基于参数辨识的低压配电线路电弧型接地故障检测方法与流程

本发明涉及低压配电网故障保护领域，且特别是有关于一种基于参数辨识的低压配电线路电弧型接地故障检测方法。

背景技术：

1、接地故障是低压配电系统中的一种常见故障，接地故障的防护与低压配电系统的接线方式有直接关系，tn-c-s系统是我国城镇系统中的主要接线方式。对此类系统而言，其配电变压器至用户表箱前系统为tn-c方式（中性线和地线共用），入户后则采用tn-s方式。用户侧接地故障主要是相线碰pe线（地线）或相线碰设备外壳故障。

2、我国对过流保护和剩余电流保护要求采用三级保护措施，即在变压器出口处、分支线出口以及用户侧（即tn-c-s系统的tn-s部分）分别安装过流和剩余电流保护装置。其实际实现方式包括低压智能微型断路器、低压漏电保护器、塑壳断路器等。

3、尽管如此，对过流保护而言，当发生电弧型接地时，由于故障点电弧电阻大小随机性较强，当故障点电弧电阻较大时，任何一级过流保护理论上均存在保护盲区。而对剩余电流保护而言，tn-c-s系统剩余电流保护则存在总保和中保无法投运的难题，其原因是中性线存在一个或多个接地点，部分中性线电流从接地点返回变压器，导致实际总保处的正常剩余电流远远超过国标要求的500ma，而中保处的正常剩余电流也远超国标要求的300ma，总保、中保无法投运的现象普遍存在。

4、综上所述，对于tn-c-s系统的接地故障，在实际现场中存在大量不安装或无法安装剩余电流保护的场景，其对电弧型接地存在无法感知故障的问题。

技术实现思路

1、针对上述问题，本发明提供提出一种基于参数辨识的低压配电线路电弧型接地故障检测方法，聚焦于解决无剩余电流保护场景下的电弧型接地故障的检测问题。

2、为达到上述目的，本发明技术方案是：

3、基于参数辨识的低压配电线路电弧型接地故障检测方法，包括以下步骤，

4、步骤s1，在低压配电线路上设置监测点，同步采样监测点的电压和电流，提取构建超定方程用的数据；

5、步骤s2，基于所述数据，以半波为单位，分别利用超定方程，计算正半波、负半波下的线路电阻 r1、电感 l1、电压 uh的值，超定方程为，

6、

7、上式中， ih( t)表示采样点电流， us( t)表示采样点电压（t=1,2,3…）， r1表示故障点到监测点之间的线路电阻， l1表示故障点到监测点之间的电感， uh表示故障点的等效直流电源的电压，、、的计算公式为：

8、

9、式中， δt表示采样时间间隔；

10、步骤s3，以半波为单位，对接地故障的辨识结果进行判定，判据为：

11、

12、式中， α表示电弧燃弧电压辨识的判定阈值，表示正半波的故障点的等效直流电源的电压，表示负半波的故障点的等效直流电源的电压。

13、上述基于参数辨识的低压配电线路电弧型接地故障检测方法的步骤s1中，提取构建超定方程用的数据，包括以下步骤，

14、步骤s11，设定每个周波的采样点数为n个，以周波为单位，在监测点对采样点电压 us( t)和采样点电流 ih( t)进行同步采样，并将采样后的离散信号记作采样点电压离散信号 us( n)和采样点电流离散信号 ih( n)；

15、步骤s12，利用快速傅里叶变换得到采样点电压离散信号 us( n)的基波成分的实部和虚部 a、 b，，再通过，计算得到初相角 θ1；

16、步骤s13，分别计算当前周波初始采样点与正半波的间隔δn1以及当前周波初始采样点与负半波的间隔δn2，计算公式为：

17、正半波：

18、 负半波：

19、式中，“|…|”表示取绝对值，“mod |…|2π”表示对角度取模；

20、步骤s14，若采样点电压离散信号 us( n)的初始采样点记作 n0，则得到正半波和负半波的峰值电压点的采样点分别为：

21、正半波：

22、负半波：

23、式中，表示正半波的峰值电压点的采样点，表示负半波的峰值电压点的采样点；

24、步骤s15，假设将数据选取窗口的宽度定为m+1个采样点，则分别以采样点电压离散信号 us( n)的正半波的峰值电压点的采样点、负半波的峰值电压点的采样点为数据选取窗口的中心，向左右两侧分别选取m/2个采样点，完成长度为m+1的采样点电压离散信号 us( n)中的数据提取；

25、步骤s16，获取采样点电流离散信号 ih( n)，并对采样点电流离散信号 ih( n)进行滤波处理,滤除电流中的高频成分，获得低频电流离散信号 i'h( n)；

26、步骤s17，分别以与采样点电压离散信号 us( n)的正半波的峰值电压点的采样点、负半波的峰值电压点的采样点对应的同步电流采样点、作为低频电流离散信号 i'h( n)的正半波数据获取窗口、负半波数据获取窗口的中心，向左右两侧分别选取m/2个采样点，完成长度为m+1的低频电流离散信号 i'h( n)中的数据提取；

27、步骤s18，根据以下公式，利用 i'h(1)、 i'h(2)、……，的值计算出、、……，

28、。

29、本发明的一优选实施例中，所述步骤s16中，滤波处理采用平滑滤波或fir低通滤波。

30、本发明的一优选实施例中，若滤波算法导致 i'h( n)与 ih( n)的相位发生了移动，则需要对滤波后信号的相位进行复归处理。

31、本发明的一优选实施例中，数据选取窗口对应的总时间长度优选为3ms~6ms。

32、本发明的一优选实施例中，电弧燃弧电压辨识的判定阈值 α优选为12v。

33、本发明的一优选实施例中，所述低压配电线路为tn-c-s系统，所述监测点设置在tn-c-s系统的tn-s部分。

34、有益效果，本发明的方法通过识别故障点电弧电压的波形特征以对电弧型接地故障进行检测，使用利用超定方程求解电弧电压未知量的方法，解决了tn-c-s系统下tn-s部分的接地故障的保护盲区，可以以低压智能断路器、漏电保护器、塑壳断路器、智能电表等低压配电终端为实施载体，与已有低压接地故障保护算法相结合以提升接地故障的保护能力。

35、为让发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附图式作详细说明如下。