阅读说明：本技术 一种小电流接地电网单相间歇性电弧接地故障定位方法 (A kind of low current neutral grounding electric network single phase intermittent arc-earth faults localization method ) 是由 聂宇 张新宇 赵丹 王雅楠 赵传宗 杜威 王诗清 刘垣彤 赵孟臣 姜君 赵凤琦 于 2019-07-01 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种小电流接地电网单相间歇性电弧接地故障定位方法,即对电弧燃烧状态进行检测,捕捉电弧重燃时刻并在电弧重燃初期立刻注入扰动信号,使间歇性电弧转为稳定电弧,从而在故障相成功注入扰动信号,此时通过故障指示器的指示情况可以辨别故障线路与非故障线路,同时确定故障区域。该方法与随机注入扰动信号相比有如下优点：避免了在电弧熄灭期间注入扰动信号的无效性,同时避免了电弧熄灭期间注入扰动信号导致故障相电压升高造成电弧重燃,不会额外加重系统过电压负担；在电弧燃烧期间注入扰动信号,故障电流的增大有利于促使间歇性电弧向稳定电弧转化,减小间歇性电弧的危害同时提高故障定位的有效性。(The invention discloses a kind of low current neutral grounding electric network single phase intermittent arc-earth faults localization methods, arc burning state is detected, it captures the arc reignition moment and injects disturbing signal at once at arc reignition initial stage, intermittent electric arc is set to switch to stablize electric arc, to mutually successfully inject disturbing signal in failure, faulty line and non-fault line can be distinguished by the instruction situation of fault detector at this time, while determining fault zone.This method has the following advantages compared with injection disturbing signal at random: avoiding the ineffectivity that disturbing signal is injected during arc extinction, disturbing signal is injected during avoiding arc extinction simultaneously causes faulted phase voltage raising to cause arc reignition, will not additional heavy system overvoltage burden；Disturbing signal is injected during arc burning, the increase of fault current is conducive to promote intermittent electric arc to electric arc conversion is stablized, reduces the harm of intermittent electric arc while improving the validity of fault location.)

一种小电流接地电网单相间歇性电弧接地故障定位方法

技术领域

本发明涉及电力故障检测技术领域，具体涉及一种小电流接地电网单相间歇性电弧接地故障定位方法。

背景技术

我国6～35kV中压配电网多采用中性点非有效接地方式，在系统运行过程发生的故障中，单相接地故障发生的比例最高。由于配电网结构复杂且单相接地故障产生的故障电流较小，给故障定位造成一定的困难。目前针对配电网单相接地情况下的故障定位，已经提出许多理论方法，同时许多装置已投入现场运行。

目前提出的故障定位方法主要有利用故障信号定位以及通过注入信号定位两大类。当系统发生单相间歇性电弧接地时，短时间内重复出现燃弧与熄弧过程，该过程的不确定性使注入信号的最佳时机难以确定，而反复熄灭、重燃过程产生的复杂暂态信号给故障信号定位带来严重的干扰。公开号为CN106324430A的专利提出了一种并联电阻扰动信号的故障定位装置，即故障发生后在母线处交替在非故障相并联电阻作为扰动信号，故障点上游检测点可检测到相应的扰动信号。文献1(齐郑,庄舒仪,刘自发,姚志璋,张羽翘.基于并联电阻扰动信号的配电网故障定位方法分析[J].电力系统自动化,2018,42(09):195-200.DOI:10.7500/AEPS20170817005.)提出了对该装置的改进方法，提出结合中性点的接地情况，仅向故障相的超前相或滞后相注入扰动信号，但仍主要利用单相接地后的稳态信号。在单相间歇性电弧接地情况下，若并联电阻的时刻是电弧暂时熄灭的间隙，则无法在故障线路注入扰动信号，故障定位失效。

发明内容

因此，本发明的目的在于克服现有技术中的缺陷，提供一种小电流接地电网单相间歇性电弧接地故障定位方法，实现对故障区域的辨别定位。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种小电流接地电网单相间歇性电弧接地故障定位方法，步骤包括：采集变电站母线上的相电压数据，判断是否存在单相接地故障；检测到存在单相接地故障并确定故障相之后，通过间歇性电弧辨识方法判定是否为间歇性电弧接地；若判定为是时，通过故障相电压特征捕捉间歇性电弧的重燃时刻，在故障相母线电压下一次突变时刻注入扰动信号，若判定为否时，直接注入扰动信号；故障相电流在扰动信号注入期间内增大，以此确定故障区域。

优选地，上述的间歇性电弧辨识方法步骤包括：利用小波变换分解故障相母线电压，根据采样频率选择小波分解的尺度，记录设定时间间隔内故障相电压突变次数，当突变次数大于设定值时，判定为间歇性电弧接地。

优选地，上述的捕捉间歇性电弧的重燃时刻的方法是根据利用DB6小波变换对故障相电压信号做6层分解，通过第3层的高频系数d3判断电弧燃烧时造成的电压突变，d3系数突增，d3系数突破门槛值的时刻就是电弧重燃时刻。

优选地，上述母线上并联有接地信号源装置，接地信号源装置包括三组依次串联接地的开关器件、电阻器，改变非故障相的并联电阻以增大故障电流。

优选地，上述注入扰动信号的方法是控制接地信号源装置，通过选定相的母线上的开关器件使电阻器接地。

优选地，上述的确定故障区域的步骤还包括结合线路拓扑结构以及故障指示器的指示情况实现故障定位。

优选地，上述的开关器件为快速电力电子开关。

本方案根据基于并联电阻扰动信号的配电网故障定位方法在单相间歇性电弧接地故障中的定位不确定性问题，提出了一种改进方法，即对电弧燃烧状态进行检测，捕捉电弧重燃时刻并在电弧重燃初期立刻注入扰动信号，该方法与随机注入扰动信号相比有如下优点：

1)避免了在电弧熄灭期间注入扰动信号的无效性，同时避免了电弧熄灭期间注入扰动信号导致故障相电压升高造成电弧重燃，不会额外加重系统过电压负担。

2)在电弧燃烧期间注入扰动信号，故障电流的增大有利于促使间歇性电弧向稳定电弧转化，减小间歇性电弧的危害同时提高故障定位的有效性。

3)使间歇性电弧转为稳定电弧，从而在故障相成功注入扰动信号，此时通过故障指示器的指示情况可以辨别故障线路与非故障线路，同时确定故障区域。

附图说明

图1为本发明提供的故障定位方法的流程图；

图2为本发明实施例中的配电网线路示意图；

图3为本发明实施例中的间歇性燃烧电弧波形；

图4为本发明实施例中的熄弧期间注入扰动信号的故障相电流波形图；

图5为本发明实施例中的燃弧期间注入扰动信号的故障相电流波形图；

图6为本发明实施例中的接地信号源装置原理图。

具体实施方式

以下通过附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

如图1所示，本发明提供的一种小电流接地电网单相间歇性电弧接地故障定位方法，步骤包括：采集变电站母线的相电压数据，判断是否存在单相接地故障；检测到存在单相接地故障并确定故障相之后，利用DB6小波分解故障相母线电压，并根据实际采样频率选择小波分解的尺度，记录Δt时间间隔内故障相电压突变次数N；当N小于设定值Nset时，直接注入扰动信号；当N大于设定值Nset时，判定为间歇性电弧接地，通过故障相电压特征捕捉间歇性电弧的重燃时刻，在故障相母线电压下一次突变时刻注入扰动信号，故障相电流在扰动信号注入期间内增大，以此确定故障区域，若定位失败，则重复在母线电压下一次突变时刻注入扰动信号。

上述的捕捉间歇性电弧的重燃时刻的方法是根据利用DB6小波变换对故障相电压信号做6层分解，通过第3层的高频系数d3判断电弧燃烧时造成的电压突变，d3系数突增，d3系数突破门槛值的时刻就是电弧重燃时刻。

上述母线上并联有接地信号源装置如图6所示，接地信号源装置包括三组依次串联接地的开关器件、电阻器，开关器件为快速电力电子开关，改变非故障相的并联电阻以增大故障电流。

上述注入扰动信号的方法是控制接地信号源装置，通过选定相的母线上的开关器件使电阻器接地。

上述的确定故障区域的步骤还包括结合线路拓扑结构以及故障指示器的指示情况实现故障定位。

根据如图2所示的配电网线路示意图进行仿真验证，在间歇性电弧接地的情况下，电弧燃烧和熄灭的特性对注入扰动信号定位方法的有效性影响很大，因此需要建立准确的间歇性电弧模型。经典电弧模型主要包括Mayr模型，Cassie模型以及基于不同假设条件的改进Mayr模型。Cassie模型适用于模拟电弧电流过零前弧隙低电阻状态，Mayr模型适用于模拟电弧电流过零后的弧隙高电阻状态。本文需要研究间歇性电弧在电流过零后的熄灭以及重燃状态，采用Mayr模型进行模拟分析，电弧方程如式(1)。

式中：g_m为电弧动态电导；e为弧柱电场强度；i为弧隙电流；τ_m为电弧时间常数；p_loss为弧柱耗散功率，p_loss也为常数。。

采用EMTP软件中TACS模块的TACS控电阻、数值积分元件、综合数学元件等搭建Mayr电弧模型，并将其运用于10kV中性点不接地配电网中进行单相间歇性电弧接地仿真，如图2所示，第四条出线的分支线路发生单相间歇性电弧接地故障，故障相电压达到峰值时开始燃弧，在工频电流过零时随机熄灭，经过一个或几个周期再次在相电压峰值处重燃。电弧电压及电流仿真波形如图3所示。燃弧时间分别为0.098s，0.138s，0,218s，熄弧时间分别为0.128s，0.183s。当在电弧熄灭时即0.19s～0.21s内注入扰动信号时，有两种可能情况，一是注入信号期间电弧没有重燃，此时故障相电流波形如图4(a)图所示，故障相电流没有变化，故障定位失败；二是注入信号期间故障相电压的升高使电弧提前重燃(0.197s时重燃)，此时故障相电流波形如图4(b)所示，故障相电流出现短时增大，满足故障定位要求，但此时电弧的重燃会加重系统过电压负担，间歇性电弧过电压最高可达相电压幅值的2.2～2.5倍，不利于系统安全。如果捕捉电弧重燃时刻并立刻注入扰动信号(0.22s～0.25s)，此时的故障相电流波形如图5所示，故障相电流在扰动信号注入期间内明显增大，符合故障定位要求，且期间没有电弧重燃，不会加重系统过电压。

本发明根据基于并联电阻扰动信号的配电网故障定位方法在单相间歇性电弧接地故障中的定位不确定性问题，提出了一种改进方法，即对电弧燃烧状态进行检测，捕捉电弧重燃时刻并在电弧重燃初期立刻注入扰动信号。该方法与随机注入扰动信号相比有如下优点：

1)避免了在电弧熄灭期间注入扰动信号的无效性，同时避免了电弧熄灭期间注入扰动信号导致故障相电压升高造成电弧重燃，不会额外加重系统过电压负担。

2)在电弧燃烧期间注入扰动信号，故障电流的增大有利于促使间歇性电弧向稳定电弧转化，减小间歇性电弧的危害同时提高故障定位的有效性。

显然，上述实施例仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。