本發(fā)明涉及變電站小電流接地故障定位領(lǐng)域，具體來說是一種基于穩(wěn)態(tài)特征的配電網(wǎng)小電流接地故障定位方法。

背景技術(shù)：

供電可靠性是一項衡量配電網(wǎng)智能化程度的重要指標，國網(wǎng)“十三五”行動計劃也將這一指標納入了工作報告。

饋線自動化作為提高供電可靠性的重要手段在當前配電網(wǎng)自動化主站系統(tǒng)中已廣泛應(yīng)用，并在日常故障處理和恢復中發(fā)揮著重要作用。但是，目前饋線自動化功能大多只能處理饋線短路故障，而對小電流接地故障尚無準確高效的處理手段。小電流接地故障占整個饋線故障的80％以上，提升饋線自動化的小電流接地故障處理能力，是提高供電可靠性的重要手段

目前小電流接地故障定位的方法有兩種，一種是無源法，一種是有源法。所謂無源法，是指通過提取故障發(fā)生時刻前后的暫態(tài)特征量，并經(jīng)過比對分析從而確定故障位置，如零序電流法、功率方向法、比幅比相法、負序電流法等。該種方法對終端設(shè)備采集精度和頻率要求很高，需單獨安裝配置高精度采樣裝置和抗飽和互感器。所謂有源法，是指通過在接地變壓器中性點或者饋線出線處注入特殊信號，通過終端采集到相應(yīng)信號而綜合判定故障位置，如s注入法、加信傳遞函數(shù)法、端口故障診斷法等。該種方法需加裝特殊的信號發(fā)生器，并需跟特殊的終端配合以檢測相應(yīng)信號。

由上可知，無論是有源法還是無源法皆需要安裝特殊的終端設(shè)備以配合特殊的采樣要求。而當前配電網(wǎng)中已安裝大量的采樣終端設(shè)備如ftu、dtu、故障指示器等，這些設(shè)備大都不具備特殊的采樣及判定要求。如若安裝特殊的采樣判定設(shè)備，則大部分需要停電安裝，進一步降低了供電可靠性，且特殊采樣判定設(shè)備大部分在初期試制階段，雖對部分典型線路具有較好的定位效果，但是普遍推廣效果欠佳，且價格昂貴，維護繁瑣。故此，盡最大可能的利用現(xiàn)有設(shè)備和采樣數(shù)據(jù)解決小電流接地故障定位問題，盡量不安裝特殊設(shè)備，避免重復建設(shè)浪費資源，以便更好的建設(shè)節(jié)約型社會具有重要的現(xiàn)實意義。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于解決變電站小電流接地故障的定位問題，結(jié)合配電網(wǎng)特點，給出一種基于穩(wěn)態(tài)特征的配電網(wǎng)小電流接地故障定位方法。

用于實現(xiàn)上述目的的技術(shù)方案如下：

一種基于穩(wěn)態(tài)特征的配電網(wǎng)小電流接地故障定位方法，該方法包括如下步驟：

(1)首先，根據(jù)配電網(wǎng)拓撲生成饋線供電路徑開關(guān)順序表；

(2)其次，根據(jù)饋線供電路徑開關(guān)順序表和配電網(wǎng)實時數(shù)據(jù)生成供電路徑實時電流陣；

(3)然后，根據(jù)饋線供電路徑開關(guān)順序表和配電網(wǎng)歷史數(shù)據(jù)生成供電路徑歷史電流陣；

(4)再次，根據(jù)供電路徑實時電流陣和供電路徑歷史電流陣生成供電路徑突變電流陣。根據(jù)供電路徑突變電流陣和饋線對地電容電流閾值生成供電路徑突變電流邏輯陣。

(5)最后，根據(jù)供電路徑突變電流邏輯陣的最大供電路徑值實現(xiàn)小電流接地故障定位。

從配電變壓器開始，沿著潮流流向的反方向逆推上溯，直到變電站出線開關(guān)為止，其所經(jīng)歷的開關(guān)定義為一組供電路徑開關(guān)。各供電路徑開關(guān)根據(jù)電流流向按照電流流經(jīng)的順序生成供電路徑順序表。

定義供電路徑實時電流陣描述一條配電饋線a、b、c三相的實時運行狀態(tài)，其中a相供電路徑實時電流陣rcma描述如下：

其中，i＝1,2,…,n，n為饋線供電路徑數(shù)，也就是配電變壓器數(shù)；j＝1,2,…,m，m為最大供電路徑包含的開關(guān)數(shù)；raij為第i個供電路徑中第j個開關(guān)的實時電流值，若該開關(guān)不存在，用-1表示。用rcmb、rcmc描述b、c兩相的供電路徑實時電流陣，具體方法與rcma類似，不再贅述。

定義供電路徑歷史電流陣描述一條配電饋線a、b、c三相某個歷史時刻的運行狀態(tài)，其中a相供電路徑歷史電流陣hcma描述如下：

haij為第i個供電路徑中第j個開關(guān)的某歷史時刻電流值，若該開關(guān)不存在，用-1表示。該歷史時刻可根據(jù)終端類型設(shè)定。若是ftu/dtu等采樣間隔短的高精度實時采集裝置，歷史時刻可以設(shè)定為當前時刻前2～5分鐘；若是故障指示器等采樣間隔時間較長的采集裝置，歷史時刻可以設(shè)定為當前時刻前5～10分鐘；若采集裝置是ftu、dtu、故障指示器混合配置，則歷史時刻可以設(shè)定為當前時刻前5～10分鐘，以確保所有數(shù)據(jù)都上送dms主站。用hcmb、hcmc描述b、c兩相的供電路徑歷史電流陣，具體方法與hcma類似，不再贅述。

當接地故障發(fā)生時，變電站母線將產(chǎn)生零序電壓，此時可以用故障發(fā)生后的供電路徑實時電流陣與故障發(fā)生前的供電路徑歷史電流陣計算故障引起的穩(wěn)態(tài)電流變化，具體描述為：

acma＝rcma-hcma

其中，acma為a相供電路徑突變電流陣，其也是一個n×m矩陣。

為計算方便，用供電路徑突變電流邏輯矩陣aclma表述a相電流的突變情況。

其中，laij為第i個供電路徑中第j個開關(guān)的突變電流邏輯值，aaij為a相供電路徑突變電流陣acma的第i行j列元素，ma為饋線對地電容電流閾值，其值跟線路類型，線路長度，變電站出線回路數(shù)都相關(guān)，在工程實際中可以根據(jù)每個變電站的實際情況近似取值，并根據(jù)運行情況做適當調(diào)整。α為閾值系數(shù)，取值范圍為(0,1)。

若接地故障發(fā)生在a相，則供電路徑突變電流邏輯矩陣aclma是一個0和1組成的矩陣，其所有供電路徑中包含突變電流開關(guān)最多的路徑即為故障路徑，即矩陣中所有行中包含邏輯值1最多的那一行代表的供電路徑即為故障路徑。具體描述為：

其中，slai為第i行的所有元素的和，rfa為a相接地故障判定結(jié)果，其值若為slak且不為0，則表示接地故障發(fā)生在a相的第k(k＝1,2,…,n)條供電路徑的第slak個開關(guān)與第slak+1個開關(guān)之間。

本發(fā)明有益技術(shù)效果：該方法針對永久性接地故障具有較好的適應(yīng)性，可依靠當前電網(wǎng)中的傳統(tǒng)采集終端實現(xiàn)接地故障的分析定位而不需要安裝特殊的采集終端，具有一定的推廣價值。

附圖說明

圖1為典型配電饋線圖；

具體實施方式

下面對本發(fā)明進行詳細的說明：

(1)首先，根據(jù)配電網(wǎng)拓撲生成饋線供電路徑開關(guān)順序表；

從配電變壓器開始，沿著潮流流向的反方向逆推上溯，直到變電站出線開關(guān)為止，其所經(jīng)歷的開關(guān)定義為一組供電路徑開關(guān)；各供電路徑開關(guān)按照電流流經(jīng)的順序生成饋線供電路徑順序表。

(2)其次，根據(jù)饋線供電路徑開關(guān)順序表和配電網(wǎng)實時數(shù)據(jù)生成供電路徑實時電流陣；

定義供電路徑實時電流陣描述一條配電饋線a、b、c三相的實時運行狀態(tài)，其中a相供電路徑實時電流陣rcma描述如下：

其中，i＝1,2,…,n，n為饋線供電路徑數(shù)，也就是配電變壓器數(shù)；j＝1,2,…,m，m為最大供電路徑包含的開關(guān)數(shù)；raij為第i個供電路徑中第j個開關(guān)的實時電流值，若該開關(guān)不存在，用-1表示；用rcmb、rcmc描述b、c兩相的供電路徑實時電流陣，具體方法與rcma類似。

(3)然后，根據(jù)饋線供電路徑開關(guān)順序表和配電網(wǎng)歷史數(shù)據(jù)生成供電路徑歷史電流陣；

定義供電路徑歷史電流陣描述一條配電饋線a、b、c三相某個歷史時刻的運行狀態(tài)，其中a相供電路徑歷史電流陣hcma描述如下：

haij為第i個供電路徑中第j個開關(guān)的某歷史時刻電流值，若該開關(guān)不存在，用-1表示，該歷史時刻可根據(jù)終端類型設(shè)定；用hcmb、hcmc描述b、c兩相的供電路徑歷史電流陣，具體方法與hcma類似。

(4)再次，根據(jù)供電路徑實時電流陣和供電路徑歷史電流陣生成供電路徑突變電流陣；根據(jù)供電路徑突變電流陣和饋線對地電容電流閾值生成供電路徑突變電流邏輯陣。

當接地故障發(fā)生時，變電站母線將產(chǎn)生零序電壓，供電路徑突變電流陣為用故障發(fā)生后的供電路徑實時電流陣與故障發(fā)生前的供電路徑歷史電流陣計算故障引起的穩(wěn)態(tài)電流變化，具體描述為：

acma＝rcma-hcma

其中，acma為a相供電路徑突變電流陣，為n×m矩陣；

為計算方便，用供電路徑突變電流邏輯矩陣aclma表述a相電流的突變情況：

其中，laij為第i個供電路徑中第j個開關(guān)的突變電流邏輯值，aaij為a相供電路徑突變電流陣acma的第i行j列元素，ma為饋線對地電容電流閾值，α為閾值系數(shù)，取值范圍為(0,1)。

(5)最后，根據(jù)供電路徑突變電流邏輯陣的最大供電路徑值實現(xiàn)小電流接地故障定位。

若接地故障發(fā)生在a相，則供電路徑突變電流邏輯矩陣aclma是一個0和1組成的矩陣，其所有供電路徑中包含突變電流開關(guān)最多的路徑即為故障路徑，即矩陣中所有行中包含邏輯值1最多的那一行代表的供電路徑即為故障路徑；具體描述為：

其中，slai為第i行的所有元素的和，rfa為a相接地故障判定結(jié)果，其值若為slak且不為0，則表示接地故障發(fā)生在a相的第k(k＝1,2,…,n)條供電路徑的第slak個開關(guān)與第slak+1個開關(guān)之間。

如圖1所示，假設(shè)在分段開關(guān)h、k之間發(fā)生了a相永久性接地故障，故事發(fā)生后各開關(guān)的實時量測數(shù)據(jù)ra與故障發(fā)生前5分鐘的歷史量測數(shù)據(jù)hahd如表1所示。

表1故障前后開關(guān)量測值

供電路徑實時電流陣rcma和供電路徑歷史電流陣hcma生成a相供電路徑突變電流陣acma為：

取饋線對地電容電流閾值ma為8，α為0.5。則a相供電路徑突變電流邏輯矩陣aclma為：

可知a相接地故障判定結(jié)果為：

rfa＝max[3,6,5,4,4]＝6

b、c兩相的分析過程與之類似，不再贅述。故此，接地故障發(fā)生在a相第2條供電路徑的第6個開關(guān)設(shè)備與第7個設(shè)備之間。對照表1也就是h開關(guān)與k開關(guān)之間。