一种基于电场零序分量的配电网故障录波方法与流程

1.本发明涉及电力技术领域，尤其涉及一种基于电场零序分量的配电网故障录波方法，主要用于电力系统中对中压配电网单相接地故障录波启动时机的分析。


背景技术：

2.为实现碳达峰、碳中和的双碳目标，越来越多的风能、太阳能等新能源设备被接入电网系统中，这使得配电网愈发复杂，对故障的准确快速识别也越发困难。国家电网在2017版《配电网技术导则》中明确要求应就近快速隔离永久性短路故障。因此，对配电网的实时监控、对故障和异常情况的快速识别和处理的要求也越发迫切。现有的故障录波启动方法基于电场幅值数据的上升和下降来实现的，但电场易受到环境变化、天气变化、电磁干扰等因素的影响，这易导致录波算法频繁误启动，从而影响真实故障波形的录制。


技术实现要素：

3.本发明针对现有技术存在的不足和缺陷，提供了一种基于电场零序分量的配电网单相接地故障录波方法，通过故障指示器采集单元监测配电网电场变化，在变化量满足预设条件时启动接地故障录波。
4.为了实现上述发明目的，本发明采取如下技术方案：
5.一种基于电场零序分量的配电网故障录波方法，其特征在于，包括以下步骤：
6.s1：采集单元实时采集三相电场数据；采集单元即故障指示器采集单元，其通过内部的电场测量模块实时采集三相线路的电场数据。
7.s2：用三相电场当前周波信号相量减去三相电场前一周波信号相量得到三相电场的零序分量；
8.注意，得到零序分量的方法不限于相邻两个周波信号相量相减，相减的两个周波信号相量可以间隔m个工频周波，m的取值范围为1～5。
9.s3：分别对三相电场零序分量进行离散傅里叶变换，获得三相电场零序分量的特征数据，上传特征数据至汇集单元；
10.特征数据为三相电场工频零序分量的相位和幅值；三相电场n次谐波零序分量的相位和幅值，其中n为2、3、4、5。
11.汇集单元，即故障指示器汇集单元，用于接收故障指示器的故障信息，对故障信息进行分析、编译后发送给配电主站。
12.s4：汇集单元判断特征数据是否满足预设条件，若满足，则启动故障录波；否则不启动故障录波，跳转至s1。
13.进一步地，所述步骤s4中是否满足预设条件的具体内容为：
14.1)三相中任意两相电场工频零序分量的幅值差小于预设阈值t1，且三相中任意两相电场工频零序分量的相位差小于预设阈值t2；
15.2)三相中任意两相电场n次谐波零序分量的幅值差均小于预设阈值t1，且三相中
任意两相电场n次谐波零序分量的相位差均小于预设阈值t2；
16.特征数据满足上述两项中的任意一项，视为满足预设条件。
17.进一步地，所述步骤s1中的电场数据为电压数据。
18.进一步地，所述步骤s4中的故障为单相接地故障，即本发明所述方案适用的故障类型为单相接地故障。
19.进一步地，所述方法适用的配电网电压等级为中压等级，即1kv～35kv。
20.本发明的有益效果是：通过故障指示器采集单元检监测配电网三相电场变化，根据三相电场零序分量的相位和幅值判断配电网是否发生单相接地故障。由下雨天引起的电场变化是无序的，测量的电场相邻周波作差后，其三相电场的零序分量的变化不一致，不满足接地故障的零序分量变化特征，即三相电场任意两项的零序分量的幅值差和相位差不满足所设条件，故障录波不会启动。所以本方法解决了雨天等电磁环境变化频繁的情况下故指频繁启动录波的问题，对故障的判断更加准确，具有很强的工程实用性。
附图说明
21.图1为本发明的总体流程图。
22.图2为本发明实施例中暂态录波型故障指示器的安装示意图。
23.图3为本发明实施例中单相接地故障前后的三相电场波形。
24.图4为本发明实施例中的三相零序电场波形。
具体实施方式
25.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不限定本发明。
26.实施例发生在某中压等级(1kv～35kv)配电线路中，暂态录波型故障指示器的安装示意图如图2所示。
27.结合附图1，一种基于电场零序分量的配电网故障录波方法，包括以下步骤：
28.s1：单相接地故障前后的三相电场波形如图3所示，采集单元实时采集三相电场数据。电压为检测点到零电势处(即无穷远处)的距离与电场场强的乘积，二者成正比，电场的变化可代表电压的变化，电场数据在此即电压数据；
29.s2：用三相电场当前周波信号相量减去三相电场前一周波信号相量得到三相电场的零序分量；
30.注意得到零序分量的方法不限于相邻两个周波信号相量相减，相减的两个周波信号相量可以间隔m个工频周波，m的取值范围为1～5。
31.s3：分别对三相电场相量零序分量进行离散傅里叶变换，获得三相电场零序分量的特征数据，上传特征数据至汇集单元；特征数据包括：三相电场工频零序分量的相位和幅值；三相电场n次谐波零序分量的相位和幅值，其中n为2、3、4、5。
32.离散傅里叶变换公式如下：
[0033][0034]
其中，x(k)表示三相电场零序分量经离散傅里叶变换后的数据，k为提取的谐波次数x(l)为需进行离散傅里叶变换的数据点，l＝0,1,2
…
m-1，m为离散傅里叶变换可获得的最大谐波次数。
[0035]
x(k)是一组复数，其实部
[0036][0037]
虚部
[0038][0039]
根据实部和虚部可计算k次谐波的幅值和相位，k取1～n，即三相电场零序分量的幅值和相位，分别为：
[0040][0041][0042]
其中，a表示k次谐波的幅值，表示k次谐波的相位；
[0043]
三相电场零序分量离散傅里叶变换步骤如下：
[0044]
首先计算三相电场零序分量离散傅里叶变换的实部ur(k)和虚部ui(k)，分别为：
[0045][0046][0047]
其中，u(i)为三相零序电场数据点，i＝0，1，2
…
p-1，p为三相零序电场数据长度(即数据点数)，k为三相零序电场的谐波次数，取值为1～n。
[0048]
根据实部和虚部可计算k次谐波的幅值和初始相位，k取1～n，分别为：
[0049]
[0050][0051]
δu(k)、为三相电场零序分量k次谐波的幅值和相位，即三相电场零序分量的特征数据。
[0052]
实施例中，三项零序电场波形如图4所示。
[0053]
s4：汇集单元判断特征数据是否满足预设条件，若满足，则启动故障录波；否则不启动故障录波，跳转至s1。是否满足预设条件的具体内容为：
[0054]
1)三相中任意两相电场工频零序分量的幅值差小于预设阈值t1，且三相中任意两相电场工频零序分量的相位差小于预设阈值t2；
[0055]
2)三相中任意两相电场n次谐波零序分量的幅值差均小于预设阈值t1，且三相中任意两相电场n次谐波零序分量的相位差均小于预设阈值t2；
[0056]
特征数据满足上述两项中的任意一项，视为满足预设条件。
[0057]
实施例中，t1为5v/m，t2为30
°
。
[0058]
在本实施例中，首先使用三相电场当前周波信号相量减去三相电场前一周波信号相量得到三相电场的零序分量，然后对零序分量进行离散傅里叶变换处理，获得三相电场工频零序分量与三相电场2、3、4、5次谐波零序分量的相位与幅值：
[0059]
a相电场零序分量的幅值为δua(p)，p＝1、2、3、4、5
[0060]
b相电场零序分量的幅值为δub(p)，p＝1、2、3、4、5
[0061]
c相电场零序分量的幅值为δuc(p)，p＝1、2、3、4、5
[0062]
a相电场零序分量的相位为
[0063]
b相电场零序分量的相位为
[0064]
c相电场零序分量的相位为
[0065]
将上述特征上传至汇集单元，汇集单元运算获得三相中任意两相电场工频零序分量的幅值差与相位差以及三相中任意两相电场2、3、4、5次谐波零序分量的幅值差与相位差：
[0066]
ab两相电场零序分量的幅值差为δuab(p)，p＝1、2、3、4、5
[0067]
bc两相电场零序分量的幅值差为δubc(p)，p＝1、2、3、4、5
[0068]
ca两相电场零序分量的幅值差为δuca(p)，p＝1、2、3、4、5
[0069]
ab两相电场零序分量的相位差为
[0070]
bc两相电场零序分量的相位差为
[0071]
ca两相电场零序分量的相位差为
[0072]
随后针对汇集单元运算结果进行故障判断，发现
[0073]
δuab(2)＝0.106v/m
[0074]
δuab(3)＝0.018v/m
[0075]
δuab(4)＝0.06v/m
[0076]
δuab(5)＝0.026v/m
[0077]
δubc(2)＝0.107v/m
[0078]
δubc(3)＝0.154v/m
[0079]
δubc(4)＝0.19v/m
[0080]
δubc(5)＝0.046v/m
[0081]
δuca(2)＝0.032v/m
[0082]
δuca(3)＝0.0173v/m
[0083]
δuca(4)＝0.0125v/m
[0084]
δuca(3)＝0.0103v/m
[0085]
均小于预设阈值5v/m，且
[0086][0087][0088][0089][0090][0091][0092][0093][0094][0095][0096][0097][0098]
均小于预设阈值30度，则认为发生单相接地故障，故障录波启动。
[0099]
以上实施例是对本发明的具体实施方式的说明，而非对本发明的限制，有关技术领域的技术人员在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变换和变化而得到相对应的等同的技术方案，因此所有等同的技术方案均应该归入本发明的专利保护范围。