基于相电流突变特征的小电流单相接地选线方法及系统与流程

本发明属于电力测量，具体涉及基于相电流突变特征的小电流单相接地选线方法及系统。

背景技术：

1、配电网的运行情况不仅反映了供电系统的安全性，也是向用户提供可靠性电能的重要指标，因此，需要最大限度地减少配电网故障带来的影响。配电网通常采用小电流接地方式，虽然小电流接地方式可以保障供电可靠性，但小电流接地系统发生单相接地故障后，由于故障电流比较小和故障不稳定等因素，会增加快速准确地选切故障线路的困难。

2、小电流接地装置大多利用系统母线零序电压及各支路零序电流信号进行选线，技术成熟且市场应用较广。然而部分变电站或开闭站内由于不具备零序电流互感器和零序电压互感器的安装条件，无法直接获取零序电流和零序电压信号。

3、例如中国专利cn109507519b，公开一种小电流接地故障选线方法、装置和系统，该方法包括：获取配电网中消弧线圈两端的电压，当消弧线圈两端的电压均大于相电压的一半时，设定延迟时间；在达到延迟时间之后，获取逆变器向配电网中注入的低频恒流信号，其中，低频恒流信号由逆变控制器控制逆变器产生；分别计算配电网中各条输电线路的零序电流振荡变化率；确定各线路零序电流振荡变化率中的最大值对应的输电线路为故障线路；分别计算故障线路中的各相的电流振荡变化率；确定各相电流振荡变化率中的最大值对应的相为故障相。采用该方法能够简单准确的选出故障线以及对应的故障相，且不会影响电压互感器的测量精度。又例如中国专利申请cn105445616a，公开了一种基于受控零序电流的小电流接地选线系统及方法，系统包括位于非直接接地的三相交流输配电系统的各个出线线路上的电流互感器，以及一个与所述三相交流输配电系统的非直接接地系统的中性点连接的脉冲零序电流生成电路，非直接接地系统中性点通过消弧线圈接地，脉冲零序电流生成电路与所述消弧线圈并联，通过控制生成脉冲零序电流，采集各个出线线路上零序电流的波形，出现明显变化的波形所对应的出线线路即为接地出线，当所有的出线线路均未判断为接地，而又出现中性点电压上升，即单相接地特征时，判定接地在进线、母线范围；该发明可实现准确有效判定接地线路。

4、然而，上述现有技术中，仅识别接地线路的故障相，且未对接地线路的故障方向和故障区间进行判别，在实际情况中，小电流单相接地时故障方向和故障区间的精准定位可以提高电力安全保障的时效性。

技术实现思路

1、为解决上述问题，本发明提供了基于相电流突变特征的小电流单相接地选线方法及系统，以解决现有技术中的问题。

2、为了达到上述的发明目的，本发明提出基于相电流突变特征的小电流单相接地选线方法，包括：

3、步骤s1：基于电力系统的传输路径设置传输节点，基于所述传输节点的电力传输类型设置节点标签，模数转换器基于预设采样频率分别采集所述传输节点的三相电流瞬时量，基于所述三相电流瞬时量合成零序电流；

4、步骤s2：若所述零序电流在预设采样周期内存在突变特征，则判断三相电流中存在接地故障，获取所述接地故障的触发时间，基于所述预设采样周期在所述触发时间的前后提取所述三相电流的同步波形数据；

5、步骤s3：基于所述同步波形数据分别提取所述三相电流在所述触发时间的电流突变量，将所述电流突变量基于滤波处理生成高频暂态突变量，所述高频暂态突变量基于傅里叶变换生成所述三相电流的突变矢量，基于所述突变矢量计算所述三相电流的突变量值，若所述突变量值的最小值小于等于第一阈值，则基于第一准则判断所述接地故障是否为单相接地故障，否则，基于第二准则判断所述接地故障是否为所述单相接地故障；

6、步骤s4：若所述接地故障为所述单相接地故障，则将所述三相电流中最大突变量值对应的相别设定为故障相别，并基于所述传输路径和所述节点标签获取所述单相接地故障的故障方向，基于所述故障方向选择故障区间，并断开所述故障区间的运行线路，基于所述故障相别和所述故障区间实施电力保障操作。

7、进一步地，所述基于第一准则判断所述接地故障是否为单相接地故障包括如下步骤：

8、所述第一准则包括第一公式，所述第一公式为：其中，和分别为所述三相电流中a相电流、b相电流和c相电流的突变矢量，| |为取模运算符号，和分别为所述三相电流中所述a相电流、所述b相电流和所述c相电流的突变量值，inab、inbc和inca分别为所述a相电流与所述b相电流之间、所述b相电流与所述c相电流之间以及所述c相电流与所述a相电流之间的比例系数，iset1为第一预设值，iset2为第二预设值，max()为取最大值运算符号，min()为取最小值运算符号；

9、若所述比例系数均满足所述第一公式，则判断所述接地故障为所述单相接地故障。

10、进一步地，获取所述同步波形数据包括：

11、在所述触发时间前且距离所述触发时间为两个预设采样周期的时间点内，提取一个预设采样周期的同步波形，设定为对比波形数据，在所述触发时间后且距离所述触发时间为任意时间点设定为起始点，基于所述起始点提取一个预设采样周期的同步波形，设定为分析波形数据，将所述对比数据和所述分析数据组合为所述同步波形数据。

12、进一步地，所述基于第二准则判断所述接地故障是否为所述单相接地故障包括以下步骤：

13、所述分析波形数据包括a相突变波形、b相突变波形和c相突变波形，所述第二准则包括第二公式，所述第二公式为：其中，pab、pbc和pca分别为所述a相突变波形与所述b相突变波形之间、所述b相突变波形与所述c相突变波形之间以及所述c相突变波形与所述a相突变波形之间的第一相关度，和分别为在所述分析波形数据中a相电流、b相电流和c相电流的突变量值，iset3为第一预设值，δian(t)、δibn(t)和δicn(t)分别为所述a相电流、所述b相电流和所述c相电流的高频暂态突变量，max[]为取最大值运算符号，min[]为取最小值运算符号，t为0至(n-1)的正整数，n为所述分析波形数据包含所述预设采样频率的总数量；

14、计算第二相关度，若所述第一相关度和所述突变量值均满足所述第二公式，且最大第一相关度与最大第二相关度对应的两个相突变波形为相同相，且最小第一相关度与最小第二相关度对应的两个相突变波形为相同相，则判断所述接地故障为所述单相接地故障。

15、进一步地，计算所述第二相关度包括以下步骤：

16、基于第三公式计算所述第二相关度，所述第三公式为：其中，rab、rbc和rca分别为所述a相突变波形与所述b相突变波形之间、所述b相突变波形与所述c相突变波形之间以及所述c相突变波形与所述a相突变波形之间的第二相关度。

17、进一步地，基于所述传输路径和所述节点标签获取所述单相接地故障的故障方向包括以下步骤：

18、所述节点标签包括电源传输侧和负载传输侧，基于所述同步波形数据获取所述接地故障后的零序电流，并设定为第一矢量，获取所述故障相别在所述接地故障前后的电流矢量差，若所述第一矢量与所述电流矢量差相同，则判定所述故障方向为所述负载传输侧，若所述第一矢量与所述电流矢量差不相同，且所述零序电流矢量的电流值小于第二阈值，则判定所述故障方向为所述电源传输侧。

19、进一步地，所述基于所述故障方向选择故障区间包括以下步骤：

20、获取所述传输路径中所述传输节点和所述故障方向包含的所有剩余传输节点，并设定为分析区间，将所述分析区间中所有传输节点设定为测量点，基于预设时间周期依次获取所述测量点的零序电流波形，并获取任意两个相邻测量点的零序电流波形在相同时间点上的差值，设定为第一差值，将所有第一差值组合生成第一波形，若所述第一波形中存在所述第一差值的绝对值大于第三阈值的情况，则判定所述两个相邻测量点之间发生所述接地故障，并将所述两个相邻测量点之间的线路区间设定为所述故障区间。

21、进一步地，基于所述三相电流瞬时量合成零序电流包括以下步骤：

22、基于第四公式合成第m个零序电流所述第四公式为：其中，m为所述预设采样频率对应的第m个采集点，和分别为所述三相电流中a相、b相和c相对应的第m个瞬时量；

23、设定条件公式，若所述零序电流对应的零序电流采样值满足所述条件公式，则判定为存在突变特征，并将所述第m个采集点对应的时间点设定为所述接地故障的触发时间，所述条件公式为：|io(m)-io(m-t)|＞k1|io(m-t)-io(m-2t)|+k2×ie，其中，t为所述预设采样周期，ie为线路额定电流，|io(m)-io(m-t)|为第m个采集点与第m-t个采集点对应的零序电流采样值之间差值的绝对值，|io(m-t)-io(m-2t)|为第m-t个采集点与第m-2t个采集点对应的零序电流采样值之间差值的绝对值。

24、进一步地，所述提取所述三相电流在所述触发时间的电流突变量包括：

25、基于第五公式计算所述三相电流的电流突变量，所述第五公式为：其中，δia(f)、δib(f)和δic(f)分别为所述三相电流中a相、b相和c相的电流突变量，f0为所述触发时间对应的时间点，f为1至f的正整数，f为所述预设采样周期中包含时间点的数量，t为所述预设采样周期，ia(f+f0)、ib(f+f0)和ic(f+f0)分别为所述分析波形数据中a相、b相和c相在第f+f0个时间点的数值，ia(f+f0-t)、ib(f+f0-t)和ic(f+f0-t)分别为所述分析波形数据中a相、b相和c相在第f+f0-t个时间点的数值。

26、本发明还提供了基于相电流突变特征的小电流单相接地选线系统，该系统用于实现上述所述的基于相电流突变特征的小电流单相接地选线方法，该系统主要包括：

27、采集模块，基于电力系统的传输路径设置传输节点，基于所述传输节点的电力传输类型设置节点标签，模数转换器基于预设采样频率分别采集所述传输节点的三相电流瞬时量，基于所述三相电流瞬时量合成零序电流；

28、数据获取模块，若所述零序电流在预设采样周期内存在突变特征，则判断三相电流中存在接地故障，获取所述接地故障的触发时间，基于所述预设采样周期在所述触发时间的前后提取所述三相电流的同步波形数据；

29、类型判别模块，基于所述同步波形数据分别提取所述三相电流在所述触发时间的电流突变量，将所述电流突变量基于滤波处理生成高频暂态突变量，所述高频暂态突变量基于傅里叶变换生成所述三相电流的突变矢量，基于所述突变矢量计算所述三相电流的突变量值，若所述突变量值的最小值小于等于第一阈值，则基于第一准则判断所述接地故障是否为单相接地故障，否则，基于第二准则判断所述接地故障是否为所述单相接地故障；

30、故障定位模块，若所述接地故障为所述单相接地故障，则将所述三相电流中最大突变量值对应的相别设定为故障相别，并基于所述传输路径和所述节点标签获取所述单相接地故障的故障方向，基于所述故障方向选择故障区间，并断开所述故障区间的运行线路，基于所述故障相别和所述故障区间实施电力保障操作。

31、与现有技术相比，本发明的有益效果至少如下所述：

32、本发明首先设置采样频率采集传输节点的三相电流瞬时量，并合成零序电流，可以在无需测量零序电压、零序电流和三相电压的情境下获取零序电流，并实现零序电流的特征监测，然后基于零序电流的突变特征，获取接地故障的触发时间，并提取三相电流的同步波形数据，最后，基于三相电流的突变量值的大小使用第一准则和第二准则分别判断接地故障是否为单相接地故障，并将最大突变量值对应的相别设定为故障相别。

33、本发明还通过传输节点对应的节点标签和零序电流波形精准获取单相接地故障对应的故障方向和故障区间，且对通信的依赖程度不高，从而保障电力安全运行。