專利名稱：小電流接地系統單相接地測距方法和測距裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及電力系統繼電保護領域，具體而言，涉及一種用于測量小電流接地系統單相接地的故障點的位置的測距方法和測距裝置。
背景技術：
小電流接地系統是指發生單相接地故障時，故障電流較小的系統，具體指中性點不接地、中性點經消弧線圈或者中性點經高電阻接地系統，俗稱小電流系統。小電流系統發生單相接地故障，因不構成短路回路，不必快速切除故障線路，停止用戶供電。據統計，單相接地故障占整個配電系統所有故障的70%以上。為保證供電可靠性，我國的配電系統通常采用小電流系統。小電流系統發生單相接地故障后，如不能及時消除故障，故障點的故障電弧可能燒毀設備，并引發相間故障，擴大事故，因此我國的電力系統運行規程規定小電流系統發生單相接地故障允許帶電運行兩小時，也意味著單相接地故障必須在兩小時內清除。要清除故障，必須確定故障位置，檢測小電流接地系統單相接地故障位置的方法稱為故障測距。但是由于小電流接地系統單相接地不構成明顯的短路回路，穩態信號特征不明顯， 因此，小電流接地系統單相接地故障測距一直是個無法解決的難題。目前，相關技術中單相接地測距方法和測距裝置提出了基于相電流互感器和零序電流互感器獲取的初始電流行波的測距方法，滿足了配電線路單相接地故障測距的現場應用要求。然而，由于現場相電流互感器的變比受最大負荷電流的影響，一方面通常較大，不利于電流行波信號的獲取；另一方面不確定，不利于與零序電流互感器的變比匹配，因此， 在負荷電流較大的現場所述方法難于應用，有必要尋找一種新方法滿足負荷電流較大的現場應用要求。

發明內容
本發明所要解決的技術問題在于，提供一種新的方式，適用于電流互感器不能有效獲取行波的現場情況，準確地測出單相接地故障的距離。有鑒于此，本發明公開了一種測距方法，用于測量小電流接地系統單相接地的故障點的位置，包括步驟102，在小電流接地系統的母線上設定測量點，并實時同步采集電壓行波，所述出線上發生單相接地時，所述電壓行波中包括經導線與導線傳播的故障初始行波和經導線與大地傳播的故障初始行波；步驟104，根據χ = vlXv2X At/(vl-v2)，得到所述測量點至所述故障點的距離，其中，At為所述經導線與大地傳播的故障初始行波到達所述測量點的時間和所述經導線與導線傳播的故障初始行波到達所述測量點的時間的時間差，Vl為經導線與導線傳播的電壓行波的波速度，v2為經導線與大地傳播的電壓行波的波速度，χ為所述測量點至所述故障點的距離。在上述技術方案中，優選地，在所述步驟102中，使用電壓互感器的一相和電壓互感器的開口三角電壓實時同步采集所述電壓行波，其中，所述電壓互感器的一相采集的電壓行波中包括所述經導線與導線傳播的故障初始行波，所述電壓互感器開口三角電壓采集的電壓行波中包括所述經導線與大地傳播的故障初始行波。在上述技術方案中，優選地，在所述步驟104中，所述出線上發生單相接地的情況時，對所述電壓行波進行小波變換以獲得經導線與導線傳播的故障初始行波到達所述測量點的時間和經導線與大地傳播的故障初始行波到達所述測量點的時間。本發明還公開了一種測距裝置，用于測量小電流接地系統單相接地的故障點的位置，包括采集模塊，在小電流接地系統的出線上設定測量點，并實時同步采集電壓行波，所述出線上發生單相接地時，所述電壓行波中包括經導線與導線傳播的故障初始行波和經導線與大地傳播的故障初始行波；距離計算模塊，根據X = V1XV2X At/(vl-v2)，得到所述測量點至所述故障點的距離，其中，At為所述經導線與大地傳播的故障初始行波到達所述測量點的時間和所述經導線與導線傳播的故障初始行波到達所述測量點的時間的時間差， Vl為經導線與導線傳播的電壓行波的波速度，v2為經導線與大地傳播的電壓行波的波速度，χ為所述測量點至所述故障點的距離。在上述技術方案中，優選地，所述采集模塊包括電壓互感器一相和電壓互感器開口三角，實時同步采集所述電壓行波，其中，所述電壓互感器一相采集的電壓行波中包括所述經導線與導線傳播的故障初始行波，所述電壓互感器開口三角采集的電壓行波中包括所述經導線與大地傳播的故障初始行波。在上述技術方案中，優選地，還包括小波變換模塊，在所述出線上產生單相接地的情況時，對采集的電壓行波進行小波變換以獲得經導線與導線傳播的故障初始行波到達所述測量點的時間和經導線與大地傳播的故障初始行波到達所述測量點的時間。根據上述技術方案，可以實現一種單相接地測距方法和測距裝置，可以有效地測量產生小電流接地系統單相接地的故障點的距離。


圖1是根據本發明的測距方法的流程圖；圖2是根據本發明的測距裝置的框圖；圖3是根據本發明的一個實施例的測距方法的流程圖；圖4是根據本發明的一個實施例的測距方法的流程圖。
具體實施例方式為了能夠更清楚地理解本發明的上述目的、特征和優點，下面結合附圖和具體實施方式
對本發明進行進一步的詳細描述。在下面的描述中闡述了很多具體細節以便于充分理解本發明，但是，本發明還可以采用其他不同于在此描述的其他方式來實施，因此，本發明并不限于下面公開的具體實施例的限制。圖1是根據本發明的測距方法的流程圖。如圖1所示，本發明提供了一種測距方法，用于測量小電流接地系統單相接地的故障點的位置，包括步驟102，在小電流接地系統的母線上設定測量點，并實時同步采集電壓行波，所述出線上產生單相接地時，所述電壓行波中包括經導線與導線傳播的故障初始行波和經導線與大地傳播的故障初始行波；步驟104，根據χ = vlXv2X At/(vl-v2)，得到所述測量點至所述故障點的距離，其中，At為所述經導線與大地傳播的故障初始行波到達所述測量點的時間和所述經導線與導線傳播的故障初始行波到達所述測量點的時間的時間差，Vl為經導線與導線傳播的電壓行波的波速度，v2為經導線與大地傳播的電壓行波的波速度，χ為所述測量點至所述故障點的距離。在上述技術方案中，在所述步驟102中，使用電壓互感器一相和電壓互感器開口三角實時同步采集所述電壓行波，其中，所述電壓互感器一相采集的電壓行波中包括所述經導線與導線傳播的故障初始行波，所述電壓互感器開口三角電壓采集的電壓行波中包括所述經導線與大地傳播的故障初始行波。在上述技術方案中，在所述步驟104中，所述出線上發生單相接地的情況時，對所述電流行波進行小波變換以獲得經導線與導線傳播的故障初始行波到達所述測量點的時間和經導線與大地傳播的故障初始行波到達所述測量點的時間。圖2是根據本發明的測距裝置的框圖。如圖2所示，本發明還提供了一種測距裝置200，用于測量小電流接地系統單相接地的故障點的位置，包括采集模塊202，在小電流接地系統的母線上設定測量點，并實時同步采集電壓行波，所述出線上產生單相接地時，所述電壓行波中包括經導線與導線傳播的故障初始行波和經導線與大地傳播的故障初始行波；距離計算模塊204，根據χ = vlXv2X At/(vl-v2)，得到所述測量點至所述故障點的距離，其中，At為所述經導線與大地傳播的故障初始行波到達所述測量點的時間和所述經導線與導線傳播的故障初始行波到達所述測量點的時間的時間差，Vl為經導線與導線傳播的電壓行波的波速度，v2為經導線與大地傳播的電壓行波的波速度，χ為所述測量點至所述故障點的距離。在上述技術方案中，優選地，所述采集模塊202包括電壓互感器一相和電壓互感器開口三角，實時同步采集所述電壓行波，其中，所述電壓互感器一相采集的電壓行波中包括所述經導線與導線傳播的故障初始行波，所述電壓互感器開口三角采集的電壓行波中包括所述經導線與大地傳播的故障初始行波。在上述技術方案中，優選地，還包括小波變換模塊，在所述出線上產生單相接地的情況時，對采集的電壓行波進行小波變換以獲得經導線與導線傳播的故障初始行波到達所述測量點的時間和經導線與大地傳播的故障初始行波到達所述測量點的時間。圖3是根據本發明的一個實施例的測距方法的流程圖。如圖3所示，步驟302，實時同步采集小電流接地系統母線上的電壓行波；步驟 304，獲取經導線與導線傳播的電壓初始行波和經導線與大地傳播的電壓初始行波；步驟 306，提取出線上經導線與導線傳播的電流初始行波和經導線與大地傳播的電壓初始行波的時間特征；步驟308，比較經導線與導線傳播的電壓初始行波和經導線與大地傳播的電壓初始行波的時間差，計算故障距離。所述單相接地行波特征為在導線與導線之間傳播的行波速度快，先到達測量點； 在導線與大地之間傳播的行波速度慢，后到達測量點。假定接地時刻為0時刻，在導線與導線之間傳播的行波速度為vl，接地發生后，初始行波到達測量點的時刻為tl ；在導線與大地之間傳播的行波速度為v2，接地發生后，初始行波到達測量點的時刻為t2，假設故障點到測量點的距離為X，則χ = vlXtl
χ = v2Xt2由于接地發生時刻未知，只能在測量點獲得兩類初始行波到達時間差At = t2-tl，因此可推得x = vl X v2 X At/(vl-v2)，也就是說故障距離在經過不同傳播路徑的行波速度已知和到達時間差確定的情況下，故障距離可測。而在小電流接地系統中，投入運行的線路，線路型號確定，結構確定，不同傳播路徑的行波速度也一定。因此只要能夠準確測量經過不同傳播路徑的單相接地故障初始行波到達測量點的時間差，即可準確測定故障距離。本實施例中的測距方法的原理當小電流接地系統出線上發生單相接地故障時，故障點將產生沿著線路傳播的故障行波。故障行波的傳播路徑可以是導線與導線之間，也可以導線與大地之間。在導線與導線之間傳播的行波速度快，在導線與大地之間傳播的行波速度慢。在導線與導線之間傳播的行波可以被電壓互感器任一相感知，但不能被電壓互感器開口三角感知；而在導線與大地之間傳播的行波既可以被電壓互感器的相感知，也可以被電壓互感器開口三角感知。因此，電壓互感器任一相既可測量到在導線與導線之間傳播的故障初始行波，也可以測量到在導線與大地之間傳播的故障初始行波；電壓互感器開口三角只可測量到在導線與大地之間傳播的故障初始行波。小電流接地系統中普遍安裝了電壓互感器，并且變比確定。則在單相接地發生后，電壓互感器一相測量到的初始行波為在導線與導線之間傳播的故障初始行波，電壓互感器開口三角測量到的初始行波為在導線與大地之間傳播的故障初始行波。因此單相接地發生后，比較電壓互感器一相檢測到的初始行波與電壓互感器開口三角檢測到的初始行波時間差即可獲得在導線與導線之間傳播的故障初始行波與在導線與大地之間傳播的故障初始行波到達測量點的時間差。圖4是根據本發明的一個實施例的測距方法的流程圖。如圖4所示，步驟402，基于變電站內母線上安裝的電壓互感器，實時同步采集母線上的電壓行波數據，采樣頻率2Mhz ；理論上，采樣頻率越高越好，但采樣頻率的選擇受中央處理單元或者微機的處理速度和測距誤差要求的限制。結合目前的信息技術水平，選擇典型的2Mhz，采樣頻率隨著技術的發展可越來越高。步驟406，若監測到饋線上發生了接地，對接地前后記錄的各128點一相電壓行波和開口三角電壓行波數據分別進行四層小波變換，此處的小波函數選用三次B樣條函數的一次導函數；對行波數據的小波變換結果提取模極大值；分別確定來自電壓互感器一相的故障初始行波和來自電壓互感器開口三角的故障初始行波對應模極大值的時刻。步驟408，根據來自電壓互感器一相的故障初始行波模極大值對應時刻和來自電壓互感器開口三角的故障初始行波模極大值對應時刻的時間差，結合在導線與導線之間傳播的電壓行波的波速度和在導線與大地之間傳播的電壓行波的波速度，計算出故障點到測量點之間的距離，實現故障測距。本發明中的行波電氣量指的是由于電力系統擾動引起的在電力系統中傳播的電磁波。行波波頭可看成脈沖信號，具有全頻帶分量。本發明中利用的行波電氣量是具有高頻暫態特性的行波波頭信號。本發明基于量測到的故障產生的行波，提取經過不同傳播路徑的故障初始行波到達測量點的時間差，結合不同傳播路徑的行波的波速度，實現故障測距。
本發明能夠實時監測電力系統線路的運行情況，及時提供電力系統單相接地故障距離信息，減少電力系統故障概率，提高電力系統供電可靠性，保證電力系統安全穩定運行。以上所述僅為本發明的優選實施例而已，并不用于限制本發明，對于本領域的技術人員來說，本發明可以有各種更改和變化。凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。
權利要求
1.一種小電流接地系統單相接地測距方法，用于測量小電流接地系統單相接地的故障點的位置，其特征在于，包括步驟102，在小電流接地系統的母線上設定測量點，并實時同步采集電壓行波，所述出線上發生單相接地時，所述電壓行波中包括經導線與導線傳播的故障初始行波和經導線與大地傳播的故障初始行波；步驟104，根據χ = vlXv2X At/(vl-v2)，得到所述測量點至所述故障點的距離，其中，At為所述經導線與大地傳播的故障初始行波到達所述測量點的時間和所述經導線與導線傳播的故障初始行波到達所述測量點的時間的時間差，Vl為經導線與導線傳播的電壓行波的波速度，v2為經導線與大地傳播的電壓行波的波速度，χ為所述測量點至所述故障點的距離。
2.根據權利要求1所述的小電流接地系統單相接地測距方法，其特征在于，在所述步驟102中，使用電壓互感器的一相電壓和電壓互感器的開口三角電壓實時同步采集所述電壓行波，其中，所述電壓互感器的一相電壓采集的電壓行波中包括所述經導線與導線傳播的故障初始行波，所述電壓互感器的開口三角電壓采集的電壓行波中包括所述經導線與大地傳播的故障初始行波。
3.根據權利要求2所述的小電流接地系統單相接地測距方法，其特征在于，在所述步驟104中，所述出線上發生單相接地的情況時，對所述電壓行波進行小波變換以獲得經導線與導線傳播的故障初始行波到達所述測量點的時間和經導線與大地傳播的故障初始行波到達所述測量點的時間。
4.一種小電流接地系統單相接地測距裝置，用于測量小電流接地系統單相接地的故障點的位置，其特征在于，包括采集模塊，在小電流接地系統的母線上設定測量點，并實時同步采集電壓行波，所述出線上發生單相接地時，所述電壓行波中包括經導線與導線傳播的故障初始行波和經導線與大地傳播的故障初始行波；距離計算模塊，根據χ = vlXv2X At/(vl-v2)，得到所述測量點至所述故障點的距離，其中，At為所述經導線與大地傳播的故障初始行波到達所述測量點的時間和所述經導線與導線傳播的故障初始行波到達所述測量點的時間的時間差，Vl為經導線與導線傳播的電壓行波的波速度，v2為經導線與大地傳播的電壓行波的波速度，χ為所述測量點至所述故障點的距離。
5.根據權利要求4所述的小電流接地系統單相接地測距裝置，其特征在于，所述采集模塊基于電壓互感器的一相和電壓互感器的開口三角電壓，實時同步采集所述電壓行波， 其中，所述電壓互感器的一相采集的電壓行波中包括所述經導線與導線傳播的故障初始行波，所述電壓互感器開口三角電壓采集的電壓行波中包括所述經導線與大地傳播的故障初始行波。
6.根據權利要求5所述的小電流接地系統單相接地測距裝置，其特征在于，還包括小波變換模塊，在所述出線上發生單相接地的情況時，對采集的電壓行波進行小波變換以獲得經導線與導線傳播的故障初始行波到達所述測量點的時間和經導線與大地傳播的故障初始行波到達所述測量點的時間。
全文摘要
本發明公開了一種測距方法，用于測量小電流接地系統單相接地的故障點的位置，包括步驟102，在小電流接地系統的母線上設定測量點，并實時同步采集電壓行波，出線上發生單相接地時，行波中包括經導線與導線傳播的故障初始行波和經導線與大地傳播的故障初始行波；步驟104，根據x＝v1×v2×Δt/(v1-v2)，得到測量點至故障點的距離，Δt為經導線與大地傳播的故障初始行波到達測量點的時間和經導線與導線傳播的故障初始行波到達測量點的時間的時間差，v1為經導線與導線傳播的行波的波速度，v2為經導線與大地傳播的行波的波速度，x為測量點至故障點的距離。本發明還公開了一種測距裝置。根據本發明，可以有效地檢測發生單相接地的故障點的位置。
文檔編號G01R31/08GK102540015SQ20121000726
公開日2012年7月4日 申請日期2012年1月11日 優先權日2012年1月11日
發明者施慎行, 董新洲, 齊天來 申請人:北京衡天北斗科技有限公司, 清華大學