一种基于PT滑动组合取电方法的配电网断线故障诊断方法和系统与流程

一种基于pt滑动组合取电方法的配电网断线故障诊断方法和系统
技术领域
1.本发明属于电网断线故障诊断技术领域，涉及一种基于pt滑动组合取电方法的配电网断线故障诊断方法和系统。


背景技术：

2.断线故障是配电网常见故障之一，配电线路发生断线故障后，将造成部分用户直接失电，且断线接地可能引发触电事故，同时长时间断线运行产生的不对称电压将对用电设备造成损坏，因此及时定位断线位置并处理故障成为电力企业的迫切需求。
3.当前，针对断线故障诊断方法的研究已由基于三相电压互感器(potential transformer，pt)取电延伸至基于双pt取电或单pt取电层面，申请号为2021106471535的发明专利公开了一种基于pt滑动组合模式的pt取电方法。其通过将双pt和单pt测量数据纳入断线故障诊断中，可以缩小断线故障诊断区间，提高诊断精度，实现断线故障的快速、准确诊断的目的。然而，上述的基于pt滑动组合取电方法的配电网断线故障诊断方法仅以线电压幅值变化规律为判据，其原理复杂，判断故障区间方法实施难度大，难以在实际工程中加以应用，因此亟需提出一种原理简单、便于实用的断线故障诊断方法。


技术实现要素：

4.为解决现有技术中的不足，本技术提供一种基于pt滑动组合取电方法的配电网断线故障诊断方法和系统，克服了现有基于pt滑动组合取电方法的断线故障诊断方法仅以线电压幅值变化规律为判据造成的原理复杂、判据单一、实现步骤多、难以实用的缺点，具有原理简单、步骤简单、易于实用的优点。
5.为了实现上述目标，本发明采用如下技术方案：
6.一种基于pt滑动组合取电方法的配电网断线故障诊断方法，包括以下步骤：
7.步骤1：建立配电网单相断线故障工况下线电压相量变化方程；
8.步骤2：根据线电压相量变化方程建立各相线路发生断线故障的断线故障判据；
9.步骤3：基于断线故障判据及基于pt滑动组合的pt取电方法进行断线故障诊断。
10.本发明进一步包括以下优选方案：
11.优选地，步骤1中，以配变上游a相线路发生断线故障为例，当配变采用yyn0型接线时，采用如下步骤建立线电压相量变化方程：
12.假设配变一次侧星型绕组的等效阻抗值为z，针对一次侧中性点n建立基尔霍夫电流方程得：
[0013][0014]
式中，分别为配变与线路交叉点的a相、b相、c相及配变中性点n处的电压，由于配变一次侧a相绕组回路不存在电流，得：
[0015][0016]
忽略线路阻抗，得：
[0017][0018]
其中，分别为电源处b相、c相相电压；
[0019]
由式(1)-式(3)得：
[0020][0021]
则配变上游a相线路发生断线故障时，配变处线电压相量变化方程为：
[0022][0023]
式(5)适用于含多个配变的情形。
[0024]
优选地，步骤1中，以配变上游a相线路发生断线故障为例，当配变采用dyn11型接线时，采用如下步骤建立单相断线故障工况下的线电压相量变化方程：
[0025]
假设配变一次侧角型绕组的等效阻抗值为z，针对点a建立基尔霍夫电流方程得：
[0026][0027]
由式(3)和式(6)得：
[0028][0029]
式(7)与式(4)一致，得线电压相量变化方程与式(5)一致，即断线工况下，无论配变采用dyn11型接线还是yyn0型接线，各线电压变化规律保持一致，该结论适用于含多个配变情形。
[0030]
优选地，步骤2中，用表示正常工况下的线电压相量，表示正常工况下的线电压相量，表示断线工况下的线电压相量，根据线电压相量变化方程得到：
[0031]
(1)a相线路发生断线故障后，线电压相量变化为：
[0032]
保持不变，幅值降为幅值的一半、相位超前60
°
，幅值降为幅值的一半、相位滞后60
°
；
[0033]
(2)当b相线路发生断线故障后，线电压相量变化为：
[0034]
保持不变，幅值降为幅值的一半、相位超前60
°
，幅值降为幅值的一半、相位滞后60
°
；
[0035]
(3)当c相线路发生断线故障后，线电压相量变化为：
[0036]
保持不变，幅值降为幅值的一半、相位超前60
°
，幅值降为幅值的一半、相位滞后60
°
；
[0037]
上述(1)-(3)对应的线电压线相量变化分别作为a相、b相和c相线路发生断线故障的断线故障判据。
[0038]
优选地，步骤3中，基于断线故障判据及基于pt滑动组合的pt取电方法进行断线故障诊断：筛选发生电压突变最上游的pt，结合该pt的取电方式及线电压相量变化规律，诊断出故障区间及故障相。
[0039]
优选地，所述基于pt滑动组合的pt取电方法具体为：以两个相邻单pt为一个滑动组合，将同一滑动组合中两个pt的取电相配置为不同进行pt取电。
[0040]
优选地，所述基于pt滑动组合的pt取电方法中，同一滑动组合中两个pt的取电相配置为ab相和bc相。
[0041]
优选地，步骤3具体包括：
[0042]
步骤3.1：判断ptx(x＝1,2,3,
…
n,
…
)线电压是否发生突变，若是，则进入步骤3.2；若否，则判断结束；
[0043]
步骤3.2：找出所有发生电压突变的pt；
[0044]
步骤3.3：按潮流方向选定发生电压突变最上游的pt，假设为ptn；
[0045]
步骤3.4：判断ptn是否为ab相取电，若是，则进入步骤3.5；若否，则表明ptn为bc相取电，进入步骤3.6；
[0046]
步骤3.5：判断是否满足幅值减半，相位超前60
°
，若是，则表明a相发生断线故障，故障区间为a(n-2)～an；若否，则表明幅值减半，相位滞后60
°
，即b相发生断线故障，故障区间为b(n-1)～bn；
[0047]
步骤3.6：判断是否满足幅值减半，相位滞后60
°
，若是，则表明c相发生断线故障，故障区间为c(n-2)～cn；若否，则表明幅值减半，相位超前60
°
，即b相发生断线故障，故障区间为b(n-1)～bn。
[0048]
优选地，步骤3中，若n-1＝0，则b(n-1)为b相电源出线位置；
[0049]
若n-2≤0，则a(n-2)为a相电源出线位置，c(n-2)为c相电源出线位置。
[0050]
本技术还提供一种基于pt滑动组合取电方法的配电网断线故障诊断系统，包括：
[0051]
线电压相量变化方程构建模块，用于建立配电网单相断线故障工况下线电压相量变化方程；
[0052]
断线故障判据构建模块，用于根据线电压相量变化方程建立各相线路发生断线故障的断线故障判据；
[0053]
断线故障诊断模块，用于基于断线故障判据及基于pt滑动组合的pt取电方法进行断线故障诊断。
[0054]
本技术所达到的有益效果：
[0055]
1、本发明建立断线故障工况下线电压相量的变化方程，得到基于线电压的幅值和相位变化规律，进而建立断线故障判据，基于断线故障判据，通过任意两个线电压相量的变化规律即可诊断出线路是否发生断线故障并可诊断出故障相，克服了现有技术中诊断原理复杂、判据单一的缺点，具有简单、实用的优点。
[0056]
2、本发明根据断线故障判据及基于pt滑动组合取电方法，建立了断线故障诊断方法，该方法仅需筛选出发生电压突变最上游的pt，结合该pt的取电方式及所测量的线电压相量变化规律，即可诊断故障区间及故障相，克服了现有基于pt滑动组合取电方法的断线故障诊断方法仅以线电压幅值变化规律为判据造成的原理复杂、判断步骤多、难以实用的缺点，具有原理简单、步骤简单、易于实用的优点。
附图说明
[0057]
图1为本发明基于pt滑动组合取电方法的配电网断线故障诊断方法流程图；
[0058]
图2为本发明中配变采用yyn0型接线的线路示意图；
[0059]
图3为本发明中配变采用dyn11型接线的线路示意图；
[0060]
图4为本发明中a相线路发生断线故障后，线电压相量变化图；
[0061]
图5为本发明中b相线路发生断线故障后，线电压相量变化图；
[0062]
图6为本发明中c相线路发生断线故障后，线电压相量变化图；
[0063]
图7为本发明中基于pt滑动组合取电方法示意图；
[0064]
图8为本发明中的断线故障诊断方法的流程图；
[0065]
图9为本发明实施例中的配电网仿真模型图；
[0066]
图10为本发明实施例1中的pt量测的线电压曲线图；
[0067]
图11为本发明实施例2中的pt量测的线电压曲线图。
具体实施方式
[0068]
下面结合附图对本技术作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本技术的保护范围。
[0069]
如图1所示，本发明的实施例1提供了一种基于pt滑动组合取电方法的配电网断线故障诊断方法，在本发明优选但非限制性的实施方式中，所述方法包括以下步骤：
[0070]
步骤1：建立配电网单相断线故障工况下线电压相量变化方程；
[0071]
进一步优选地，如图2所示，以配变上游a相线路发生断线故障为例，当配变采用yyn0型接线时，采用如下步骤建立线电压相量变化方程：
[0072]
假设配变一次侧星型绕组的等效阻抗值为z，针对一次侧中性点n建立基尔霍夫电流方程得：
[0073][0074]
式中，分别为配变与线路交叉点的a相、b相、c相及配变中性点n处的电压，由于配变一次侧a相绕组回路不存在电流，得：
[0075][0076]
忽略线路阻抗，得：
[0077]
[0078]
其中，分别为电源处b相、c相相电压；
[0079]
由式(1)-式(3)得：
[0080][0081]
则配变上游a相线路发生断线故障时，配变处线电压相量变化方程为：
[0082][0083]
式(5)适用于含多个配变的情形。
[0084]
如图3所示，以配变上游a相线路发生断线故障为例，当配变采用dyn11型接线时，采用如下步骤建立单相断线故障工况下的线电压相量变化方程：
[0085]
假设配变一次侧角型绕组的等效阻抗值为z，针对点a建立基尔霍夫电流方程得：
[0086][0087]
由式(3)和式(6)得：
[0088][0089]
式(7)与式(4)一致，得配变处线电压关系(线电压相量变化方程)与式(5)一致，即断线工况下，无论配变采用dyn11型接线还是yyn0型接线，各线电压变化规律保持一致，该结论适用于含多个配变情形。
[0090]
步骤2：根据线电压相量变化方程建立各相线路发生断线故障的断线故障判据；
[0091]
用表示正常工况下的线电压相量，表示断线工况下的线电压相量，根据线电压相量变化方程得到：
[0092]
(1)根据式(5)，a相线路发生断线故障后，线电压相量变化如图4所示，为：
[0093]
保持不变，幅值降为幅值的一半、相位超前60
°
，幅值降为幅值的一半、相位滞后60
°
；
[0094]
(2)相应地得出当b相线路发生断线故障后，线电压相量变化如图5所示，为：
[0095]
保持不变，幅值降为幅值的一半、相位超前60
°
，幅值降为幅值的一半、相位滞后60
°
；
[0096]
(3)相应地得出当c相线路发生断线故障后，线电压相量变化如图6所示，为：
[0097]
保持不变，幅值降为幅值的一半、相位超前60
°
，幅值降为幅值的一半、相位滞后60
°
；
[0098]
上述(1)-(3)对应的线电压线相量变化分别作为a相、b相和c相线路发生断线故障的断线故障判据，得到如表1所示断线故障判据。
[0099]
由表1可知，通过任意两个线电压相量的变化规律即可诊断出线路是否发生断线故障并可诊断出故障相。
[0100]
表1断线故障判据
[0101][0102][0103]
步骤3：基于断线故障判据及基于pt滑动组合的pt取电方法进行断线故障诊断：筛选发生电压突变最上游的pt，结合该pt的取电方式及线电压相量变化规律，诊断出故障区间及故障相。
[0104]
(1)基于pt滑动组合的pt取电方法：
[0105]
由于1个双pt视为2个单pt，因此建立pt取电方法时仅考虑单pt情形，如图7所示，用a(b、c)表示变电所出口位置，ax、bx、cx(x＝1，2，3，4,
…
)表示ptx电源引线的接入点；
[0106]
参见图7，滑动组合取电方法以两个相邻单pt为一组，近似为1个双pt，即：pt1和pt2形成组合1，pt2和pt3形成组合2，pt3和pt4形成组合3，依次类推；
[0107]
取电方法为：将滑动组合中两个pt的取电相配置为不同，如pt1从ab相取电，pt2从bc相取电，pt3从ab相取电，pt4从bc相取电，正常情况不会从ac相取电，以避免跨过b相线路。
[0108]
(2)断线故障诊断：
[0109]
以同一滑动组合中两个pt的取电相配置为ab相和bc相为例：
[0110]
如图8所示，步骤3具体包括：
[0111]
步骤3.1：判断ptx(x＝1,2,3,
…
n,
…
)线电压是否发生突变，若是，则进入步骤3.2；若否，则判断结束；
[0112]
步骤3.2：找出所有发生电压突变的pt；
[0113]
步骤3.3：按潮流方向选定发生电压突变最上游的pt，假设为ptn；
[0114]
步骤3.4：判断ptn是否为ab相取电，若是，则进入步骤3.5；若否，则表明ptn为bc相取电，进入步骤3.6；
[0115]
步骤3.5：判断是否满足幅值减半，相位超前60
°
，若是，则表明a相发生断线故障，故障区间为a(n-2)～an；若否，则表明幅值减半，相位滞后60
°
，即b相发生断线故障，故障区间为b(n-1)～bn；
[0116]
步骤3.6：判断是否满足幅值减半，相位滞后60
°
，若是，则表明c相发生断线故障，故障区间为c(n-2)～cn；若否，则表明幅值减半，相位超前60
°
，即b相发生断线故障，故障区间为b(n-1)～bn。
[0117]
上述断线故障诊断方法中，当a相和c相发生断线故障时，故障区间分别为a(n-2)～an和c(n-2)～cn，而当b相发生断线故障时，故障区间为b(n-1)～bn，导致该区别的原因
为：pt从ab相或bc取电，任一pt均与b相相连，而每隔一个pt与a相或c相相连，因此b相诊断区间范围小于a相和c相。
[0118]
此外，步骤3中，若n-1＝0，则b(n-1)为b相电源出线位置；
[0119]
若n-2≤0，则a(n-2)为a相电源出线位置，c(n-2)为c相电源出线位置。
[0120]
为验证本发明提出的断线故障诊断方法的有效性，基于pscad/emtdc搭建了如图9所示的配电网仿真模型，仿真中忽略了线路阻抗。
[0121]
图9中配电网模型共包含2个yyn0型接线的配变、2个dyn11型接线的配变、1个分段开关、1个联络开关和4个用户分界开关。
[0122]
其中，分段开关处配置双pt，即pt3和pt4；
[0123]
联络开关处也配置了双pt，但仅有一个pt从本线路取电，因此联络开关处视为配置单pt，即pt7；
[0124]
用户分界开关处配置单pt，分别为pt1、pt2、pt5、pt6。
[0125]
按照取电配置方法，将所有pt取电相设置为pt1：ab相；pt2：bc相；pt3：ab相；pt4：bc相；pt5：ab相；pt6：bc相；pt7：ab相。
[0126]
实施例1
[0127]
当t＝0.3s时，pt4和pt5之间线路发生a相断线故障，7个pt测量的线电压波形如图10所示。
[0128]
按照图8中的诊断流程可简化分析如下：
[0129]
步骤3.1-3.2：发生线电压突变的pt为pt5和pt7；
[0130]
步骤3.3：pt5和pt7中最上游的pt为pt5；
[0131]
步骤3.4：pt5采用ab相取电；
[0132]
步骤3.5：幅值减半，相位超前60
°
，可诊断出a相发生断线故障，且故障区间为pt3～pt5线路，诊断完毕。
[0133]
本实施例中，实际断线故障区间为pt4～pt5线路，与诊断出的故障区间pt3～pt5线路略有不同，这是由于pt4取电配置为bc相，无法获取与a相相关的线电压信息。虽然诊断结果略有偏差，但该结果已是已有pt配置下的最优诊断结果。
[0134]
实施例2
[0135]
当t＝0.3s时，pt1之前的线路发生a相断线故障，7个pt测量的线电压波形如图11所示。
[0136]
按照图8中的诊断流程可简化分析如下：
[0137]
步骤3.1-3.2：发生线电压突变的pt为pt1、pt3、pt5、pt7；
[0138]
步骤3.3：pt1、pt3、pt5、pt7中最上游的pt为pt1；
[0139]
步骤3.4：pt1采用ab相取电；
[0140]
步骤3.5：幅值减半，相位超前60
°
，可诊断出a相发生断线故障，且故障区间为pt1之前的线路，诊断完毕。
[0141]
本技术的一种基于pt滑动组合取电方法的配电网断线故障诊断系统，包括：
[0142]
线电压相量变化方程构建模块，用于建立配电网单相断线故障工况下线电压相量变化方程；
[0143]
断线故障判据构建模块，用于根据线电压相量变化方程建立各相线路发生断线故
障的断线故障判据；
[0144]
断线故障诊断模块，用于基于断线故障判据及基于pt滑动组合的pt取电方法进行断线故障诊断。
[0145]
综上所述，本发明建立断线故障工况下线电压相量的变化方程，得到基于线电压的幅值和相位变化规律，进而建立断线故障判据，基于断线故障判据，通过任意两个线电压相量的变化规律即可诊断出线路是否发生断线故障并可诊断出故障相，克服了现有技术中诊断原理复杂、判据单一的缺点，具有简单、实用的优点。
[0146]
本发明根据断线故障判据及基于pt滑动组合取电方法，建立了断线故障诊断方法，该方法仅需筛选出发生电压突变最上游的pt，结合该pt的取电方式及所测量的线电压相量变化规律，即可诊断故障区间及故障相，克服了现有基于pt滑动组合取电方法的断线故障诊断方法仅以线电压幅值变化规律为判据造成的原理复杂、判断步骤多、难以实用的缺点，具有原理简单、步骤简单、易于实用的优点。
[0147]
本发明申请人结合说明书附图对本发明的实施示例做了详细的说明与描述，但是本领域技术人员应该理解，以上实施示例仅为本发明的优选实施方案，详尽的说明只是为了帮助读者更好地理解本发明精神，而并非对本发明保护范围的限制，相反，任何基于本发明的发明精神所作的任何改进或修饰都应当落在本发明的保护范围之内。