基于计算过渡电阻特性的配电线路单相接地故障选线测距方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及基于计算过渡电阻特性的配电线路单相接地故障选线测距方法，属于 电力系统故障选线技术领域。
【背景技术】
[0002] 中性点非直接接地的配电系统发生单相接地短路故障以后，由于此时线电压仍然 对称，系统可以继续运行l_2h，有利于提高供电可靠性，因此获得了较为广泛的应用；另一 方面，由于故障特征并不明显，给故障测距工作和故障选线带来了较大困难。
[0003] 配电系统中的短路故障主要以单相非金属性接地短路为主，过渡电阻的存在给继 电保护的正确动作带来诸多不利影响，比如过渡电阻的存在可降低电流保护的灵敏性。然 后，当线路模型确定时，过渡电阻与线路出口处电压、电流采样值以及故障距离之间存在明 确的数学关系，可利用过渡电阻呈纯阻性的特点实现故障测距，对未发生故障的配电线路 作故障假设进行分析计算，计算结果将明显偏离正常值，利用此特点可实现故障选线。但 是，计算过程中虽可采用工频信号进行理论分析，但实际故障时工频量采样值中含有大量 的谐波干扰信号，不利于工频信号的分离提取，计算误差较大。
[0004] 本发明向配电系统注入一有别于工频信号的周期信号并采样，通常，配电线路的 长度较短，因此分析时采用线路的集中参数模型即可达到精度要求，集中参数模型包括 型、T型、Γ型等值电路等。采用线路的集中参数模型分析计算时，忽略了线路的分布特性， 对线路的阻抗和分布电容采取了集中等值，因此，计算过程中不可避免地会产生一定的误 差。
【发明内容】
[0005] 针对现有技术的不足，本发明提供了基于计算过渡电阻特性的配电线路单相接地 故障选线测距方法。
[0006] 本发明向配电系统注入一有别于工频信号的周期信号并采样，对过渡电阻进行计 算，利用过渡电阻呈纯阻性的特点，对配电网单相接地短路故障进行分析和计算，为研究单 相接地故障选线及测距方法开辟了新的途径，具有重大的理论及实际应用价值。
[0007] 本发明线路模型采用分布参数模型，线路的分布参数模型考虑了分布电容的作 用，不再做简单的集中等值，能够精确的表现线路特征，因此采用线路的分布参数模型能使 分析计算结果的精度明显提高。
[0008] 本发明的技术方案为：
[0009] 基于计算过渡电阻特性的配电线路单相接地故障选线测距方法，应用于配电系 统，所述配电系统包括变压器?\、电压互感器TV、母线处A、B、C三相线路及N条线路，所述 变压器!\分别连接母线处A、B、C三相线路，所述电压互感器TV分别连接母线处A、B、C三 相线路，所述N条线路分别连接母线处A、B、C三相线路，具体步骤包括：
[0010] (1)获取注入信号
[0011] ①采集注入信号，所述注入信号的频率fslg同时满足式（I )与式（II ):
[0014] 式（I )与式（II )中，N为整数，50Hz为所述配电系统工频，采样频率fs的取值 范围为lkHz-3. 2kH，为检测装置的采样频率；K为正偶数，Μ为正整数；对采样频率fs而言， 在每个配电系统工频（50Hz)周期内，对工频信号和注入信号的采样点数均为整数。
[0015] ②通过差分滤波滤除步骤①采集的注入信号中的配电系统工频及其整数次谐 波；
[0016] ③采用编码的方式注入诊断信号，滤除步骤①采集的注入信号中的间谐波；
[0017] (2)根据发生单相接地故障时的电压变化来判定故障相，将步骤（1)获取的注入 信号注入到电压互感器TV故障相的二次侧，经电压互感器TV将注入信号耦合到一次系统 中；
[0018] (3)故障点到线路末端线路的等效分布电容C的等效计算公式如式（III)所示：
[0019] C = (1-X) · c (III)
[0020] 式（III)中，1为配电线路的全长，C为线路单位长度的对地电容；
[0021] 故障点处KCL方程如式（IV )所示：
[0023] 式（IV)中，/是指故障点电流，为流经过渡电阻的注入信号电流，/为流入等 X -b· A C 效分布电容的注入信号电流，
是指故障点电压，Rg为故障 过渡电阻，j是虚数单位，ω是角频率，由此得到式（V ):
[0025] (4)求取故障距离；
[0026] 式（V )中，过渡电阻Rg均采用纯电阻，因此，式（V )计算结果中虚部为零，即 得式（VI):
[0028] 当短路故障为金属性故障，则有：
，此时，等效分 布电容C对注入电流信号的分流作用忽略；当短路故障为非金属性故障，则Rg# 0,则有
，此时，考虑等效分布电容C对注入电流信号的分流作用；求取式 (VI)中的故障距离X。
[0029] 注入信号的频率fslg同时满足式（I )与式（II )，理由如下：
[0030] 由于注入信号的强度相比配电系统中的工频信号要弱很多，为了防止配电系统工 频信号对注入信号的检测产生干扰，注入信号的频率首先需有别于配电系统的工频频率， 其次，注入信号检测技术的实现也是频率选择需要考虑的重要因素。因此，注入信号的频率 fslg选用介于工频50HZ信号的第N次与N+1次（N为正整数）谐波之间的电流信号：
[0031] N · 50Hz < fslg< (N+1) · 50Hz
[0032] 此外，注入信号频率的选择还要便于分析和处理。在分析处理注入信号时，工频 50Hz及其各次谐波信号视作干扰信号，计算过程中应当通过合理的算法滤去。为了用数学 的方法方便地滤除这些分量，设置信号处理系统的采样频率fs为工频频率的整数倍，即
[0033] fs= K · 50Hz
[0034] 其中，K 一般取正偶数。
[0035] 此外，为了方便对注入信号进行分析处理，需设置采样频率使注入信号每个基波 周期的采样点数为整数，即
[0036] fs=M*fslg
[0037] 或
[0038] Tslg= Μ · T s
[0039] 其中，Μ为正整数。
[0040] 综上所述，注入信号的频率fslg应满足：
[0043] 根据本发明优选的，fslg = 80Hz。
[0044] 此处设计的优势在于，注入信号频率采用60Hz、83. 3Hz、220Hz等，其中，选用60Hz 主要是为了减小线路对地电容的分流作用，但靠近配电系统工频频率，不利于注入信号的 检测与提取；选用83. 3Hz方便对注入信号的计算和处理，但受技术限制，不易检测和提取； 选用220Hz虽可满足对注入信号检测、提取、运算的要求，但对实际硬件的技术要求也更 高。综合比较，基于计算过渡电阻特性的配电线路单相接地故障选线测距方法采用80Hz注 入信号。
[0045] 根据本发明优选的，N彡4。
[0046] 根据本发明优选的，通过差分数字滤波器滤除步骤①采集的注入信号中的配电系 统工频及其整数次谐波，所述差分数字滤波器的通用计算表达式如式（W)所示：
[0047] y (n) = X (η) -X (n_k) ( VII )
[0048] 式（W )中，y (n)是输出信号序列，x(n)是输入信号序列，k是滤波器参数；
[0049] 其传递函数H(z)如式（W )所示：
[0051] 式（VID )中，Y(z)是指输出序列，X(z)是指输入序列的Z变换，Z是指Z变换。
[0052] 传递函数Η (z)的幅频特性A (ω Ts)如式（IX )所示：
[0054] 式（K )中，Ts是指采样周期，沒是指传递函数H(z)的傅里叶变换函数；
[0055] 得到式（X ):
[0057] 由于^不可能为整数，响应不为零，以此实现对工频及各次谐波的滤除，保留注 Μ 入信号。
[0058] 根据本发明优选的，所述诊断信号为占空比为50%的方波信号。
[0059] 配电系统故障过程中，除了工频及其整数次谐波以外，还存在间谐波，若其频率与 注入信号频率处于同一频段，则会对注入信号的分析处理产生干扰，通常采用编码的方式 注入诊断信号，在注入信号后面插入一组特定编码，以便与实际电网中频率相同的信号加 以区别，来消除此类干扰信号。
[0060] 注入编码信号的频率同时满足式（I )与式（II )，与注入信号法不同的是编码信 号是不连续的，应用最普遍的编码信号就是占空比为50%的方波信号，当有80Hz注入信号 时，系统采样到的是80Hz信号和方波的合成信号，而当没有注入信号时，采样到的仅为方 波信号，二者相间即可消除方波信号。
[0061] 本发明的有益效果为：
[0062] 1、本发明向配电系统注入一有别于工频信号的周期信号并采样，对过渡电阻进行 计算，利用过渡电阻呈纯阻性的特点，对配电网单相接地短路故障进行分析和计算，为研究 单相接地故障选线及测距方法开辟了新的途径，具有重大的理论及实际应用价值。
[0063] 2、本发明线路模型采用分布参数模型，线路的分布参数模型考虑了分布电容的作 用，不再做简单的集中等值，能够精确的表现线路特征，因此采用线路的分布参数模型能使 分析计算结果的精度明显提高。
【附图说明】
[0064] 图1为本发明所述配电系统的结构框图；
[0065] 图2为本发明故障点处注入电压、电流信号分布图；
[0066]图3为差分滤波的幅频特性曲线示意图；
[0067] 由图3可以看出，差分滤波对基波及2~K/2次谐波的响应为零，即能够完全滤除 基波及2~K/2次谐波。
[0068] 图4为编码注入示意图；
[0069] 图4中，高电平是启动注入，低电平时停止注入。当有80Hz注入信号时，系统采样 到的是80Hz信号和方波的合成信号，而当没有注入信号时，采样到的仅为方波信号，二者 相间即可消除方波信号。
【具体实施方式】
[0070] 下面结合说明书附图和实施例对本发明作进一步限定，但不限于此。
[0071] 实施例1
[0072] 基于计算过渡电阻特性的配电线路单相接地故障选线测距方法，应用于配电系 统，所述配电系统包括变压器?\、电压互感器TV、母线处A、B、C三相线路及N条线路，所述 变压器!\分别连接母线处A、B、C三相线路，所述电压互感器TV分别连接母线处A、B、C三 相线路，所述N条线路分别连接母线处A、B、C三相线路，配电系统的结构框图如图1所示， 具体步骤包括：
[0073] (1)获取注入信号
[0074] ①采集注入