考虑不确定因素的配电网接地故障在线检测方法_孙良志.pdf

，基金项目微型电脑应用 年第 卷第期基金项目：国网山东省电力公司科技项目（）作者简介：孙良志（），男，本科，高级工程师，研究方向为电网运行与维护；洪亚（），男，本科，高级工程师，研究方向为电网调度运行；贾玭（），男，本科，工程师，研究方向为配电网运行；韩广瑞（），男，本科，工程师，研究方向为电网调度自动化。文章编号：（）考虑不确定因素的配电网接地故障在线检测方法孙良志，洪亚，贾玭，韩广瑞（国网山东省电力公司聊城供电公司，山东，聊城 ）摘要：配电区间接地故障的类型区分标准混乱，导致故障在线检测滞后，因此，研究考虑不确定因素的配电网接地故障在线检测方法。计算不确定因素影响下的配电网接地故障特征值，并根据特征值判断在线检测配电网接地故障区间，据此确定故障的类型分类标准，并在配电网线路中确定接地故障区间的位置，完成配电网接地故障在线检测。实验结果表明考虑不确定因素的配电网接地故障在线检测方法的故障在线检测滞后时延最高为 ，说明其类型区分标准具有针对性，在线检测时间较少，实际应用效果得到保证。关键词：不确定因素；配电网接地故障；故障区间；在线检测中图分类号：文献标志码：，（，）：，：；引言为了提高配电网接地故障的在线监测准确性，分析国内配电网接地故障的产生原因及引发后果，确定了能够抑制接地故障的小电流接地系统，通过谐波接地处理和电弧熄灭，使单相接地故障在检测到的瞬间消除并永久抑制，使配电网供电更加稳定可靠。国外配电网的接地故障暂态量幅值较高，因此无法确定故障幅值对谐波接地的影响，难以定位微弱的干扰电流，且故障暂态信息的特征关系都十分复杂，维数越高的配电线路，其线路结构涉及的相关干扰越严重，从而无法确定具体的接地故障检测位置。因此，准确定位接地故障的线路区间，须分析不确定因素影响关系。通过匹配馈线终端采集零序电压数据，确定信号暂态量的单相接地区段；通过对称线电压检测电流故障，分析零序电流波形特征，借助配电自动化系统数据进行对比分析，从而根据设备需要配置参数。但集成系统运行难以精准检测故障特征，且在线监测的滞后时延较长，留给配电网切断接地故障线路的时间太短，造成配电网接地故障检测实际应用的效果不理想。文献 利用首容性分量的零序电流，确定配电网小电流接地单相故障区段，检测暂态能量区的电缆交界分段，避免现场验证分段的交界处产生的微弱电流干扰线路故障确定，但缺少对故障定位效果的阐述。文献 分析配电网幅值分布的差异，通过暂态零序电流确定故障区段分布情况，并引入相关系数值监测故障区段定位的准确度，利用变分模态分解配电网高阻接地的故障区段。但该种方法对人工技术有要求，其在线检测的滞后时延较高。文献 利用三相短路电流的粒子群破坏方法，建立配电网故障重构协同机 ，基金项目微型电脑应用 年第 卷第期制，优化故障判别功能，但尚未对配电网适应性进行考证。针对上述问题，提出考虑不确定因素的配电网接地故障在线检测方法。计算不确定因素影响下的配电网接地故障特征值，据此定位故障，完成配电网接地故障在线检测。最后进行仿真测试，验证传统方法与考虑不确定因素的配电网接地故障在线检测方法的故障定位效果。通过模态分解确定在线检测的滞后时延，并调节粒子群的协同机制，确定配电网的适应性。考虑不确定因素的配电网接地故障在线检测方法设计 计算不确定因素影响下的配电网接地故障特征值为了确定配电网接地故障的区间，要计算不确定因素影响下的配电网接地故障特征值。首先要分析配电网接地故障的等效网络，判断零序网络对地故障容抗率。其次计算对地并联支路的电阻，可得配电网接地故障等效网络电路结构，如图所示。图配电网接地故障等效网络电路分析图可知，设配电网接地故障点的等效电压源为，求得故障点接地电阻的大小为。计算得到消弧线圈有功损耗等值电阻为，其中等值电感大小为。从图可知，配电网接地线路条数为，分布在其间的区段表达式为（，），则 作为等效对地电容在线路的第个区段值，其表达式为，由此得到，在不确定因素的影响下，等效对地电容在线路中的故障线路信号。根据非故障线路在首半波配电网络中的大小，确定非故障线路的极性方向。考虑到配电网接地故障特征量与首半波的幅值和极性相关根据接地故障特征区段电容表达式计算幅值大小，公式如下。（）因此，在不确定因素影响下的配电网接地故障区段特征值计算公式如下。（）（）式中，配电网接地故障特征基波零序电压相位大小为，接地故障电流幅初始值为。由此得到不确定因素影响下的配电网接地故障全区段特征值，公式如下。（）通过对比配电网接地故障特征值，在线监测配电网，并判断接地故障区间。在线检测配电网接地故障区间根据配电网接地故障特征值和配电网接地故障在线检测区间，绘制 相接地时的相量图，如图所示。图配电网接地故障 相接地时的相量图通过图相量分析，在配电网接地故障产生后，可以看出线路内的零序电流存在非线性的特性。利用不确定因素分类计算多类数接地故障特征，针对收敛不振荡的设置参数进行阻尼设置，据此总结出配电网接地故障的全区段特征，并对特征引脚符号进行说明，如表所示。表配电网接地故障的全区段特征引脚说明编号符号引脚说明 电源机 电源正极（）（悬空）（）数据命令选择端（）读写控制信号（）使能信号 根据表，对比全区段特征值，利用得到的分类样本在线检测故障区间对设定周期内的配电网接地故障信号进行采样，并将故障信号分解为直流分量和正余弦信号，计算公式如下。（）（，）（）式中，配电网接地故障谐波的次数依次表示为第代数值，通过叠加得到线性正余弦信号，设产生代谐波的正弦项振幅为，产生代谐波的余弦项振幅为项的振幅。为避免故障区间分量相位不等，将各次谐波的正余弦振幅做和处理。通过谐波直流分量进行线性叠加，以此配置在线检测配电故障区间网络，如图所示。，基金项目微型电脑应用 年第 卷第期图配电故障区间网络配置根据图，对配电网接地故障区间进行在线检测。通过单相接地相量图，区分配电网线路中的故障形式，识别两相或三相短路故障类型，隔离幅值较大的接地故障区间。利用在线检测区分故障线路，以此确定接地故障的线路位置。.确定区间接地故障线路位置根据在线检测结果，结合接地故障特征值判断区间接地故障线路位置。首先制定配电区间接地故障的类型标准，根据特征引脚说明计算接地故障电压，计算公式如下（）（）（）式中，区间接地故障的线路编号表达式为（，），则该配电网区间故障点所在区间编号可表达为（，），接地故障线路首段测得的零序电流表达式为，设接地故障首段测得的电容表达式为。总区段共有户，则区段数量的取值范围为（，），从而得到故障暂态零序电流信号在时域和频域上的计算公式。（）（）（）式中，该故障暂态零序分量总数为，配电网区间接地故障的瞬时幅值函数为（），瞬时相位值为，则配电网区间接地故障瞬时能值计算公式如下。（）（）（）根据式（），对区间接地故障线路的位置进行判断，如图所示。当区间瞬时能值小于接地故障线路能值时，该配电网线路处于接地故障中；当配电网线路大于或等于接地故障线路能值时，该配电网线路运行正常，据此对配电网接地故障进行在线检测。图判断区间接地故障线路位置.完成配电网接地故障在线检测根据综合配电网单相电压，对配电网接地故障线电压进行监测，利用零序电压识别虚假接地故障特征。当发生单相接地故障时，根据故障选线进行区段定位，并绘制装置启动前后的故障零序电压波形，如图所示。图装置启动前后的故障零序电压波形对波形斜率的小时间窗内故障进行总结，并计算电网接地故障斜率，计算公式如下。（）（）（）（）式中，（）为正弦项接地故障斜率，（）为余弦项接地故障斜率。通过检测配电网线路的斜率突变值，确定配电网接地故障的突变值，公式如下。（）（）（）根据式（）即可确定故障线路与正常线路的区别，并对配电网接地故障突变的区间进行计算，公式如下。（，）（），（）（）利用二者之间的区别判断配电网接地故障是否已经发生，完成配电网接地故障在线检测。至此，完成对考虑不确定因素的配电网接地故障在线检测方法的设计。实验 实验准备实验开始前，调试配电网检测电路，调整配电网检测采集模块程序，利用数据采集模块实时接收检测数据，并对检测数据进行初步处理，判断显示信息格式是否符合检测数据的要求，并以此制定配电网检测电路数据传输格式，如表所示。根据表，统计典型故障的区段定位特征聚类结果，如表所示。，基金项目微型电脑应用 年第 卷第期表配电网检测电路数据传输格式编号数据位数据格式 串行数据格式 串行数据格式 空脚 差分复位端 ：复位 背光源正极 背光源正极表配电网检测电路区段定位特征聚类分类数区段定位特征聚类结果 对表的数据进行故障在线检测滞后时延测试。对比故障在线检测滞后时延应用传统方法、传统方法、传统方法与考虑不确定因素的配电网接地故障在线检测方法分别对聚类结果为 、的故障数据进行检测，得到对应的故障在线检测滞后时延结果如表所示。表聚类结果 的故障在线检测滞后时延组别传统方法传统方法传统方法本文方法 分析表可知，考虑不确定因素的配电网接地故障在线检测方法的故障在线检测滞后时延最高为 ，最低为 ，与其他方法相比，在线检测方法时延最小，更具有实际应用价值。总结研究考虑不确定因素的配电网接地故障在线检测方法，能够有效区分配电网接地故障，通过克服接地电阻电流对检测结果的影响，划分配电区间接地故障的类型区分标准，有效缓解了故障区段的定位时间滞后的问题。今后应当对噪声干扰带来的不利影响进行研究，通过补偿消弧线圈的缺失信号，进一步缩小检测接地故障的周期。参考文献李亚国，王瑞珏，张伟，等 基于故障反演阵的配电网接地定位终端数据质量评价方法 电子设计工程，（）：肖启明，郭谋发基于变分模态分解与图信号指标的配电网高阻接地故障识别算法 电气技术，（）：刘子俊，王廷凰，黄福全，等 基于粒子群破环的主动配电网故障重构协同优化电力信息与通信技术，（）：郭利爽，马宏涛，李凤婷基于电抗器电压暂态特性的直流配电网故障检测方案电力电容器与无功补偿，（）：刘一欢，邵文权，朱晨燕，等利用零序电流倍增特征的不接地系统故障选线电力电容器与无功补偿，（）：苑波，李至蕙，王笑乾，等 城市配电网故障定位技术的分析河北电力技术，（）：刘战磊，曾祥君，喻锟，等基于不平衡过电压动态抑制的谐振接地配电网单相接地故障保护新方法电力系统保护与控制，（）：阚哲，杨凡，韩景宇，等基于 的配电网故障选线方法研究辽宁石油化工大学学报，（）：朱占春，潘宗俊，唐金锐，等基于单端暂态能量谱相似性的配电网故障区段定位新方法电力科学与技术学报，（）：汪剑波，李志超，程序，等 含分布式电源的配电网故障快速识别及 仿真微型电脑应用，（）：王晓伟，张晓，赵倩宇，等基于暂态零模电流的配电网故障区段定位智慧电力，（）：钟健，姚康，董泽康基于有效频带内暂态电流差值的配电网故障选线电工技术，（）：杜严行，景涛，韩博区 一种外施信号源型故障指示器及故障定位系统的工程应用 宁夏电力，（）：杨耿杰，许晔，高伟，等基于能量谱相似度自适应聚类的配电网接地故障区段定位方法 电力自动化设备，（）：（收稿日期：）