谐振接地配电网高阻接地故障选线方法、系统及存储介质与流程

1.本发明涉及智能配电技术领域，尤其涉及一种中性点谐振接地配电网高阻接地故障选线 方法、系统及存储介质。


背景技术：

2.我国中压配电网广泛采用中性点不接地或经消弧线圈的接地方式，也叫小电流接地。小 电流接地系统发生单相接地故障时，不会形成短路回路，接地故障电流很小，系统三相之间 的线电压基本保持对称，对负荷供电不会造成影响，系统可以带故障运行一段时间，供电可 靠性较高。但是由于单相接地故障电流小，增加了故障检测的难度。
3.由于负荷过大电线下垂或刮风等原因，配电线路时常与树枝、竹子等接触；由于冰雪等 恶劣天气或人为因素，导线断线坠落在沥青、草坪等具有高阻抗的非理想介质表面，这种导 线与高阻抗的介质接触的故障叫做高阻故障。谐振接地系统发生单相接地故障时故障电流很 小，谐振接地系统发生高阻接地故障时故障电流更小。发生高阻接地故障时，故障电阻达到 几百欧姆到几万欧姆。发生高阻故障时，如线路经树木接地时，故障电流微弱，故障线路零 序电流可能在1安培以下，与由于线路参数不平衡引起的零序电流大小相当，常规方法无法 检测和选线，导致高阻故障长时间存在，会延伸为更严重的故障，引发火灾或造成人员伤亡， 对人身安全和电力系统的稳定运行造成威胁。因此，亟待提出有效的谐振接地系统高阻接地 故障检测及选线方法和系统。


技术实现要素：

4.本发明提供了一种谐振接地配电网高阻接地故障选线方法、系统及存储介质，以解决现 有的方法无法实现高阻接地故障的检测和选线的问题。
5.第一方面，提供了一种谐振接地配电网高阻接地故障选线方法，包括：
6.步骤s1：获取配电网母线零序电压，若母线零序电压大于零序电压整定值，判断为发生 了疑似单相接地故障，转步骤s2，否则重复步骤s1；
7.步骤s2：获取母线上的一条馈线的零序电流序列{x(n)}；其中零序电流序列{x(n)}为以预 设采样频率对母线上的一条馈线的零序电流连续采样预设时长得到，n＝1,2,3,
…
,n，n为采 样总数；
8.步骤s3：获取零序电流序列首次过零点后波形的第一个局部极值点x(n1)，其中n1是该极 值点的采样值序号；获取零序电流波形再次过零点后波形的第二个局部极值点x(n2)，其中n2是该极值点的采样值序号；
9.步骤s4：以为时间窗中心，令时间窗宽度为2w，其中round为取整 函数，w为小于m的正整数，求取在该时间窗内零序电流的线性度；改变时间窗宽度，求取 不同时间窗宽度下的零序电流线性度序列l(w)，w＝1,2,3,
…
,m
‑
1，m为预设值；
10.步骤s5：求取零序电流线性度序列的变化率序列gol(k)；
11.步骤s6：若变化率序列gol(k)中为正和为负的个数均不小于预设个数，则判断该馈线发 生了高阻接地故障；否则该馈线没有发生高阻接地故障；
12.步骤s7：采用步骤s2～s6对母线上其他的馈线进行检测，判断它们是否发生了单相高阻 接地故障。
13.进一步地，所述步骤s4中零序电流线性度序列l(w)通过如下方法计算得到：
[0014][0015]
其中，
[0016]
进一步地，所述步骤s5中采用7点线性拟合法求零序电流线性度序列的变化率序列 gol(k)，计算公式为：
[0017][0018]
其中，k＝1,2,3,
…
,m
‑
6。利用7个采样点采用线性拟合的方法来求取曲线 的变化率，抗噪声能力强，可避免信号受到噪声干扰时变化率随机波动的情况，提高选线准 确率。
[0019]
进一步地，所述步骤s1中零序电压整定值取相电压额定值的5％。
[0020]
进一步地，所述步骤s2中采样前先延时至少0.2秒。确保采用的零序信号采样值是故障 发生至少10个周波后的稳态值，与现有采用暂态信号的选线方法比较，可避免因为高阻故障 暂态过程不明显，故障发生时刻难以捕捉，从而导致故障选线错误的问题。
[0021]
进一步地，所述步骤s2中所述预设采样频率为10khz，预设时长不短于0.03秒。预设时 长优选0.03秒，其为1.5个工频周期，在1.5个工频周期内总可以找到满足条件的2个相邻 的极值点。
[0022]
进一步地，对于所述步骤s3中的第一个局部极值点和第二个局部极值点，如果该局部极 值点为极大值点，则该局部极值点的值是以该局部极值点为中心的连续z个点的最大值；如 果该局部极值点为极小值点，则该局部极值点的值是以该局部极值点为中心的连续z个点的 最小值，其中，z取值可为7、9或11。
[0023]
进一步地，所述步骤s4中m的取值为50(等于半个工频周期内的采样点)，所述步骤 s6中预设个数取5，gol(k)的总个数为44，预设个数需大于序列gol(k)元素总个数的10％的 整数，5大于44的10％。
[0024]
第二方面，提供了一种谐振接地配电网高阻接地故障选线系统，包括：
[0025]
初判断模块，用于获取配电网母线零序电压，若母线零序电压大于零序电压整定值，判 断为疑似单相接地故障，否则重复该判断过程；
[0026]
故障检测模块，用于对母线上的每一条馈线分别进行高阻接地故障检测，判断是否发生 了单相高阻接地故障；所述故障检测模块包括采样单元、线性度获取单元、变化率获取单元 及故障判断单元；其中：
[0027]
所述采样单元，用于获取母线上的一条馈线的零序电流序列{x(n)}；其中零序电流序列 {x(n)}为以预设采样频率对母线上的一条馈线的零序电流连续采样预设时长得到，n＝1,2,3,
…
, n，n为采样总数；
[0028]
所述线性度获取单元，用于获取零序电流序列首次过零点后波形的第一个局部极值点 x(n1)，其中n1是该极值点的采样值序号；获取零序电流波形再次过零点后波形的第二个局部 极值点x(n2)，其中n2是该极值点的采样值序号；以为时间窗中心，令时 间窗宽度为2w，其中round为取整函数，w为小于m的正整数，求取在该时间窗内零序电流 的线性度；改变时间窗宽度，求取不同时间窗宽度下的零序电流线性度序列l(w)， w＝1,2,3,
…
,m
‑
1，m为预设值；
[0029]
所述变化率获取单元，用于求取零序电流线性度序列的变化率序列gol(k)；
[0030]
所述故障判断单元，用于在变化率序列gol(k)中为正和为负的个数均不小于预设个数时， 判断该馈线发生了高阻接地故障；否则该馈线没有发生高阻接地故障。
[0031]
第三方面，提供了一种计算机可读存储介质，其存储有计算机程序，该计算机程序适于 被处理器加载并执行如上所述的谐振接地配电网高阻接地故障选线方法。
[0032]
有益效果
[0033]
本发明提出了一种谐振接地配电网高阻接地故障选线方法、系统及存储介质，具有如下 优点：
[0034]
1、本发明提出的中性点谐振接地配电网高阻接地故障选线方案，可解决目前谐振接地系 统发生单相高阻接地故障时因为故障线路零序电流大小与由配电线路三相不平衡引起的零序 电流大小相当，常规方法不能判断是否发生了高阻接地故障，更无法有效选出故障线路的问 题。该方案可及时准确选出高阻故障线路，有利于排除故障，避免配电线路在高阻故障下长 时间运行，保障配电网安全可靠运行。
[0035]
2、本发明通过谐振接地系统发生高阻接地故障时故障线路零序电流的波形畸变特性，获 得零序电流波形线性度随时间窗长度变化的规律。配电网正常运行时，以线路零序电流过零 点为时间窗中心，电流波形线性度随时间窗长度增加而单调递减或单调增加；高阻接地故障 时电流波形线性度随时间窗长度增加呈起伏变化，先降后升或先升后降。求取零序电流波形 线性度随时间窗长度的变化率，正常运行时变化率均为负或均为正，发生高阻故障时变化率 有正有负。采用这一原理，可有效识别高阻故障与线路不平衡状态，从而实现故障选线。
[0036]
3、发生高阻接地故障时，由于接地介质(树枝、泥地、公路、污水等)的不同，其接地 过渡电阻的非线性特征不同，导致零序电流波形畸变的“平坦区”长度不同。本发明利用零 序电流波形线性度随时间窗长度的变化规律来识别波形畸变并选线，可不受波形畸变“平坦 区”长度的影响，适合于不同接地介质的高阻故障选线。
附图说明
[0037]
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 附图获得其他的附图。
[0038]
图1是本发明实施例提供的一种谐振接地配电网高阻接地故障选线方法流程图；
[0039]
图2(a)、(b)和(c)分别为本发明实施例中线路参数不平衡时的零序电流从极小值到 极大值之间的半波波形、零序电流半波的线性度随时间窗长度变化的波形、线性度随时间窗 长度变化的变化率波形；
[0040]
图3(a)、(b)和(c)分别为本发明实施例中线路参数不平衡时的零序电流从极大值到 极小值之间的半波波形、零序电流半波的线性度随时间窗长度变化的波形、线性度随时间窗 长度变化的变化率波形；
[0041]
图4(a)、(b)和(c)分别为本发明实施例中高阻故障时故障线路的零序电流从极小值 到极大值之间的半波波形、零序电流半波的线性度随时间窗长度变化的波形、线性度随时间 窗长度变化的变化率波形；
[0042]
图5(a)、(b)和(c)分别为本发明实施例中高阻故障时故障线路的零序电流从极大值 到极小值之间的半波波形、零序电流半波的线性度随时间窗长度变化的波形、线性度随时间 窗长度变化的变化率波形；
[0043]
图6(a)、(b)和(c)分别为本发明实施例中高阻故障时正常线路的零序电流从极小值 到极大值之间的半波波形、零序电流半波的线性度随时间窗长度变化的波形、线性度随时间 窗长度变化的变化率波形；
[0044]
图7(a)、(b)和(c)分别为本发明实施例中高阻故障时正常线路的零序电流从极大值 到极小值之间的半波波形、零序电流半波的线性度随时间窗长度变化的波形、线性度随时间 窗长度变化的变化率波形。
具体实施方式
[0045]
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的 描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，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得到的所有其它实施 方式，都属于本发明所保护的范围。
[0046]
实施例1
[0047]
如图1、图2所示，本实施例提供了一种谐振接地配电网高阻接地故障选线方法，包括：
[0048]
步骤s1：获取配电网母线零序电压，由于母线零序电压大于零序电压整定值(本实施例 中为相电压额定值的5％)，转步骤s2。
[0049]
步骤s2：获取母线上的一条馈线的零序电流序列{x(n)}；其中零序电流序列{x(n)}为延时 0.2秒后，以10khz的采样频率对母线上的一条馈线的零序电流连续采样0.03秒得到，n＝1,2, 3,
…
,300。
[0050]
步骤s3：获取零序电流序列首次过零点后波形的第一个局部极值点——极小值点
x(n1)， 其中n1是该极值点的采样值序号；获取零序电流波形再次过零点后波形的第二个局部极值点 ——极大值点x(n2)，其中n2是该极值点的采样值序号；两极值点之间的零序电流波形如图2 (a)所示。其中，对于第一个局部极值点和第二个局部极值点，如果该局部极值点为极大值 点，则该局部极值点的值是以该局部极值点为中心的连续z个点的最大值；如果该局部极值 点为极小值点，则该局部极值点的值是以该局部极值点为中心的连续z个点的最小值，其中， z取值可为7、9或11，本实施例中，z优选取值为9。
[0051]
步骤s4：以为时间窗中心，令时间窗宽度为2w，其中round为取整 函数，w为小于100/2(等于半个工频周期内的采样点)的正整数，求取在该时间窗内零序电 流的线性度(linearity)；改变时间窗宽度，求取不同时间窗宽度下的零序电流线性度序列l(w)， w＝1,2,3,
…
,49。所述零序电流线性度序列l(w)通过如下方法计算得到：
[0052]
其中，
[0053]
步骤s5：采用7点线性拟合法，求取零序电流线性度序列的变化率(gradient of linearity) 序列gol(k)，k＝1,2,3,
…
,44。所述变化率序列gol(k)计算公式为：
[0054][0055]
其中，利用7个采样点采用线性拟合的方法来求取曲线的变化率，抗噪声 能力强，可避免信号受到噪声干扰时变化率随机波动的情况，提高选线准确率。
[0056]
步骤s6：如图2(c)所示的序列gol(k)几乎全为负，为正的个数小于5(5大于44的 10％)个，则判断该线路没有发生高阻接地故障(可能线路三相参数不平衡，或者发生低阻 故障，或者其它线路发生高阻故障，但该线路没有发生高阻接地故障)。
[0057]
步骤s7：采用步骤s2～s6对母线上其他的馈线进行检测，判断它们是否发生了单相高阻 接地故障。
[0058]
实施例2
[0059]
如图1和图3所示，本实施例与实施例1的区别仅在于：
[0060]
步骤s3：获取零序电流序列首次过零点后波形的第一个局部极值点——极大值点x(n1)， 其中n1是该极值点的采样值序号；获取零序电流波形再次过零点后波形的第二个局部极值点 ——极小值点x(n2)，其中n2是该极值点的采样值序号；两极值点之间的零序电流波形如图3 (a)所示。
[0061]
步骤s6：如图3(c)所示的序列gol(k)几乎全为正，为负的个数小于5，则判断该线路 没有发生高阻接地故障(可能线路三相参数不平衡，或者发生低阻故障，或者其它线路发生 高阻故障，但该线路没有发生高阻接地故障)。
[0062]
实施例3
[0063]
如图1和图4所示，本实施例与实施例1的区别仅在于：
[0064]
步骤s3：获取零序电流序列首次过零点后波形的第一个局部极值点——极小值点x(n1)， 其中n1是该极值点的采样值序号；获取零序电流波形再次过零点后波形的第二个局部极值点 ——极大值点x(n2)，其中n2是该极值点的采样值序号；两极值点之间的零序电流波形如图4 (a)所示。
[0065]
步骤s6：如图4(c)所示的序列gol(k)中为正为负的个数大概相等，均远大于5，判断 该线路发生了高阻接地故障。
[0066]
实施例4
[0067]
如图1和图5所示，本实施例与实施例1的区别仅在于：
[0068]
步骤s3：获取零序电流序列首次过零点后波形的第一个局部极值点——极大值点x(n1)， 其中n1是该极值点的采样值序号；获取零序电流波形再次过零点后波形的第二个局部极值点 ——极小值点x(n2)，其中n2是该极值点的采样值序号；两极值点之间的零序电流波形如5(a) 所示。
[0069]
步骤s6：如图5(c)所示的序列gol(k)中为正为负的个数大概相等，均远大于5，则判 断该线路发生了高阻接地故障。
[0070]
实施例5
[0071]
如图1和图6所示，本实施例与实施例1的区别仅在于：
[0072]
步骤s3：获取零序电流序列首次过零点后波形的第一个局部极值点——极小值点x(n1)， 其中n1是该极值点的采样值序号；获取零序电流波形再次过零点后波形的第二个局部极值点 ——极大值点x(n2)，其中n2是该极值点的采样值序号；两极值点之间的零序电流波形如图6 (a)所示。
[0073]
步骤s6：如图6(c)所示的序列gol(k)全为负，为正的个数为0，小于5(5大于44的 10％)个，则判断该线路没有发生高阻接地故障(可能线路三相参数不平衡，或者发生低阻 故障，或者其它线路发生高阻故障，但该线路没有发生高阻接地故障)。
[0074]
实施例6
[0075]
如图1和图7所示，本实施例与实施例1的区别仅在于：
[0076]
步骤s3：获取零序电流序列首次过零点后波形的第一个局部极值点——极大值点x(n1)， 其中n1是该极值点的采样值序号；获取零序电流波形再次过零点后波形的第二个局部极值点 ——极小值点x(n2)，其中n2是该极值点的采样值序号；两极值点之间的零序电流波形如图7 (a)所示。
[0077]
步骤s6：如图7(c)所示的序列gol(k)全为正，为负的个数为0，小于5(5大于44的 10％)个，则判断该线路没有发生高阻接地故障(可能线路三相参数不平衡，或者发生低阻 故障，或者其它线路发生高阻故障，但该线路没有发生高阻接地故障)。
[0078]
实施例7
[0079]
本实施例提供了一种高阻接地故障选线系统，包括：
[0080]
初判断模块，用于获取配电网母线零序电压，若母线零序电压大于零序电压整定值，判 断为疑似单相接地故障，否则重复该判断过程；
[0081]
故障检测模块，用于对母线上的每一条馈线分别进行高阻接地故障检测，判断是否发生 了单相高阻接地故障；所述故障检测模块包括采样单元、线性度获取单元、变化率获取单元 及故障判断单元；其中：
[0082]
所述采样单元，用于获取母线上的一条馈线的零序电流序列{x(n)}；其中零序电流序列 {x(n)}为以预设采样频率对母线上的一条馈线的零序电流连续采样预设时长得到，n＝1,2,3,
…
, n，n为采样总数；
[0083]
所述线性度获取单元，用于获取零序电流序列首次过零点后波形的第一个局部极值点 x(n1)，其中n1是该极值点的采样值序号；获取零序电流波形再次过零点后波形的第二个局部 极值点x(n2)，其中n2是该极值点的采样值序号；以为时间窗中心，令时 间窗宽度为2w，其中round为取整函数，w为小于m的正整数，求取在该时间窗内零序电流 的线性度；改变时间窗宽度，求取不同时间窗宽度下的零序电流线性度序列l(w)， w＝1,2,3,
…
,m
‑
1，m为预设值；
[0084]
所述变化率获取单元，用于求取零序电流线性度序列的变化率序列gol(k)；
[0085]
所述故障判断单元，用于在变化率序列gol(k)中为正和为负的个数均不小于预设个数时， 判断该馈线发生了高阻接地故障；否则该馈线没有发生高阻接地故障。
[0086]
本实施例中其他的具体实现过程可参见前述实施例1至6，在此不再进行赘述。
[0087]
实施例8
[0088]
本实施例提供了一种计算机可读存储介质，其存储有计算机程序，该计算机程序适于被 处理器加载并执行如实施例1至6任一所述的高阻接地故障选线方法。
[0089]
本领域内的技术人员应明白，本技术的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。 因此，本技术可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的 形式。而且，本技术可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储 介质(包括但不限于磁盘存储器、cd
‑
rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形 式。
[0090]
本技术是参照根据本技术实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/ 或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/ 或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令 到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个 机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程 图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
[0091]
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工 作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制 造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指 定的功能。
[0092]
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计
算机或 其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编 程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多 个方框中指定的功能的步骤。
[0093]
可以理解的是，上述各实施例中相同或相似部分可以相互参考，在一些实施例中未详细 说明的内容可以参见其他实施例中相同或相似的内容。
[0094]
流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或 更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且 本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根 据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本发明的实施例所 属技术领域的技术人员所理解。
[0095]
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的， 不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进 行变化、修改、替换和变型。