小电流接地故障定位方法及其系统、计算机设备、介质与流程

本发明涉及配电网故障处理领域，特别涉及一种小电流接地故障定位方法及其系统、计算机设备、介质。

背景技术：

我国6～35kv中压配电网多采用小电流接地方式，称为小电流接地系统。小电流接地系统发生单相接地故障时，故障电流很小，因此称为小电流接地故障。由于故障信号微弱，小电流接地故障的检测、选线、定位都很困难。发生小电流接地故障后，系统三相电压依然对称，可以带故障运行一段时间，以提高供电可靠性。但是不能长时间带故障运行，现场普遍存在的间歇性弧光接地故障会产生较大的过电压，若系统长时间带故障运行，较大的过电压将可能危害绝缘，造成绝缘薄弱点闪络或击穿，引发两相接地短路故障，甚至更严重的故障，威胁电网安全运行。因此，及时找到接地故障位置并隔离，对保证配电网、配电设备安全稳定运行具有重要意义。传统利用稳态电气量的故障检测(选线、定位和测距)方法存在着故障量不突出、不稳定甚至不确定等问题，无法保证检测的可靠性和灵敏度。

技术实现要素：

本发明旨在提出一种小电流接地故障定位方法及其系统、计算机设备、介质，以提高小电流接地故障定位检测的可靠性和灵敏度，及时找到接地故障位置并隔离，保证配电网、配电设备安全稳定运行。

第一方面，本发明实施例提出一种小电流接地故障定位方法，包括如下步骤：

实时接收线路发生故障时线路各监测节点的零模电流录波数据；其中，每一线路被划分为多个区段，每一区段设置多个监测节点；

提取所述零模电流录波数据的暂态分量，并根据所述暂态分量确定其暂态幅值和暂态谐振频率；

根据所述暂态幅值和暂态谐振频率生成各监测节点的暂态特征量；

根据所述各监测节点的暂态特征量确定故障点所在区段。

优选地，包括如下步骤：

实时监测每一监测节点的暂态零模电流；

当监测到节点的零模电流突变量大于第一阈值时，进行录波得到零模电流录波数据。

优选地，所述提取所述零模电流录波数据的暂态分量包括：

对所述零模电流录波数据进行滤波处理，提取其暂态分量；

所述暂态幅值为滤波后暂态数据中绝对值最大点；

所述暂态谐振频率依据下述公式进行计算：

式中，f0表示暂态谐振频率，t2、t1分别是录波数据第一个、第二个拐点对应的时刻。

优选地，所述根据所述暂态幅值和暂态谐振频率生成各监测节点的暂态特征量包括：

根据各监测节点所对应的暂态幅值和暂态谐振频率以及以下公式计算各监测节点的暂态特征量；

d＝i0/f0

式中，d表示监测节点的特征量，i0表示暂态零模电流幅值。

优选地，所述根据所述各监测节点的暂态特征量确定故障点所在区段包括：

步骤s1、以故障线路第一个区段作为初始待定区段；

步骤s2、判断待定区段是否存在下游监测节点，如果不存在下游监测节点，则该区段为故障区段；如果待定区段存在下游监测节点，则根据下游监测节点都与上游监测节点特征量的比较结果确定故障区段；

步骤s3、若待定区段为故障区段，则结束故障点所在区段的判断；若待定区段为健全区段，在所有下游监测节点中，选择特征量最大的监测节点作为下一个待定区段的上游监测节点，并返回步骤s2，以故障线路的下一个区段作为待定区段，继续故障点所在区段的判断。

优选地，所述根据下游监测节点都与上游监测节点特征量的比较结果确定故障区段包括：

若待定区段至少存在一个下游监测节点与上游监测节点暂态零模电流特征量的差值小于第二阈值，则该区段为健全区段；

若待定区段所有下游监测节点均满足上游监测节点特征量大于3倍下游监测节点特征量，则该区段判定为故障区段。

第二方面，本发明实施例提出一种小电流接地故障定位系统，其用于实现实施例所述的小电流接地故障定位方法，包括：

数据接收单元，用于实时接收线路发生故障时线路各监测节点的零模电流录波数据；其中，每一线路被划分为多个区段，每一区段设置多个监测节点；

数据处理单元，用于提取所述零模电流录波数据的暂态分量，并根据所述暂态分量确定其暂态幅值和暂态谐振频率；

特征量生成单元，用于根据所述暂态幅值和暂态谐振频率生成各监测节点的暂态特征量；

故障点判断单元，用于根据所述各监测节点的暂态特征量确定故障点所在区段。

优选地，包括：

节点监测单元，用于实时监测每一监测节点的暂态零模电流，并且，当监测到节点的零模电流突变量大于第一阈值时，进行录波得到零模电流录波数据。

第三方面，本发明实施例提出一种计算机设备，包括：根据实施例所述的小电流接地故障定位系统；或者，存储器和处理器，所述存储器中存储有计算机可读指令，所述计算机可读指令被所述处理器执行时，使得所述处理器执行根据实施例所述小电流接地故障定位方法的步骤。

第四方面，本发明实施例提出一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现实施例所述小电流接地故障定位方法的步骤。

本发明实施例提出一种小电流接地故障定位方法及其系统、计算机设备、介质，其将每一线路划分为若干个区段，区段上布置若干个监测节点，利用故障点上游监测节点暂态零模电流与下游监测节点暂态零模电流幅值与频率差异、构造并比较特征量，确定故障点所在区段的定位方法，实现了配电系统小电流接地故障的有效定位，有着广泛的实际应用价值。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而得以体现。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。当然，实施本发明的任一产品或方法并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本发明实施例一所述的一种小电流接地故障定位方法流程示意图。

图2为一种典型的基于暂态录波型故障指示器的单相接地故障定位系统结构示意图。

图3为图2所示系统对应的小电流接地故障定位方法流程图。

图4为一种配电网络单相接地故障仿真模型结构示意图。

图5为图4所示模型中区段2发生金属性单相接地故障时，各监测节点录波前的暂态零模电流波形。

图6为图4所示模型中区段2发生金属性单相接地故障时，各监测节点录波后的暂态零模电流波形。

图7为本发明实施例二所述的一种小电流接地故障定位系统框架图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

在此，还需要说明的是，为了避免因不必要的细节而模糊了本发明，在附图中仅仅示出了与根据本发明的方案密切相关的结构，而省略了与本发明关系不大的其他细节。

实施例一

本发明实施例一提出一种小电流接地故障定位方法，包括如下步骤：

步骤s201、实时接收线路发生故障时线路各监测节点的零模电流录波数据；其中，每一线路被划分为多个区段，每一区段设置多个监测节点；

步骤s202、提取所述零模电流录波数据的暂态分量，并根据所述暂态分量确定其暂态幅值和暂态谐振频率；

步骤s203、根据所述暂态幅值和暂态谐振频率生成各监测节点的暂态特征量；

步骤s204、根据所述各监测节点的暂态特征量确定故障点所在区段。

具体而言，线路小电流接地故障发生瞬间，故障点前后的暂态电气量有明显差异，且不受消弧线圈影响，因此可以作为小电流接地故障定位的依据。

在一实施例中，还可以包括如下步骤：

步骤s101、实时监测每一监测节点的暂态零模电流；

步骤s102、当监测到节点的零模电流突变量大于第一阈值时，进行录波得到零模电流录波数据。

具体而言，每一监测节点对应设置一个节点监测单元，用于实时监测每一监测节点的暂态零模电流，当节点的零模电流突变量大于第一阈值，启动录波得到零模电流录波数据，该数据用于进行步骤s201-s203的故障点定位判断。

在一实施例中，所述提取所述零模电流录波数据的暂态分量包括：对所述零模电流录波数据进行滤波处理，提取其暂态分量。

具体而言，依据变电站选线装置选线结果，对故障线路各监测节点零模电流数据进行滤波处理，提取其暂态分量，对健全线路终端数据则不予处理。

其中，所述暂态幅值为滤波后暂态数据中绝对值最大点。

其中，所述暂态谐振频率依据下述公式进行计算：

式中，f0表示暂态谐振频率，t2、t1分别是录波数据第一个、第二个拐点对应的时刻，即认为两个拐点之间的时间差就是1/2个暂态谐振周期。

在一实施例中，所述根据所述暂态幅值和暂态谐振频率生成各监测节点的暂态特征量包括：

根据各监测节点所对应的暂态幅值和暂态谐振频率以及以下公式计算各监测节点的暂态特征量；

d＝i0/f0

式中，d表示监测节点的特征量，i0表示暂态零模电流幅值。

在一实施例中，，所述根据所述各监测节点的暂态特征量确定故障点所在区段包括：

步骤s301、以故障线路第一个区段作为初始待定区段；

步骤s302、判断待定区段是否存在下游监测节点，如果不存在下游监测节点，则该区段为故障区段；如果待定区段存在下游监测节点，则根据下游监测节点都与上游监测节点特征量的比较结果确定故障区段；

步骤s303、若待定区段为故障区段，则结束故障点所在区段的判断；若待定区段为健全区段，在所有下游监测节点中，选择特征量最大的监测节点作为下一个待定区段的上游监测节点，并返回步骤s302，以故障线路的下一个区段作为待定区段，继续故障点所在区段的判断。

其中，所述根据下游监测节点都与上游监测节点特征量的比较结果确定故障区段包括：

1)若待定区段至少存在一个下游监测节点与上游监测节点暂态零模电流特征量的差值小于第二阈值，即不满足上游监测节点暂态零模电流特征量大于3倍的下游监测节点暂态零模电流特征量的关系，则该区段为健全区段；

2)若待定区段所有下游监测节点均满足上游监测节点特征量大于3倍下游监测节点特征量，则该区段判定为故障区段。

图2为一种单相接地故障定位系统结构示意图，下面以图2所示系统为例对本发明实施例一所述方法进行详细说明。

如图2所示，该定位系统由安装于线路各监测节点的暂态录波型故障指示器(fi)、安装于变电站内部的小电流接地故障选线装置、安装于主控室的单相接地故障定位主站及通讯网络组成。

图2所示定位系统具体工作流程如图3所示。

具体而言，线路上安装的暂态录波型故障指示器一直监测线路各监测节点三相电流和对地电场信号，当线路电流或对地电场发生突变时，认为发生故障，故障指示器启动录波，记录下突变瞬间三相电流与电场波形，合成零模电流信号并发送给后台定位主站。选线装置负责监测变电站内母线零模电压和各条馈线出口零模电流信号，并将零模电压的采样值与装置启动门槛值进行比较，判断线路中是否有故障发生；发生单相接地故障时，根据暂态零模电压和暂态零模电流信号选择出故障线路，将故障线路选线结果发送给后台定位主站。定位主站负责接收故障指示器和选线装置上报的故障数据，依据选线装置结果判定故障线路，再依据故障指示器录波数据，按流程进行故障定位，确定接地故障点所在区段。

图4所示为一中性点经消弧线圈接地的仿真线路模型，下面以图4所示仿真线路模型为例对本发明实施例一所述方法进行详细说明。

参阅图4，该仿真线路模型为电缆架空混合网络，有l1至l5共5条出线，各条线路统一采用1mw恒阻抗负载。在出线l5设置q1至q4共4个监测节点，将l5分成4个区段，分别是：q1与q2围成区段1、q2与q3围成区段2、q3与q4围成区段3、q4下游为区段4，各区段长度依次为4km、4km、4km、3km。故障发生时刻为0.02s，接地点k位于区段2中间位置，接地电阻为10ω。线路具体参数如表1所示，系统对地电容电流为73a，过补偿方式运行，补偿度为10％，消弧线圈电感为0.229h；其余参数，如各出线的线路类型及长度等如附图3所示。

表1线路模型参数

当k点发生单相接地故障时，零模电压幅值超越预设门槛，小电流接地选线装置启动，选线装置选择故障线路为l5，并将选线结果和故障线路出口零模电流采集数据上报主站；

同时，各监测节点零模电流突变量超越预设门槛，各暂态录波型故障指示器启动录波，将故障零模电流采集数据上报主站；

主站接收选线装置和故障指示器零模电流采集数据，故障线路监测节点q1-q4故障时的零模电流波形如图5所示；对故障线路各监测节点零模电流数据进行滤波处理，提取其暂态特征分量，得到各监测节点暂态零模电流如图6所示，对健全线路录波数据则不予处理。

经数据分析，可得监测节点q1-q4的暂态零模电流幅值、拐点时刻如表2所示。

表2各监测节点零模电流参数

根据下述公式：

计算得到各监测节点q1-q4的暂态零模电流谐振频率分别为：276.2hz、274.7hz、1190.5hz、1190.5hz；

再根据下述公式：

d＝i0/f0

计算得到各监测节点q1-q4的暂态零模电流特征值d分别为：0.9432、1.038、0.07725、0.03878；

据此可根据各监测节点的暂态零模电流特征值进行单相接地故障定位，故障定位的具体流程如下：

首先选择故障线路l5区段1为待定区段，其存在下游监测节点，执行下述步骤；

比较待定区段上游(母线侧)监测节点q1暂态零模电流特征值为0.9432、下游(负荷侧)监测节点q2间暂态零模电流特征值1.038，0.9432/1.038＝0.91，不满足上游监测节点特征值大于3倍的下游监测节点特征值的关系，因此，判定区段1为健全区段；

选择区段2为下一个待定区段，待定区段上游(母线侧)监测节点q2间暂态零模电流特征值1.038，下游(负荷侧)监测节点q3间暂态零模电流特征值0.07725，1.038/0.07725＝13.44，满足上游监测节点特征值大于3倍的下游监测节点特征值的关系，因此，判定区段2为故障区段。

当线路上安装其他终端设备(如ftu、pmu等)或采用其他通信方式时，与应用故障指示器的情况类似，在此不再一一赘述。同样的道理，本发明实施例提出的方法也适用于其他线路结构形式，包括但不限于多分段多联络架空网、单环电缆网、双环电缆网等网架结构。

实施例二

如图7所示，本发明实施例二提出一种小电流接地故障定位系统，其用于实现实施例一所述的小电流接地故障定位方法，包括：

数据接收单元1，用于实时接收线路发生故障时线路各监测节点的零模电流录波数据；其中，每一线路被划分为多个区段，每一区段设置多个监测节点；

数据处理单元2，用于提取所述零模电流录波数据的暂态分量，并根据所述暂态分量确定其暂态幅值和暂态谐振频率；

特征量生成单元3，用于根据所述暂态幅值和暂态谐振频率生成各监测节点的暂态特征量；

故障点判断单元4，用于根据所述各监测节点的暂态特征量确定故障点所在区段。

在一实施例中，包括：

节点监测单元，用于实时监测每一监测节点的暂态零模电流，并且，当监测到节点的零模电流突变量大于第一阈值时，进行录波得到零模电流录波数据。

需说明的是，实施例二所述系统与实施例一所述方法对应，因此，实施例二所述系统未详述部分可以参阅实施例一所述方法的内容得到，此处不再赘述。

需说明的是，基于本文内容，所属领域的技术人员可以清楚地了解到，本发明实施例可借助软件及必需的通用硬件来实现，当然也可以通过硬件实现，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明实施例的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如计算机的软盘、只读存储器(read-onlymemory,rom)、随机存取存储器(randomaccessmemory,ram)、闪存(flash)、硬盘或光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)实现上述各个实施例所述的方法/系统。

实施例三

本发明实施例三提出一种计算机设备，包括：根据实施例所述的小电流接地故障定位系统；或者，存储器和处理器，所述存储器中存储有计算机可读指令，所述计算机可读指令被所述处理器执行时，使得所述处理器执行根据实施例一所述小电流接地故障定位方法的步骤。

当然，所述计算机设备还可以具有有线或无线网络接口、键盘以及输入输出接口等部件，以便进行输入输出，该计算机设备还可以包括其他用于实现设备功能的部件，在此不做赘述。

实施例四

本发明实施例四提出一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现实施例一所述小电流接地故障定位方法的步骤。

以上所述仅是本发明的具体实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。