一种配电线路高阻接地故障的在线检测方法

摘要

本发明公开了一种配电线路高阻接地故障的在线检测方法，通过测得高阻接地故障发生后2~3个周期内的零序电压波形，其谐波频谱中蕴含了高阻接地的故障信息，可用于高阻接地故障的在线检测，属于电力系统保护和控制领域。本方法采集变压器二次侧馈线的零序电压谐波，根据线路拓扑结构确定故障特征谐波频率（通常在1000~5000Hz之间），通过检测谐波幅值和频率，判断线路是否发生了高阻接地故障。该方法尤其适用于10kV及以下的小电流接地系统，只需采集零序电压信号进行分析。与现有的判别方法相比信息采集更加方便、灵敏度更高、有效区别于其他工况及故障类型，减少拒动和误动，辨识更加准确。

说明书

技术领域

本发明属于电力系统保护和控制领域，特别涉及一种针对小电流接地系统的低压（6~10kV）配电线路高阻接地故障的检测方法。

技术背景

单相接地故障是电力系统中常见的故障，本身不具有严重的危害性，但是十分容易引其更加严重的事故。从现场故障录波分析中发现，在所有的相间故障中，有相当一部分是由单相接地故障发展而来。6~10kV配电线路靠近用户，周围环境复杂，很容易发生高阻接地故障，所以针对配电线路的在线监测检测方法很有研究价值。线路一般采用小电流接地系统，系统发生单相高阻接地故障时，短路电流小，常规保护对于此类故障不起作用，难以辨识和检测，导致故障初期很难被发现。即使多数高阻接地故障是短时的，会自行消失，但也有相当一部分故障容易演化成更为严重的直接短路故障。

进行配电网高阻接地故障的在线辨识和监测，可以及时发现、及时预警、及时定位、及时处理，不至于发展成为严重故障，从而消除故障隐患，减少停电事故的发生，保证供电连续性和供电可靠性。此外，通过对高阻接地的在线监测检测，还能针对短时自愈的高阻接地故障进行统计分析，确定高阻接地故障高发区域，提前进行预防和处理。因此，对高阻接地故障特征的研究从提高配电网运行可靠性的角度上看，有着十分重要的意义。

之前对于高阻故障的研究主要是通过获得的电压电流信号波形的一些特征量进行高阻接地故障的识别和保护。利用对故障信号的多分辨分析产生的小波系数取绝对值构成高阻故障的判据。但通过系统的分析表明该算法对于故障分类，接地电阻阻值，故障位置等信息都不够敏锐；提出通过监测零序电流所产生的偶次谐波的能量的变化检测高阻接地故障的方法。对于故障电流在5A以上的高阻接地故障具有很高的准确率，但该方案的应用范围是基于110kV以及以上电压等级的输电线路，对于配电线路难以使用。

发明内容

由于目前低压配电网单相高阻接地故障的故障特征非常不明显，常规保护和应用在高电压等级的辨识方法效果十分不理想。本发明的目的是提供了一种输电线路高阻接地故障的在线检测方法，根据线路的拓扑结构确定故障线路特征谐波，谐波频率通常在1000~5000Hz之间，幅值达基波幅值5%~7%。通过检测故障线路零序电压中特征谐波频谱来监测单相高阻接地故障的发生。

为了达到以上目的，本发明的技术方案为：一种输电线路高阻接地故障的在线检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

所述的配电线路高阻接地故障的在线检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

1）根据线路拓扑结构确定故障特征谐波频率；

2）对变压器二次侧馈线的零序电压进行在线监测，获得一个周波的采样值F(n)，n=1，2······N，N为整数，取值在120~240；

3）通过对采样值序列的FFT分析，以工频电压为基波得出分析频谱；

4）验证是否发生了频率f_N：1000~5000Hz的特征谐波幅值达基波幅值5%~7%的尖峰突变特征，如果符合此高阻接地故障判别条件，则认定为高阻接地故障；

5）每0.02秒重复一次步骤(1)~(4)，得到每个周波是否发生高阻接地故障的结果。

所述的配电线路高阻接地故障的在线检测方法，当单相高阻接地故障发生时，对故障线路零序电压波形中产生的谐波进行频谱分析会发现在某一频率处会产生尖峰突变，根据不同的线路拓扑结构，该频率在1000~5000Hz之间。这一突变中蕴含了高阻接地的故障信息，频率最高的这一谐波可称为高阻故障特征谐波，通过对该特征谐波进行分析，验证是否满足故障判据，以此进行故障的辨识。

所述的配电线路高阻接地故障的在线检测方法，单相高阻接地故障特征谐波的提取需要利用装设的在线采集装置，对采集到的零序电压进行实时的FFT频谱分析，提取出高阻故障特征谐波的频率、幅值以及直流分量的大小。

所述的配电线路高阻接地故障的在线检测方法，针对高阻故障特征谐波频谱分析，发生高阻接地故障的判据是频率为1000~5000Hz之间、幅值达基波幅值5%~7%。

所述的配电线路高阻接地故障的在线检测方法可以根据高阻故障特征谐波的幅值和频谱的形态，进行不同的接地电阻阻值的估算。在确定了线路拓扑结构获得线路参数后，可以确定线路故障特征谐波幅值随故障电阻变化规律曲线。当线路发生故障，判别出是高阻接地故障后，可以以此曲线作为为参考值对线路的故障电阻进行估算。

所述的配电线路高阻接地故障的在线检测方法，可以根据高阻故障特征谐波的幅值和频谱的形态，进行故障相角和零序电压瞬时值的估算。在确定了线路拓扑结构获得线路参数后，可以确定线路故障特征谐波形态随故障相角变化规律曲线。当辨识出线路发生单相高阻接地故障确定故障后，可以以此曲线作为为参考值对线路的故障相角和电压瞬时值进行估算。

与现有技术相比，本发明专利的有益效果是：

1）所依照的理论成熟，技术可靠性高，辨识分析效果稳定，克服了用于辨识的信号特征不明显的弱点。

2）用于实现辨识功能的测量仪器设备技术成熟，克服了在实际生产运行过程中难以实现的缺点。

3）可以在实时监测的基础上对故障发生频率进行统计分析，为线路维护工作提供可靠的数据支持和指导性意见。

附图说明

图1是本发明故障阻值为500Ω高阻故障特征谐波频谱的仿真图型。

图2是本发明关于特征谐波幅值随故障电阻变化规律仿真图型。

具体实施方式

 一种配电线路高阻接地故障的在线检测方法具体实施方式为：

 1）根据线路拓扑结构确定故障特征谐波频率。

 2）对变压器二次侧馈线的零序电压进行在线监测，获得一个周波的采样值f（n），n=1，2······N，N为整数，取值在120~240。

 3）通过对采样值序列进行FFT分析，以工频电压为基波得出分析频谱。

 4）验证是否发生了频率f_N：1000~5000Hz的特征谐波幅值达基波幅值5%~7%的尖峰突变特征。如果符合高阻接地故障此判别条件，则认定为高阻接地故障。

 5）根据故障线路测得的特征谐波幅值和线路拓扑结构得到的谐波幅值随故障电阻变化规律估算故障电阻阻值。

 6）根据故障线路测得的特征谐波频谱形态和线路拓扑结构得到的谐波幅值随故障电阻变化规律估算故障相角和电压瞬时值。

每0.02秒重复一次以上步骤。

以上所述仅为本发明的较佳实施实例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。