一种配电网单相接地故障区段定位方法及系统

技术领域

本发明属于电力故障检测领域，尤其涉及一种配电网单相接地故障区段定位方法及系统。

背景技术

10kV配电网大多采用中性点非直接接地方式，而中性点非直接接地系统发生的单相接地故障在其故障总数的占比超80%。配电网单相接地故障会带来火灾、触电等安全事故和大面积停电的风险，因此，配电网单相接地故障的快速处理越来越受到重视，而配电网单相接地故障的区段定位对于精准隔离故障、减少停电损失有着重要意义。

当前，配电网单相接地故障处理设备有变电站内的接地选线装置和变电站外的配电网自动化终端。变电站内的接地选线装置仅具备选取接地故障线路功能，不具备故障线路区段定位的功能；配电网自动化终端虽具有单相接地故障区段定位功能，但需要依赖于配电网自动化主站及与配电主站间的远程通信，配电网自动化主站收集全网的配电终端动作信息，配电网中任一配电终端出现误判或漏判的情况，都会影响单相接地故障区段定位的准确率。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供了一种配电网单相接地故障区段定位方法及系统，用于解决现有单相接地故障区段定位易受配电终端影响，定位准确率不高的问题。

在本发明实施例的第一方面，提供了一种配电网单相接地故障区段定位方法，包括：

当检测到中性点非直接接地系统单相接地故障，主站选取故障路线，根据故障线路拓扑由近至远获取子站的故障录波信息；

根据子站的故障录波信息和主站的故障录波信息，依次判断故障是否位于当前子站区段内；

其中，根据子站和主站的故障录波信息，分别计算主站电流首峰值、子站电流首峰值、主站零序电流基波幅值、子站零序电流基波幅值以及主站零序电流和子站零序电流的波形相关性；

当主站电流首峰值、子站电流首峰值、主站零序电流基波幅值、子站零序电流基波幅值以及主站零序电流和子站零序电流的波形相关性满足预定条件，则判定故障位于当前子站上游，当不满足预定条件，则判定故障位于当前子站下游；

其中，分别将子站电流首峰值|△I

s

s

|σ

式中，s、t、Q均为根据实际需求进行设定的门槛值。

在本发明实施例的第二方面，提供了一种配电网单相接地故障区段定位系统，包括：

录波信息获取模块，用于当检测到中性点非直接接地系统单相接地故障，主站选取故障路线后，根据故障线路拓扑由近至远获取子站的故障录波信息，并获取主站的故障录波信息；

故障区段定位模块，用于根据子站的故障录波信息和主站的故障录波信息，依次判断故障是否位于当前子站区段内；

其中，根据子站和主站的故障录波信息，分别计算主站电流首峰值、子站电流首峰值、主站零序电流基波幅值、子站零序电流基波幅值以及主站零序电流和子站零序电流的波形相关性；

当主站电流首峰值、子站电流首峰值、主站零序电流基波幅值、子站零序电流基波幅值以及主站零序电流和子站零序电流的波形相关性满足预定条件，则判定故障位于当前子站上游，当不满足预定条件，则故障位于当前子站下游；

其中，分别将子站电流首峰值|△I

s

s

|σ

式中，s、t、Q均为根据实际需求进行设定的门槛值。

在本发明实施例的第三方面，提供了一种电子设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如本发明实施例第一方面所述方法的步骤。

在本发明实施例的第四方面，提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现本发明实施例第一方面提供的所述方法的步骤。

本发明实施例中，通过按照故障线路电气拓扑由近到远逐级获取子站的故障录波信息，结合主站故障录波信息，可以实现准确的故障区段定位，通信可靠性高，且不受非故障线路子站影响。同时，主站和子站可以采用统一的启动定值和启动判据，不会存在故障检测灵敏度失陪，并且将电流首峰值做变化量处理，可以滤除故障前的不平衡电流和采样零漂值，具有较强的抗干扰性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，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介绍，显而易见地，下面描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对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取其他附图。

图1为本发明一个实施例提供的中性点非直接接地系统的结构示意图；

图2为本发明一个实施例提供的一种配电网单相接地故障区段定位方法的流程示意图；

图3为本发明一个实施例提供的一种配电网单相接地故障区段定位系统的结构示意图；

图4为本发明的一个实施例提供的一种电子设备的结构示意图。

具体实施方式

为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，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，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。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。

应当理解，本发明的说明书或权利要求书及上述附图中的术语“包括”以及其他相近意思表述，意指覆盖不排他的包含，如包含一系列步骤或单元的过程、方法或系统、设备没有限定于已列出的步骤或单元。此外，“第一”“第二”用于区分不同对象，并非用于描述特定顺序。

需要说明的是，如图1所示，一个配电网的中性点非直接接地系统由变电站内的主站和站外的子站（如子站A、B、C、D、E、F）构成。主站可以为小电流接地选线装置，也可为在站内部署的独立的系统主站。子站通常部署在配电线路的分段开关处和联络开关处，可以为配电自动化终端（FTU或DTU），也可为专用终端设备。

当系统发生单相接地故障后，主站首先完成故障线路选线功能和故障录波功能；子站设有与主站相同的录波启动判据，可以记录各分段开关处的启动前3周波，启动后1周，共4个周波的零序电压和零序电流的模拟量数据，用于辅助主站故障定位。其中，系统的故障录波采样率不低于4000点/秒。

主站装置完成故障线路选取后，根据故障线路拓扑由近至远逐级召唤子站的故障录波信息。每完成一个子站信息召测后，可以对该子站的区段故障进行判断，当定位到故障在本区段后则停止子站信息召唤并输出故障区段定位结果；否则召唤下一相邻的子站故障信息。若完成了故障线路上所有子站信息召唤和故障区段研判仍未完成故障区段定位，则报配电线路末端故障。

请参阅图2，本发明实施例提供的一种配电网单相接地故障区段定位方法的流程示意图，包括：

S201、当检测到中性点非直接接地系统单相接地故障，主站选取故障路线，根据故障线路拓扑由近至远获取子站的故障录波信息；

所述主站位于配电站内，在发生单相接地故障后，可以实现故障线路选线功能和故障录波功能。所述子站位于配电站外，可以在发生单相接地故障时，进行故障录波，并能根据主站指令，上传故障录波信息。

所述故障录波信息中至少包括零序电流采样信息。

S202、根据子站的故障录波信息和主站的故障录波信息，依次判断故障是否位于当前子站区段内；

根据子站与主站的距离，依次获取子站的故障录波信息，结合主站的故障录波信息，判断故障是否位于当前子站区段内，若位于当前区段则停止获取子站故障录波信息，否则，继续获取下一子站的故障录波信息。

其中，根据子站和主站的故障录波信息，分别计算主站电流首峰值、子站电流首峰值、主站零序电流基波幅值、子站零序电流基波幅值以及主站零序电流和子站零序电流的波形相关性；

当主站电流首峰值、子站电流首峰值、主站零序电流基波幅值、子站零序电流基波幅值以及主站零序电流和子站零序电流的波形相关性满足预定条件，则判定故障位于当前子站上游，当不满足预定条件，则判定故障位于当前子站下游。

具体的，主站电流首峰值和子站电流首峰值计算过程包括：

当主站或子站中连续的n个采样点变化量绝对值小于第一采样点变化量绝对值，且第一采样点变化量绝对值大于第一采样点前n至2n个采样点变化量绝对值的K倍，第一采样点的绝对值大于第一采样点后n个采样点变化量的绝对值，则将第一采样点对应的电流值作为电流首峰值；

其中，采样点变化量为当前采样点值减去一个工频周期前采样点值的绝对值，n和K均为可调节的门槛值，一般可以根据实际应用场景或需求进行设置，n可在[5,20]范围内取值，K可在[2,10]范围内取值。

示例性的，提取主站线路n零序电流和子站A故障录波的电流首峰值变化量的绝对值|△I

主站或子站中任一采样点前面的连续6个采样点变化量的绝对值小于该采样点变化量的绝对值：|△I

该采样点变化量的绝对值大于其前面第7~12采样点变化量绝对值的5倍，即|△I

该采样点变化量的绝对值大于其后面连续6个采样点变化量的绝对值，即|△I

具体的，根据主站和子站的电流首峰值及电流首峰值后一工频周期的采样数据窗，计算主站零序电流基波幅值、子站零序电流基波幅值，并计算主站零序电流与子站零序电流的波形相关性:

；

其中，

在一个实施例中，分别将子站电流首峰值|△I

s

s

|σ

式中，s、t、Q均为根据实际需求进行设定的门槛值，且s的取值范围为[0.7，0.95]，t的取值范围为[1.05,1.3]，Q的取值范围为[0.8,0.95]。

具体的，当主站电流首峰值、第一子站电流首峰值、主站零序电流基波幅值、第一子站零序电流基波幅值以及主站零序电流和第一子站零序电流的波形相关性满足所述预定条件，则判定故障位于变电站与第一子站之间；

否则，判断第一子站下游的第二子站是否满足所述预定条件，若满足，则判定故障位于第一子站与第二子站之间，若不满足，则继续判断第二子站下游的第三子站是否满足所述预定条件，直至在当前故障路线上定位到故障区段。

示例性的，如图1中的子站，若判为故障点在子站A上游，则定位故障点在变电站-子站A区段;若判为故障点在子站A下游，则继续判断子站A下游的子站B和子站E；若判为故障点在子站B和子站E的上游，则定位故障点在子站A-子站B/E区段，若判为故障点在子站B下游，则继续判断子站B下游的子站C，若判为故障点在子站E下游，则继续判断子站E下游的子站F。如此依次搜寻故障区段，直到线路最末端。

若到最后一个子站仍未定位到故障区段，则可以判定为配电线路末端故障。

本实施例中，基于主站和子站的故障录波，在故障选线后通过逐级获取子站的故障录波信息进行故障区段定位，可以提高故障定位准确度，采用故障线路站内和站外全线各节点故障信息进行区段定位，可具有更高的选线准确率；主站仅汇集故障线路各子站的故障信息进行故障区段研判，故障定位准确性不受非故障线路子站的影响；主站和故障线路的子站按照线路电气拓扑由近到远逐级通信，不会造成通信拥堵，系统通信可靠性高；主站和子站采用统一的启动定值和启动判据，不存在故障检测灵敏度失陪的情况；判据中的电流首峰值变化量和电流波形相关系数均取绝对值不受分段开关CT安装和接入极性的影响；判据中电流首峰值做变化量处理，可以滤除故障前的不平衡电流和采样零漂值，抗干扰性强。

应理解，上述实施例中各步骤的序号大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本发明实施例的实施过程构成任何限定。

图3为本发明实施例提供的一种配电网单相接地故障区段定位系统的结构示意图，该系统包括：

录波信息获取模块310，用于当检测到中性点非直接接地系统单相接地故障，主站选取故障路线后，根据故障线路拓扑由近至远获取子站的故障录波信息，并获取主站的故障录波信息；

故障区段定位模块320，用于根据子站的故障录波信息和主站的故障录波信息，依次判断故障是否位于当前子站区段内；

其中，根据子站和主站的故障录波信息，分别计算主站电流首峰值、子站电流首峰值、主站零序电流基波幅值、子站零序电流基波幅值以及主站零序电流和子站零序电流的波形相关性；

当主站电流首峰值、子站电流首峰值、主站零序电流基波幅值、子站零序电流基波幅值以及主站零序电流和子站零序电流的波形相关性满足预定条件，则判定故障位于当前子站上游，当不满足预定条件，则故障位于当前子站下游。

具体的，当主站或子站中连续的n个采样点变化量绝对值小于第一采样点变化量绝对值，且第一采样点变化量绝对值大于第一采样点前n-2n个采样点变化量绝对值的K倍，第一采样点的绝对值大于第一采样点后n个采样点变化量的绝对值，则将第一采样点对应的电流值作为电流首峰值；

其中，采样点变化量为当前采样点值减去一个工频周期前采样点值的绝对值，n和K均为可调节的门槛值。

具体的，根据主站和子站的电流首峰值及电流首峰值后一工频周期的采样数据窗，计算主站零序电流基波幅值、子站零序电流基波幅值，并计算主站零序电流与子站零序电流的波形相关性：

；

其中，

具体的，分别将子站电流首峰值|△I

s

s

|σ

式中，s、t、Q均为根据实际需求进行设定的门槛值。

可选的，当主站电流首峰值、第一子站电流首峰值、主站零序电流基波幅值、第一子站零序电流基波幅值以及主站零序电流和第一子站零序电流的波形相关性满足所述预定条件，则判定故障位于变电站与第一子站之间；

否则，判断第一子站下游的第二子站是否满足所述预定条件，若满足，则判定故障位于第一子站与第二子站之间，若不满足，则继续判断第二子站下游的第三子站是否满足所述预定条件，直至在当前故障路线上定位到故障区段。

所述领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统和模块的具体工作过程可以参考前述方法实施例中对应的过程，在此不再赘述。

图4是本发明一实施例提供的一种电子设备的结构示意图。所述电子设备用于配电网单相接地故障区段定位。如图4所示，该实施例的电子设备4包括：存储器410、处理器420以及系统总线430，所述存储器410包括存储其上的可运行程序4101，本领域技术人员可以理解，图4中示出的电子设备结构并不构成对电子设备的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件布置。

下面结合图4对电子设备的各个构成部件进行具体的介绍：

存储器410可用于存储软件程序以及模块，处理器420通过运行存储在存储器410的软件程序以及模块，从而执行电子设备的各种功能应用以及数据处理。存储器410可主要包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需的应用程序（比如声音播放功能、图像播放功能等）等；存储数据区可存储根据电子设备的使用所创建的数据（比如缓存数据）等。此外，存储器410可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他易失性固态存储器件。

在存储器410上包含网络请求方法的可运行程序4101，所述可运行程序4101可以被分割成一个或多个模块/单元，所述一个或多个模块/单元被存储在所述存储器410中，并由处理器420执行，以实现单相接地故障区段定位等，所述一个或多个模块/单元可以是能够完成特定功能的一系列计算机程序指令段，该指令段用于描述所述可运行程序4101在所述电子设备4中的执行过程。例如，所述可运行程序4101可以被分割为录波信息获取模块和故障区段定位模块等功能模块。

处理器420是电子设备的控制中心，利用各种接口和线路连接整个电子设备的各个部分，通过运行或执行存储在存储器410内的软件程序和/或模块，以及调用存储在存储器410内的数据，执行电子设备的各种功能和处理数据，从而对电子设备进行整体状态监控。可选的，处理器420可包括一个或多个处理单元；优选的，处理器420可集成应用处理器和调制解调处理器，其中，应用处理器主要处理操作系统、应用程序等，调制解调处理器主要处理无线通信。可以理解的是，上述调制解调处理器也可以不集成到处理器320中。

系统总线430是用来连接计算机内部各功能部件，可以传送数据信息、地址信息、控制信息，其种类可以是例如PCI总线、ISA总线、CAN总线等。处理器420的指令通过总线传递至存储器410，存储器410反馈数据给处理器420，系统总线430负责处理器420与存储器410之间的数据、指令交互。当然系统总线430还可以接入其他设备，例如网络接口、显示设备等。

在本发明实施例中，该电子设备所包括的处理器420执行的可运行程序包括：

当检测到中性点非直接接地系统单相接地故障，主站选取故障路线，根据故障线路拓扑由近至远获取子站的故障录波信息；

根据子站的故障录波信息和主站的故障录波信息，依次判断故障是否位于当前子站区段内；

其中，根据子站和主站的故障录波信息，分别计算主站电流首峰值、子站电流首峰值、主站零序电流基波幅值、子站零序电流基波幅值以及主站零序电流和子站零序电流的波形相关性；

当主站电流首峰值、子站电流首峰值、主站零序电流基波幅值、子站零序电流基波幅值以及主站零序电流和子站零序电流的波形相关性满足预定条件，则判定故障位于当前子站上游，当不满足预定条件，则判定故障位于当前子站下游。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统、设备和模块的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述或记载的部分，可以参见其它实施例的相关描述。

以上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。