配电网单相接地故障辨识的方法及装置

技术领域

本发明涉及一种配电网单相接地故障辨识的方法及装置，属于电力系统配电电缆故障检测技术领域。

背景技术

在电力系统的发电、输电、配电三个环节中，配电环节与用户的联系最为直接，并且配电网覆盖范围广、工作状况复杂、出线多，极易导致单相接地故障。

在小电流接地系统中发生的单相接地故障可占总故障的80％左右，其中绝大部分属于弧光接地。单相接地故障时，大地和系统间没有构成有效的短路通路，不会产生短路电流、线电压值保持不变。允许带电短时运行，确保终端用户不停电，从而提高供电稳定性以及可靠性。但是，当接地电容电流达到临界值，接地电弧很难自行熄灭，容易发展为相间短路，最终导致停电事故。

在发生永久性单相接地故障以后，通常是按照快速就近隔离故障的原则进行处理。但是当发生弧光接地故障时，如果不立即采取跳闸措施，接地电弧将多次熄灭并重燃、短时温度快速升高，弧柱中的高温、游离的带电气体粒子可使弧柱温度达到5000～15000℃，引起火灾造成电缆沟火烧连营，重威胁到人身安全。同时在电网中产生高频分量，导致配电网中电感与电容元件产生电磁振荡现象，严重影响整个配电系统的稳定运行。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出了一种配电网单相接地故障辨识的方法及装置，能够检测单相接地故障。

本发明解决其技术问题采取的技术方案是：

第一方面，本发明实施例提供的一种配电网单相接地故障辨识的方法，包括以下步骤：

实时对被监测电缆线路的电气量信号和非电气量信号进行录波，所述电气量信号包括零序电压信号和零序电流信号，所述非电气量信号包括光强信号；所述电气量信号每周波采样不低于256个点；

如果光强信号达到响应强度，则对零序电压信号和零序电流信号进行真有效值确认，如果零序电压真有效值和零序电流真有效值超过阈值，则认为发生故障，否则认为无故障；

对零序电压突变量进行实时计算，当零序电压突变量超过启动阈值时，使用零序电压真有效值进行启动确认，如果零序电压突变量启动后零序电压真有效值超出真有效值启动阈值则认为发生故障，保存数据并启动；否则认为无故障，不启动；

如果零序电压真有效值和零序电流信号真有效值连续3个周波小于设定的真有效值阈值，则确定故障结束；如果在3个周波之内，零序电压再次大于启动门槛，则认为同一次故障；3个周波之后，如果零序电压再次大于启动门槛，则认为一次新的启动；

记录故障结束之前光强信号响应的次数以及时间间隔，如果光强信号响应的次数大于等于时间间隔/20，则认为是弧光接地故障；如果光强信号响应的次数大于1且小于时间间隔/20则认为是间歇性接地故障；如果光强信号响应的次数小于等于1，则认为是金属性接地故障。

作为本实施例一种可能的实现方式，在对零序电压信号和零序电流信号进行真有效值确认过程中，所述零序电压和零序电流的真有效值的计算过程为：取零序电压和零序电流信号的3个周波的采样数据，并计算其中256点采样数据的有效值；如果零序电压和零序电流信号的突变量启动点在第1周波，则使用从启动点开始的256点计算有效值；如果零序电压和零序电流信号的突变量启动在第3周波，则去掉数据中前256点，使用后256点计算有效值。

作为本实施例一种可能的实现方式，所述零序电流的真有效值的计算公式为：

其中N＝256，i

作为本实施例一种可能的实现方式，所述零序电压突变量启动的步骤为：

计算突变量时调取最近3个周波的录波数据，判断公式为：

|U

其中，U

作为本实施例一种可能的实现方式，所述启动阈值A设定为15V或12V，所述真有效值启动阈值为25V。

作为本实施例一种可能的实现方式，如果中性点不平衡电压超过5V，则启动阈值A设定为12V。

作为本实施例一种可能的实现方式，所述光强信号采用弧光传感器进行检测，将光信号转变成方便系统或者数据处理分析单元便于处理的电信号。

作为本实施例一种可能的实现方式，所述光强信号达到响应强度，指的是光强信号达到反映电弧光特征的紫外光及蓝光的光强，而对可见光则不响应。

作为本实施例一种可能的实现方式，所述零序电压真有效值阈值为15V，零序电流真有效值阈值为10mA。

作为本实施例一种可能的实现方式，所述的时间间隔的单位为毫秒。

第二方面，本发明实施例提供的一种配电网单相接地故障辨识的装置，包括：

数据采集模块，用于实时对被监测电缆线路的电气量信号和非电气量信号进行录波，所述电气量信号包括零序电压信号和零序电流信号，所述非电气量信号包括光强信号；所述电气量信号每周波采样不低于256个点；

故障判断模块，用于判断是否发生故障，如果光强信号达到响应强度，则对零序电压信号和零序电流信号进行真有效值确认，如果零序电压真有效值和零序电流真有效值超过阈值，则认为发生故障，否则认为无故障；

启动确认模块，用于对零序电压突变量进行实时计算，当零序电压突变量超过启动阈值时，使用零序电压真有效值进行启动确认，如果零序电压突变量启动后零序电压真有效值超出真有效值启动阈值则认为发生故障，保存数据并启动；否则认为无故障，不启动；

故障结束判断模块，用于判断故障是否结束，如果零序电压真有效值和零序电流信号真有效值连续3个周波小于设定的真有效值阈值，则确定故障结束；如果在3个周波之内，零序电压再次大于启动门槛，则认为同一次故障；3个周波之后，如果零序电压再次大于启动门槛，则认为一次新的启动；

故障类别判断模块，用于记录故障结束之前光强信号响应的次数以及时间间隔，如果光强信号响应的次数大于等于时间间隔/20，则认为是弧光接地故障；如果光强信号响应的次数大于1且小于时间间隔/20则认为是间歇性接地故障；如果光强信号响应的次数小于等于1，则认为是金属性接地故障。

本发明实施例的技术方案可以具有的有益效果如下：

本发明实施例的技术方案的一种配电网单相接地故障辨识的方法，提取被监测电缆的电气量和非电气量信息，通过对其建立逻辑判断关系，对发生的电缆故障进行有效的检测和识别，具有抗干扰强准确度高的优点，有效提高了故障处理效率。

本发明实施例的技术方案的一种配电网单相接地故障辨识的装置，通过检测电气量信号和非电气量信号，并将多种信号数据进行融合判断，进行检测电缆故障，提高了故障处理效率。

附图说明

图1是根据一示例性实施例示出的一种配电网单相接地故障辨识的方法的流程图；

图2是根据一示例性实施例示出的一种配电网单相接地故障辨识的装置的示意图；

图3是根据一示例性实施例示出的一种利用本发明所述装置进行单相接地故障辨识的流程图。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明做进一步说明：

为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，并结合其附图，对本发明进行详细阐述。下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。应当注意，在附图中所图示的部件不一定按比例绘制。本发明省略了对公知组件和处理技术及工艺的描述以避免不必要地限制本发明。

如图1所示，本发明实施例提供的一种配电网单相接地故障辨识的方法，包括以下步骤：

实时对被监测电缆线路的电气量信号和非电气量信号进行录波，所述电气量信号包括零序电压信号和零序电流信号，所述非电气量信号包括光强信号；所述电气量信号每周波采样不低于256个点；

如果光强信号达到响应强度，则对零序电压信号和零序电流信号进行真有效值确认，如果零序电压真有效值和零序电流真有效值超过阈值，则认为发生故障，否则认为无故障；

对零序电压突变量进行实时计算，当零序电压突变量超过启动阈值时，使用零序电压真有效值进行启动确认，如果零序电压突变量启动后零序电压真有效值超出真有效值启动阈值则认为发生故障，保存数据并启动；否则认为无故障，不启动；

如果零序电压真有效值和零序电流信号真有效值连续3个周波小于设定的真有效值阈值，则确定故障结束；如果在3个周波之内，零序电压再次大于启动门槛，则认为同一次故障；3个周波之后，如果零序电压再次大于启动门槛，则认为一次新的启动；

记录故障结束之前光强信号响应的次数以及时间间隔，如果光强信号响应的次数大于等于时间间隔/20，则认为是弧光接地故障；如果光强信号响应的次数大于1且小于时间间隔/20则认为是间歇性接地故障；如果光强信号响应的次数小于等于1，则认为是金属性接地故障。

作为本实施例一种可能的实现方式，在对零序电压信号和零序电流信号进行真有效值确认过程中，所述零序电压和零序电流的真有效值的计算过程为：取零序电压和零序电流信号的3个周波的采样数据，并计算其中256点采样数据的有效值；如果零序电压和零序电流信号的突变量启动点在第1周波，则使用从启动点开始的256点计算有效值；如果零序电压和零序电流信号的突变量启动在第3周波，则去掉数据中前256点，使用后256点计算有效值。

作为本实施例一种可能的实现方式，所述零序电流的真有效值的计算公式为：

其中N＝256，i

作为本实施例一种可能的实现方式，所述零序电压突变量启动的步骤为：

计算突变量时调取最近3个

周波的录波数据，判断公式为：

|U

其中，U

作为本实施例一种可能的实现方式，所述启动阈值A设定为15V或12V，所述真有效值启动阈值为25V。

作为本实施例一种可能的实现方式，如果中性点不平衡电压超过5V，则启动阈值A设定为12V。

作为本实施例一种可能的实现方式，所述光强信号采用弧光传感器进行检测，将光信号转变成方便系统或者数据处理分析单元便于处理的电信号。

作为本实施例一种可能的实现方式，所述光强信号达到响应强度，指的是光强信号达到反映电弧光特征的紫外光及蓝光的光强，而对可见光则不响应。

作为本实施例一种可能的实现方式，所述零序电压真有效值阈值为15V，零序电流真有效值阈值为10mA。

作为本实施例一种可能的实现方式，所述的时间间隔的单位为毫秒。

如图2所示，本发明实施例提供的一种配电网单相接地故障辨识的装置，包括：

数据采集模块，用于实时对被监测电缆线路的电气量信号和非电气量信号进行录波，所述电气量信号包括零序电压信号和零序电流信号，所述非电气量信号包括光强信号；所述电气量信号每周波采样不低于256个点；

故障判断模块，用于判断是否发生故障，如果光强信号达到响应强度，则对零序电压信号和零序电流信号进行真有效值确认，如果零序电压真有效值和零序电流真有效值超过阈值，则认为发生故障，否则认为无故障；

启动确认模块，用于对零序电压突变量进行实时计算，当零序电压突变量超过启动阈值时，使用零序电压真有效值进行启动确认，如果零序电压突变量启动后零序电压真有效值超出真有效值启动阈值则认为发生故障，保存数据并启动；否则认为无故障，不启动；

故障结束判断模块，用于判断故障是否结束，如果零序电压真有效值和零序电流信号真有效值连续3个周波小于设定的真有效值阈值，则确定故障结束；如果在3个周波之内，零序电压再次大于启动门槛，则认为同一次故障；3个周波之后，如果零序电压再次大于启动门槛，则认为一次新的启动；

故障类别判断模块，用于记录故障结束之前光强信号响应的次数以及时间间隔，如果光强信号响应的次数大于等于时间间隔/20，则认为是弧光接地故障；如果光强信号响应的次数大于1且小于时间间隔/20则认为是间歇性接地故障；如果光强信号响应的次数小于等于1，则认为是金属性接地故障。

如图3所示，利用本发明所述装置进行单相接地故障辨识的具体过程如下。

步骤1：实时对被监测电缆线路的电气量信号和非电气量信号进行录波，其中电气量信号包括零序电压和零序电流信号，非电气量信号包括光强信号；电气量信号的每周采样不低于256个点。光强信号采用弧光传感器检测，将光信号转变成方便系统或者数据处理分析单元便于处理的电信号。

步骤2：若光强信号达到响应强度，则取零序电压和零序电流信号进行真有效值确认，若零序电压真有效值和零序电流真有效值超过阈值，认为发生故障，转入步骤3；否则认为无故障，转入步骤1。

所述光强信号达到响应强度，指的是能达到反映电弧光特征的紫外光及蓝光的光强，而对可见光不响应。

所述零序电压和零序电流信号进行真有效值进行故障确认，真有效值的算法是取零序电压和零序电流信号的3个周波的采样数据，并计算其中256点采样数据的有效值。如果突变量启动点在第1周波，则使用从启动点开始的256点计算有效值；如果突变量启动在第3周波，则去掉数据中前256点，使用后256点计算有效值。零序电流信号真有效值的计算公式为：

其中N＝256，i

步骤3：对零序电压突变量进行实时计算，当突变量超过阈值时，使用真有效值进行启动确认，若突变量启动后再使用真有效值判断确认，超出真有效值阈值认为发生故障，保存数据并启动；否则认为无故障，不启动。

突变量启动的步骤为：

突变量计算时，调取最近3个周波的录波数据，判断公式为：

|U

其中，U

步骤4：判断故障结束，零序电压且零序电流信号真有效值连续3个周波，小于设定的阈值(零序电压的阈值为15V，零序电流的阈值为10mA)，则确定故障结束。若在3个周波之内，零序电压再次大于启动门槛，则认为同一次故障。3个周波之后，若零序电压再次大于启动门槛，则认为一次新的启动。

步骤5：记录故障结束之前光强信号响应的次数以及时间间隔，时间间隔的单位为毫秒；若光强信号响应的次数大于等于时间间隔/20，则认为是弧光接地；若光强信号响应的次数大于1，小于时间间隔/20则认为是间歇性接地；若光强信号响应的次数小于等于1，则认为是金属性接地。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。