据满足所述判据的相数对所述故障类型及位置进行判断，包括以下几种情况：
[0049]
若a、b、c三相均满足所述判据，则判断为三相故障；若其中两相满足所述判据，且零序电流大于等于不平衡电流时，则判断为两相接地故障；若其中两相满足所述判据，且零序电流小于不平衡电流时，则判断为相间故障；若其中一相满足所述判据，为单相接地故障。
[0050]
根据本发明的第二个实施例，提供了一种配电网故障类型识别装置，包括信号采集模块、有效值提取模块、以及故障判断模块。
[0051]
所述信号采集模块，用于采集配电网线路上的三相电流时域信号ia、ib、ic；所述有效值提取模块，用于利用fft提取三相电流的基波分量向量并计算有效值其中分别表示a、b、c三相；所述故障判断模块，用于将所述有效值
与过负荷电流保护定值i
set
进行比较，并根据比较结果判断是否确定发生单相接地故障；若该判断结果为确定发生单相接地故障，则判断单相接地故障的故障相；若该判断结果为不确定发生单相接地故障，则继续对故障类型及位置进行判断。
[0052]
该第二个实施例提供的装置中各模块实现对应功能的具体步骤与本发明第一个实施例中所提供的方法对应相同，在此不再赘述。
[0053]
为了验证本发明实施例所提供的技术方案的正确性，基于pscad建立如图2所示的配电网以进行仿真验证，图2中示出了10kv配电网仿真模型示意图，配电网的中性点可通过开关位置改变，模型的详细参数如下。
[0054]
35kv变电站有两回进线，通过两台主变压器配出的10kv系统为单母线形式；母线带有4条主馈线，出线上各区段的编号如图2所示。其中，区段1、3、5、10为电缆，区段2、9、11、12、13为架空绝缘线，区段4、6、7、8、14为架空裸导线。消弧线圈装在所用变中性点上。开关k打开时，系统为中性点不接地系统；开关k闭合于1时，为消弧线圈接地系统，过补偿度取为10％，开关k闭合于2时，为电阻阻接地系统，电阻取为10ω。35kv各等效电源的阻抗为(0.3 j3.2)ω。
[0055]
各区段的长度分别为：l1＝5.1km，l2＝4km，l3＝3.8km，l4＝7.5km，l5＝4km，l6＝10km，l7＝0.1km，l8＝3km，l9＝4km，l10＝3.2km，l11＝10km，l12＝5km，l13＝3km，l14＝7.5km。
[0056]
电缆参数为：r1＝0.157ω/km，x1＝0.076ω/km，b1＝132
×
10-6s/km；r0＝0.307ω/km，x0＝0.304ω/km，b0＝110
×
10-6s/km。
[0057]
架空绝缘线参数为：r1＝0.27ω/km，x1＝0.352ω/km，b1＝3.178
×
10-6s/km；r0＝0.42ω/km，x0＝3.618ω/km，b0＝0.676
×
10-6s/km。
[0058]
区段7、8裸导线参数为：r1＝0.91ω/km，x1＝0.403ω/km，b1＝2.729
×
10-6s/km；r0＝1.06ω/km，x0＝3.618ω/km，b0＝0.672
×
10-6s/km。
[0059]
其它区段裸导线参数为：r1＝0.63ω/km，x1＝0.392ω/km；r0＝0.78ω/km，x0＝3.593ω/km，b0＝0.683
×
10-6s/km。
[0060]
两台主变参数分别为：sn＝2mva，pk＝20.586kw，uk％＝6.37％，p0＝2.88kw，i0％＝0.61％；sn＝2mva，pk＝20.591kw，uk％＝6.35％，p0＝2.83kw，i0％＝0.62％。
[0061]
令各配电变压器与所连接区段编号一致，则它们的容量分别为：s5n＝50kva，s7n＝500kva，s8n＝200kva，s9n＝1mva，s10n＝100kva，s12n＝1mva，s13n＝400kva，s14n＝630kva。为简单起见，各配电变压器所带负荷统一为变压器容量的80％，功率因数可调。
[0062]
当中性点不接地时，分别在区段11末端设置bg故障，ac故障，acg故障以及abcg故障，故障类型判别结果如表1所示。改变中性点接地方式为消弧线圈接地和小电阻接地，重复仿真表1中的各种故障，可以得到相同的结果，因此可以证明我发明的方法能够可靠识别故障类型，实现准确故障选相。
[0063]
表1故障类型判别结果
[0064][0065]
综上所述，本发明涉及一种配电网故障类型识别方法及装置，通过三相电流的基波分量有效值判断是否为接地故障，并进一步利用小电流接地系统还是小电阻接地系统，以及基波分量有效值满足判据的相数来对故障类型进行判断，提高了故障类型识别的有效性和效率。本发明的技术方案适用于配电网的分相开关，解决了选相合闸前的故障类型辨识，以为永久性故障识别和自适应重合闸策略的实现奠定基础。
[0066]
应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。