基于斜率距离的配电网单相接地故障定位方法及系统.pdf

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1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 202010613603.4 (22)申请日 2020.06.30 (71)申请人 济南轨道交通集团有限公司 地址 250000 山东省济南市高新区舜华路 2000号舜泰广场2号楼19层 (72)发明人 葛珍珍张林利郭建民韩金 曹玉鑫 (74)专利代理机构 济南圣达知识产权代理有限 公司 37221 代理人 李琳 (51)Int.Cl. G01R 31/08(2006.01) (54)发明名称 一种基于斜率距离的配电网单相接地故障 定位方法及系统 (57)摘要 本公开提供了一种基。

2、于斜率距离的配电网 单相接地故障定位方法及系统， 包括以下步骤： 利用故障点上游监测点暂态零模电流与下游监 测点暂态零模电流幅值与频率差异、 构造并比较 特征量， 以斜率距离区分流过区段两侧暂态零序 电流相似性， 形成故障区段定位判据， 确定故障 点所在区段； 本公开能够实现配电系统小电流接 地故障的有效定位， 有着广泛的实际应用价值。 权利要求书1页 说明书5页 附图3页 CN 111766473 A 2020.10.13 CN 111766473 A 1.一种基于斜率距离的配电网单相接地故障定位方法， 其特征是： 包括以下步骤： 利用 故障点上游监测点暂态零模电流与下游监测点暂态零模电流幅。

3、值与频率差异、 构造并比较 特征量， 以斜率距离区分流过区段两侧暂态零序电流相似性， 形成故障区段定位判据， 确定 故障点所在区段。 2.如权利要求1所述的一种基于斜率距离的配电网单相接地故障定位方法， 其特征是： 根据故障点两侧零序电流的波形对比数值， 判断是否发生单相接地故障， 若故障点同侧以 及同时位于故障点上游或下游的两个相邻检测点， 其暂态零模电流幅值和频率超过设定 值， 则为单相接地故障， 实现故障定位。 3.如权利要求1所述的一种基于斜率距离的配电网单相接地故障定位方法， 其特征是： 将零模电流的波形进行分段线性表示， 增加其分段数量， 随着分段量的增加， 斜率距离值保 持单调增。

4、加。 4.如权利要求1所述的一种基于斜率距离的配电网单相接地故障定位方法， 其特征是： 根据检测点两侧采集的暂态零序电流所计算的斜率值距离大于阈值， 则判定为区段内故 障； 否则， 判定为区段外故障。 5.如权利要求1所述的一种基于斜率距离的配电网单相接地故障定位方法， 其特征是： 若故障发生在出线口区段， 比较出现口区段两端不同采集点采集到的暂态零序电流， 故障 点两侧采集到的暂态零序电流信号在波形、 主谐振频率和幅值上差异显著， 根据斜率计算 公式， 计算斜率值与设定的阈值进行比较， 若斜率值大于阈值， 则斜率值大于阈值， 则该区 段发生故障。 6.如权利要求1所述的一种基于斜率距离的配电。

5、网单相接地故障定位方法， 其特征是： 若斜率值小于等于阈值， 则继续比较下一区段的暂态零序电流， 直到某一区段的斜率值大 于阈值。 7.一种基于斜率距离的配电网单相接地故障定位系统， 其特征是： 包括： 采集模块， 被被配置为采集故障点上游监测点暂态零模电流、 下游监测点暂态零模电 流幅值； 故障定位模块， 被配置为利用故障点上游监测点暂态零模电流与下游监测点暂态零模 电流幅值与频率差异、 构造并比较特征量， 以斜率距离区分流过区段两侧暂态零序电流相 似性， 形成故障区段定位判据， 确定故障点所在区段。 8.如权利要求7所述的一种基于斜率距离的配电网单相接地故障定位系统， 其特征是： 还包括故。

6、障判断模块， 被配置为根据故障点两侧零序电流的波形对比数值， 判断是否发生 单相接地故障， 若故障点同侧以及同时位于故障点上游或下游的两个相邻检测点， 其暂态 零模电流幅值和频率超过设定值， 则为单相接地故障。 9.一种计算机可读存储介质， 其特征是： 其中存储有多条指令， 所述指令适于由终端设 备的处理器加载并执行权利要求1-6中任一项所述的一种基于斜率距离的配电网单相接地 故障定位方法。 10.一种终端设备， 其特征是： 包括处理器和计算机可读存储介质， 处理器用于实现各 指令； 计算机可读存储介质用于存储多条指令， 所述指令适于由处理器加载并执行权利要 求1-6中任一项所述的一种基于斜率。

7、距离的配电网单相接地故障定位方法。 权利要求书 1/1 页 2 CN 111766473 A 2 一种基于斜率距离的配电网单相接地故障定位方法及系统 技术领域 0001 本公开属于配电网故障检测技术领域， 涉及一种基于斜率距离的配电网单相接地 故障定位方法及系统。 背景技术 0002 本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术信息， 不必然构成在先技 术。 0003 635kV配电网中性点主要使用不接地和消弧线圈接地， 这两种方式下发生单相 接地故障时， 中性点和大地之间存在很大的阻抗， 接地产生的故障电流很小， 因此也被叫做 小电流接地故障。 较小的故障电流对设备危害不大， 并且单相接地。

8、时三相电压仍然基本对 称， 不影响对负荷的正常供电， 不需要保护立即动作跳闸切除故障， 可以带故障继续运行一 段时间。 0004 但是单相接地会导致非故障相的对地电压上升， 尤其是发生弧光接地故障时， 持 续的燃弧振荡过程会积蓄大量能量， 出现弧光过电压， 有研究表明弧光过电压最高可达额 定电压的3倍以上将会严重危害配电网绝缘水平， 导致绝缘加速劣化。 因此， 从避免接地过 电压损害绝缘导致故障扩大、 减少线路停电损失、 保证配电网安全稳定运行等角度出发， 都 需要通过有效技术手段， 迅速完成接地故障点定位， 便于及时隔离故。 0005 据发明人了解， 传统利用稳态电气量的故障检测(选线、 定。

9、位和测距)方法存在着 故障量不突出、 不稳定甚至不确定等问题， 无法保证检测的可靠性和灵敏度。 发明内容 0006 本公开为了解决上述问题， 提出了一种基于斜率距离的配电网单相接地故障定位 方法及系统， 本公开能够实现配电系统小电流接地故障的有效定位， 有着广泛的实际应用 价值。 0007 根据一些实施例， 本公开采用如下技术方案： 0008 一种基于斜率距离的配电网单相接地故障定位方法， 包括以下步骤： 利用故障点 上游监测点暂态零模电流与下游监测点暂态零模电流幅值与频率差异、 构造并比较特征 量， 以斜率距离区分流过区段两侧暂态零序电流相似性， 形成故障区段定位判据， 确定故障 点所在区段。

10、。 0009 作为可选择的实施方式， 根据故障点两侧零序电流的波形对比数值， 判断是否发 生单相接地故障， 若故障点同侧以及同时位于故障点上游或下游的两个相邻检测点， 其暂 态零模电流幅值和频率超过设定值， 则为单相接地故障， 实现故障定位。 0010 作为可选择的实施方式， 将零模电流的波形进行分段线性表示， 增加其分段数量， 随着分段量的增加,斜率距离值保持单调增加。 0011 作为可选择的实施方式， 根据检测点两侧采集的暂态零序电流所计算的斜率值距 离大于阈值， 则判定为区段内故障； 否则， 判定为区段外故障。 说明书 1/5 页 3 CN 111766473 A 3 0012 作为可选。

11、择的实施方式， 若故障发生在出线口区段， 比较出现口区段两端不同采 集点采集到的暂态零序电流， 故障点两侧采集到的暂态零序电流信号在波形、 主谐振频率 和幅值上差异显著， 根据斜率计算公式， 计算斜率值与设定的阈值进行比较， 若斜率值大于 阈值， 则斜率值大于阈值， 则该区段发生故障。 0013 作为可选择的实施方式， 若斜率值小于等于阈值， 则继续比较下一区段的暂态零 序电流， 直到某一区段的斜率值大于阈值。 0014 一种基于斜率距离的配电网单相接地故障定位系统， 包括： 0015 采集模块， 被被配置为采集故障点上游监测点暂态零模电流、 下游监测点暂态零 模电流幅值； 0016 故障定位。

12、模块， 被配置为利用故障点上游监测点暂态零模电流与下游监测点暂态 零模电流幅值与频率差异、 构造并比较特征量， 以斜率距离区分流过区段两侧暂态零序电 流相似性， 形成故障区段定位判据， 确定故障点所在区段。 0017 作为可选择的实施方式， 还包括故障判断模块， 被配置为根据故障点两侧零序电 流的波形对比数值， 判断是否发生单相接地故障， 若故障点同侧以及同时位于故障点上游 或下游的两个相邻检测点， 其暂态零模电流幅值和频率超过设定值， 则为单相接地故障。 0018 一种计算机可读存储介质， 其中存储有多条指令， 所述指令适于由终端设备的处 理器加载并执行所述的一种基于斜率距离的配电网单相接地。

13、故障定位方法。 0019 一种终端设备， 包括处理器和计算机可读存储介质， 处理器用于实现各指令； 计算 机可读存储介质用于存储多条指令， 所述指令适于由处理器加载并执行所述的一种基于斜 率距离的配电网单相接地故障定位方法。 0020 与现有技术相比， 本公开的有益效果为： 0021 本公开强调波形形状的差异及较好的容错性， 只需向主站传送计算出的分段斜率 数据， 数据传输量减小， 大大减轻了通讯负担； 同时还具有只需要检测零模电流， 不需要检 测零模电压， 易于实施， 检测灵敏度高的优点， 具有很大的工程实际应用价值。 附图说明 0022 构成本公开的一部分的说明书附图用来提供对本公开的进一。

14、步理解， 本公开的示 意性实施例及其说明用于解释本公开， 并不构成对本公开的不当限定。 0023 图1是基于分布参数的故障等效网络； 0024 图2是单相接地故障暂态零模电流分布规律； 0025 图3是本实施例的区段结构； 0026 图4是故障点前后原序列与斜率序列对比图； 0027 图5是故障两侧零模电流对比图； 0028 图6是故障点前后原序列与斜率序列对比图。 具体实施方式： 0029 下面结合附图与实施例对本公开作进一步说明。 0030 应该指出， 以下详细说明都是例示性的， 旨在对本公开提供进一步的说明。 除非另 有指明， 本文使用的所有技术和科学术语具有与本公开所属技术领域的普通技。

15、术人员通常 说明书 2/5 页 4 CN 111766473 A 4 理解的相同含义。 0031 需要注意的是， 这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式， 而非意图限制根 据本公开的示例性实施方式。 如在这里所使用的， 除非上下文另外明确指出， 否则单数形式 也意图包括复数形式， 此外， 还应当理解的是， 当在本说明书中使用术语 “包含” 和/或 “包 括” 时， 其指明存在特征、 步骤、 操作、 器件、 组件和/或它们的组合。 0032 一种利用故障点上游监测点暂态零模电流与下游监测点暂态零模电流幅值与频 率差异、 构造并比较特征量， 基于斜率距离的配电网单相接地故障定位方法， 确定故障点。

16、所 在区段的定位方法。 该发明实现了配电系统小电流接地故障的有效定位， 有着广泛的实际 应用价值。 为了解决以上技术问题， 本发明采取如下技术方案。 0033 当单相接地故障时， 相当于在故障点附加一个与故障前电压幅值相等、 极性相反 的虚拟电压源， 根据边界条件可以得到基于分布参数的故障分量等效电路,如图1所示。 图 中Uf为虚拟电源， 等于故障点故障前的反相电压； Rf为故障点过渡电阻； i0f、 i1f、 i2f分别为0、 1、 2模网络的电流； u0f、 u1f、 u2f分别为0、 1、 2模网络的电压。 0034 通过基于分布参数的故障等效网络分析， 得到了小电流接地故障暂态零模电流。

17、分 布规律如图2所示， 其中， Cso为母线以及背后电源对地电容母线； L是消弧线圈电感， S是开 关， 打开S为不接地系统， 关闭S则为经消弧线圈接地系统。 0035 若线路 发生小电流接地故障， 监测点M、 N、 P三点的具有以下电流关系， 线路母线 侧零序电流为i0MiS0+i0+i0； i0Ni0M+iC1； 式中i0M为所有非故障线路对地零模电容电流 之和； iC1为MN区段对地零模电容电流。 由于MN区段线路距离较短， 对地电容电流相对于非故 障线路零模电容电流总和所占比例较小,可忽认为i0Ni0M， ， MN区段两端检测到的零模电 流波形相似。 0036 故障线路负荷侧P点电流为。

18、i0Pic4,零序电流方向为从故障点流向负荷侧。 iC4为 OP区段对地零模电容电流,数值较小， i0N数值远大于i0P， 并且电流方向相反， 检测点N、 P两 点的零模电流波形不相似， 得出故障点两侧零序电流的波形对比， 故障点同侧以及同时位 于故障点上游或下游的两个相邻检测点， 其暂态零模电流幅值接近且频率差异不大， 波形 相似程度高； 故障点两侧二者差异较大， 电流波形相似性低,基于此特征可以实现故障定 位。 0037 在对信号波进行分段线性表示的基础上， 增加线段趋势模式参数， 解决普通斜率 距离度量的局限性。 当零模电流发生高频扰动时， 表现为多次斜率的突变， 如不引入模式参 数， 。

19、则累加斜率距离值将相互抵消， 明显Dk不合理。 模式参数有效提高了斜率距离度量波的 相似的局限性。 0038 将零模电流的波形进行分段线性表示， 增加其分段数量， 无论波形的方向或幅值 如何变化， 随着分段量的增加,斜率距离值保持单调增加， 提高了算法的稳定性和可靠性。 0039 以斜率距离Dk(s、 s )区分流过区段两侧暂态零序电流相似性， 形成故障区段定位 判据， 如图3所示。 0040 利用故障指示器分别采集F1、 F2、 F3三处的暂态零序电流。 若故障发生在出线口f1 区段， 比较F1和F2处两个采集点采集到的暂态零序电流， 故障点两侧采集到的暂态零序电流 信号在波形、 主谐振频率。

20、和幅值上差异显著， 根据斜率计算公式， 计算Dk数值与设定的阈值 进行比较， 得到Dk(I(F1),I(F2) ， 其中阈值 可通过多次现场试验获得， 由此判断该区段 说明书 3/5 页 5 CN 111766473 A 5 为故障区段； 若故障发生在f2处， 流过F1和F2的零序电流属于故障点同侧， 流过F1和F2两点的 暂态零序电流信号波形相似， 幅值、 主谐振频率相近， 在信号同步误差范围内， 计算得到Dk 距离， 有Dk(I(F1),I(F2) ， 由此 可判定故障区段位于F2和F3之间。 0041 根据检测点两侧采集的暂态零序电流所计算的Dk距离大于阈值 ， 则判定为区段 内故障； 。

21、否则， 判定为区段外故障。 0042 若故障点下游线路较短， 故障点下游区段的对地电容电流比较小， 下游检测不到 暂态零序电流信号， 此时沿线找到第1个检测不到零序电流信号， 其与上游相邻区域的区段 即为故障区段。 若故障发生在F2和F3之间， 并且F3处及下游检测不到零模电流信号， 而F1和F2 之间区段的Dk(I(F1),I(F2) ， 这种情况下可以判定故障点位于F2和F3之间区段。 0043 某10kV谐振接地配电网系统， 接地故障方式为经电弧接地， 共4条出线， 电容电流 约45A， 根据实验录波数据， 获得各条出线出口处的零模电流。 故障点下游与健全线路零模 电流特征相同， 可使用。

22、健全线路零模电流数据代替故障点下游零模电流， 一次电弧接地故 障波形如图4所示。 0044 暂态时段取12ms， 应用斜率的定位方法计算图5和图6所示故障数据的斜率距离结 果为DK(S S )2.5820， 大于设定阀值， 则判断该区段为故障区段。 0045 本领域内的技术人员应明白， 本公开的实施例可提供为方法、 系统、 或计算机程序 产品。 因此， 本公开可采用完全硬件实施例、 完全软件实施例、 或结合软件和硬件方面的实 施例的形式。 而且， 本公开可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机 可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、 CD-ROM、 光学存储器等)上实施的计算机程。

23、序产 品的形式。 0046 本公开是参照根据本公开实施例的方法、 设备(系统)、 和计算机程序产品的流程 图和/或方框图来描述的。 应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流 程和/或方框、 以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。 可提供这些计算机程序 指令到通用计算机、 专用计算机、 嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产 生一个机器， 使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实 现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。 0047 这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以。

24、特 定方式工作的计算机可读存储器中， 使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指 令装置的制造品， 该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或 多个方框中指定的功能。 0048 这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上， 使得在计 算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理， 从而在计算机或 其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一 个方框或多个方框中指定的功能的步骤。 0049 以上所述仅为本公开的优选实施例而已， 并不用于限制本公开， 对于本领域的技 术人员来说， 本公开可以有各种更改和变。

25、化。 凡在本公开的精神和原则之内， 所作的任何修 改、 等同替换、 改进等， 均应包含在本公开的保护范围之内。 0050 上述虽然结合附图对本公开的具体实施方式进行了描述， 但并非对本公开保护范 说明书 4/5 页 6 CN 111766473 A 6 围的限制， 所属领域技术人员应该明白， 在本公开的技术方案的基础上， 本领域技术人员不 需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本公开的保护范围以内。 说明书 5/5 页 7 CN 111766473 A 7 图1 图2 图3 说明书附图 1/3 页 8 CN 111766473 A 8 图4 图5 说明书附图 2/3 页 9 CN 111766473 A 9 图6 说明书附图 3/3 页 10 CN 111766473 A 10 。