小接地电流电网单相故障选线方法及装置

摘要

本发明公开一种小接地电流电网单相故障选线方法及装置，可应用于中性点不接地电网和中性点经消弧线圈接地电网中。本发明的故障选线方法，针对不接地和消弧线圈接地情况分别对多种故障信号进行综合处理，分别采用多种选线判据，对每种选线判据构造各线路可能是故障线路的定量化表达式，然后通过综合判断，得到最终的选线结果。本发明的故障选线装置人机界面友好，操作简单，安装、调试简便；装置硬件采用PCI总线工控主板，选线算法采用虚拟仪器技术实现。在小接地电流电网发生单相故障时，能够正确区分单相接地故障、电压互感器断线故障和电压互感器铁磁谐振故障，并经液晶屏显示。极大提高了选线装置对复杂故障情况下的选线正确率。

主权项

1.一种小接地电流电网单相故障选线方法，将小接地电流电网中的两段母线的三相电压和各条线路的零序电流通过信号变换与调理电路板，将电压和电流信号都转换成故障选线装置能接收的电压信号，然后通过PCI数据采集卡，输送到所述装置中，其特征是：在所述装置上执行以下步骤：(1)数据采集信号变换与调理电路板上有32路信号变换和调理电路，其中有6路是两段母线三相电压信号变换和调理，26路是线路零序电流信号变换和调理，经过板上的精密电压/电流变换器转换成故障选线装置可接收的电压信号，并用板上的滤波电路滤除1600Hz以上的高次谐波，通过数据线传送给PCI数据采集卡进行数据采集；(2)数据处理通过PCI数据总线将采集的数据送给PCI总线工控主板上的CPU进行处理；(2.1)用两段母线三相电压的瞬时值比较来判断母线分列运行还是并列运行；(2.2)对这些数据提取母线零序电压，判断其瞬时值是否达到阈值；(2.3)当母线零序电压超过阈值后，触发出口逻辑对故障数据做进一步分析，判断一定周波内是否都超过阈值，若不是则认为无故障，返回继续监测母线零序电压；若在一定周波内都超过阈值，则认为发生故障；(2.4)通过线电压是否对称来判断是真实接地故障还是虚假接地故障；(2.5)若是虚假接地故障，再根据三相电压的关系判断是电压互感器断线故障还是电压互感器铁磁谐振故障；(2.6)若是单相接地故障，根据三相电压关系判断故障相，并依据中性点接地方式的不同，选用不同的选线方法进行故障选线；(3)选线算法(3.1)对于中性点不接地电网，本选线装置综合采用了基波幅值选线判据、基波相位选线判据和基于小波变换的暂态量选线判据，对故障数据其选线算法按以下步骤进行：(3.1.1)基波幅值选线判据，按(1)式计算各条线路的故障量化值：$\mathrm{Fmm}\left(k\right)=\left\{\begin{array}{cc}\frac{1}{2}\mathrm{Sum}-\mathrm{Mags}\left(k\right),& \frac{1}{2}\mathrm{Sum}-\mathrm{Mags}\left(k\right)>0\\ 0,& \frac{1}{2}\mathrm{Sum}-\mathrm{Mags}\left(k\right)\le 0\end{array}\right.---\left(1\right)$其中：k为线路编号，k＝0表示母线；Mags(k)＝Mag(k)·sign(Ang(k))  k≠0$\mathrm{Mags}\left(0\right)=-\left(\underset{k=1}{\overset{N}{\Sigma }}\mathrm{Mags}\left(k\right)\right)$$\mathrm{Sum}=\underset{k=0}{\overset{N}{\Sigma }}\left|\mathrm{Mags}\left(k\right)\right|$Mag(k)表示线路k的故障零序电流相量幅值；Ang(k)表示以母线零序电压为参考相量，线路k故障零序电流相角；(3.1.2)基波相位选线判据，按(2)式计算各条线路的故障量化值：其中：(3.1.3)基于小波变换的暂态量选线判据，按(3)式计算各条线路的故障量化值：其中：i为小波分解序列点编号；k，m，n为i点处小波系数最大的三条线路编号；d(k，i)，d(m，i)，d(n，i)为小波分解并归算到同一尺度后的小波系数；(3.1.4)对每条线路的各判据的故障量化值按大小分别进行排序，再将各线路在三种判据下的序列值相加，序列值相加后得到的序号最小者为故障线路；(3.2)对于中性点经消弧线圈接地电网，本装置综合采用了改进有功分量选线判据、改进首半波选线判据、基于小波变换的暂态量选线判据，其选线算法按以下步骤进行：(3.2.1)改进有功分量选线判据，按(4)式计算各条线路的故障量化值：$\mathrm{Fmp}\left(k\right)=\left\{\begin{array}{cc}P\left(k\right),& k=\mathrm{1,2},...,N\\ P\left(0\right),& k=0\end{array}\right.---\left(4\right)$其中：P(k)＝UI(k)cos(Ang(k))  k＝1，2，…，N$P\left(0\right)=\underset{k=1,...,N}{\max }P\left(k\right)+\frac{U^2}{U_b^2}{P}_l$U为母线零序电压的有效值；I(k)为线路k零序电流的有效值；P(k)为线路k的有功功率；U_b为电压互感器额定二次电压；P_l为消弧线圈的有功损耗；(3.2.2)改进首半波选线判据，按(5)式计算各条线路的故障量化值：$\mathrm{Fmr}\left(k\right)=\left\{\begin{array}{cc}\frac{1}{2}B-A\left(k\right),& \frac{1}{2}B-A\left(k\right)>0\\ 0,& \frac{1}{2}B-A\left(k\right)\le 0\end{array}\right.---\left(5\right)$其中：$A\left(k\right)=\underset{i}{\Sigma }\mathrm{sign}\left(\mathrm{WUm}\right)·{\mathrm{WI}}^{\left(k\right)}\left(i\right)$$A\left(0\right)=-\underset{k=1}{\overset{N}{\Sigma }}A\left(k\right)$$B=\underset{k=0}{\overset{N}{\Sigma }}\left|A\left(k\right)\right|$WUm为零序电压在首半波内的极大值；WI^(k)(i)为线路k的故障零序电流在首半波内各点数值序列；(3.2.3)基于小波变换的暂态量选线判据，按(6)式计算各条线路的故障量化值：其中：i为小波分解序列点编号；k，m，n为i点处小波系数最大的三条线路编号；d(k，i)，d(m，i)，d(n，i)为小波分解并归算到同一尺度后的小波系数；(3.2.4)对每条线路的各判据的故障量化值按大小分别进行排序，再将各线路在三种判据下的序列值相加，序列值相加后得到的序号最小者为故障线路；(4)结果输出若是虚假接地故障，则将电压互感器断线故障或电压互感器铁磁谐振故障的结果显示在液晶屏上，并通过开关量输入输出板输出到RTU；若是真实接地故障，则将故障线路显示在液晶屏上，并通过开关量输入输出板输出到RTU；两种情况下，都可以选择通过微型打印机实时打印故障结果。