本發(fā)明涉及變電站小電流接地故障判定領(lǐng)域，具體來說是一種基于突變邏輯陣的配網(wǎng)小電流接地故障判定方法。
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(biāo)，國網(wǎng)“十三五”行動計劃也將這一指標(biāo)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(dāng)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(fù)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(zhǔn)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(fù)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(dú)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(diǎn)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(dāng)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(jìn)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(hù)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(fù)建設(shè)浪費(fèi)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(diǎn)，給出一種基于突變邏輯陣的配網(wǎng)小電流接地故障判定方法。
用于實現(xiàn)上述目的的技術(shù)方案如下：
一種基于突變邏輯陣的配網(wǎng)小電流接地故障判定方法，該方法包括如下步驟：
步驟一、根據(jù)配電網(wǎng)設(shè)備父子關(guān)系生成最小故障判定區(qū)域；
步驟二、根據(jù)饋線設(shè)備三相實時電流數(shù)據(jù)生成饋線實時電流陣；
步驟三、根據(jù)饋線設(shè)備三相歷史電流數(shù)據(jù)生成饋線歷史電流陣；
步驟四、根據(jù)饋線實時電流陣和饋線歷史電流陣生成饋線突變電流陣，并根據(jù)饋線突變電流陣和饋線對地電容電流閾值生成饋線突變電流邏輯陣；
步驟五、將饋線突變電流邏輯陣非零元素提取構(gòu)成突變電流邏輯表，根據(jù)設(shè)備父子關(guān)系由父到子的順序?qū)ν蛔冸娏鬟壿嫳磉M(jìn)行重新排序，得到突變電流邏輯順序表，并根據(jù)突變電流邏輯順序表進(jìn)行故障判定。
規(guī)定從變電站出線開關(guān)開始，沿潮流方向，到各配電變壓器為止，某一開關(guān)和其所有的子節(jié)點(diǎn)設(shè)備(開關(guān)和配變)構(gòu)成一個最小故障判定區(qū)域。最小故障判定區(qū)域是可以進(jìn)行故障定位的最小范圍。具體描述為：
sma＝[ma1,ma2,…,mai,…,man]mai＝[ai1,bi1,bi2,…,bij,…bih]
其中，sma為饋線最小故障判定區(qū)域集合，mai為第i個最小故障判定區(qū)域，i＝1,2,3,…,n，n為饋線所包含的最小故障判定區(qū)域數(shù)；ai1為第i個最小故障判定區(qū)域的父節(jié)點(diǎn)設(shè)備，bij為第i個最小故障判定區(qū)域中，以ai1為父節(jié)點(diǎn)的第j個子節(jié)點(diǎn)設(shè)備，j＝1,2,3,…,h，h為以ai1為父節(jié)點(diǎn)的所有子節(jié)點(diǎn)設(shè)備數(shù)。
定義饋線實時電流陣rcm描述一條配電饋線所有開關(guān)和配變的a、b、c三相實時運(yùn)行狀態(tài)，具體描述如下：
其中，rak為饋線所包含的第k個開關(guān)或配變的a相實時電流值，rbk為饋線所包含的第k個開關(guān)或配變的b相實時電流值，rck為饋線所包含的第k個開關(guān)或配變的c相實時電流值，k＝1,2,…,m，m為饋線所包含的開關(guān)和配變總數(shù)。
定義饋線歷史電流陣hcm描述一條配電饋線所有開關(guān)和配變的a、b、c三相歷史運(yùn)行狀態(tài)，具體描述如下：
其中，hak、hbk、hck分別為饋線所包含的第k個開關(guān)或配變的a、b、c相歷史電流值，該歷史時刻可根據(jù)終端類型設(shè)定。
當(dāng)接地故障發(fā)生時，可以用故障發(fā)生后的饋線實時電流陣與故障發(fā)生前的饋線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：
acm＝rcm-hcm
其中，acm為饋線突變電流陣，其也是一個3×m矩陣。為計算方便，用饋線突變邏輯陣alm表述饋線電流的突變情況。
其中，lak為饋線第k個設(shè)備的a相突變電流邏輯值，lbk為饋線第k個設(shè)備的b相突變電流邏輯值，lck為饋線第k個設(shè)備的c相突變電流邏輯值；aak、abk、ack分別為饋線突變電流陣acm中第k個設(shè)備的a、b、c相電流變化值。α為閾值系數(shù)，取值范圍為(0,1)。mv為饋線對地電容電流閾值。
若饋線突變邏輯陣alm是零陣，則表示該饋線沒有發(fā)生接地故障；若alm是非零陣，則表示該饋線發(fā)生了接地故障，且非零元素所在行即表示接地故障發(fā)生的相別。
若饋線突變邏輯陣alm中的第f(f＝1,2,3)行元素非零，則將所有非零元素提取，構(gòu)成突變電流邏輯表acl，具體描述為：
acl＝[cl1,cl2,…,cle,…,clg]
其中，cle為alm第f行中第e個邏輯值為1的元素代表的設(shè)備編號，e＝1,2,3,…,g，g為alm第f行中非零元素總數(shù)。
根據(jù)設(shè)備父子關(guān)系由父到子的順序?qū)cl進(jìn)行重新排序，得到突變電流邏輯順序表acsl，具體描述如下：
acsl＝[cs1,cs2,…,csw,…,csg]
其中，csw為設(shè)備編號，w＝1,2,3,…,g，csw-1是設(shè)備csw的父節(jié)點(diǎn)設(shè)備編號，csw+1是設(shè)備csw的子節(jié)點(diǎn)設(shè)備編號。
綜合上述分析，接地故障發(fā)生在突變電流邏輯順序表acsl最后一個元素csg為父節(jié)點(diǎn)的最小故障判定區(qū)間內(nèi)。
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(dāng)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(jìn)行詳細(xì)的說明：
(1)首先，根據(jù)配電網(wǎng)設(shè)備父子關(guān)系生成最小故障判定區(qū)域；
所述的最小故障判定區(qū)域是可以進(jìn)行故障定位的最小范圍，規(guī)定如下：從變電站出線開關(guān)開始沿潮流方向，到各配電變壓器為止，某一開關(guān)和其所有的子節(jié)點(diǎn)設(shè)備構(gòu)成一個最小故障判定區(qū)域，所述的的子節(jié)點(diǎn)設(shè)備包括開關(guān)和配電變壓器；具體描述為：
sma＝[ma1,ma2,…,mai,…,man]mai＝[ai1,bi1,bi2,…,bij,…bih]
其中，sma為饋線最小故障判定區(qū)域集合，mai為第i個最小故障判定區(qū)域，i＝1,2,3,…,n，n為饋線所包含的最小故障判定區(qū)域數(shù)；ai1為第i個最小故障判定區(qū)域的父節(jié)點(diǎn)設(shè)備，bij為第i個最小故障判定區(qū)域中，以ai1為父節(jié)點(diǎn)的第j個子節(jié)點(diǎn)設(shè)備，j＝1,2,3,…,h，h為以ai1為父節(jié)點(diǎn)的所有子節(jié)點(diǎn)設(shè)備數(shù)。
(2)其次，根據(jù)饋線設(shè)備三相實時電流數(shù)據(jù)生成饋線實時電流陣；
定義饋線實時電流陣rcm描述一條配電饋線所有開關(guān)和配電變壓器的a、b、c三相實時運(yùn)行狀態(tài)，具體描述如下：
其中，rak、rbk、rck分別為饋線所包含的第k個開關(guān)或配電變壓器的a相、b相、c相實時電流值，k＝1,2,…,m，m為饋線所包含的開關(guān)和配電變壓器總數(shù)。
(3)然后，根據(jù)饋線設(shè)備三相歷史電流數(shù)據(jù)生成饋線歷史電流陣；
定義饋線歷史電流陣hcm描述一條配電饋線所有開關(guān)和配電變壓器的a、b、c三相歷史運(yùn)行狀態(tài)，具體描述如下：
其中，hak、hbk、hck分別為饋線所包含的第k個開關(guān)或配電變壓器的a相、b相、c相歷史電流值，該歷史時刻可根據(jù)終端類型設(shè)定。
(4)再次，根據(jù)饋線實時電流陣和饋線歷史電流陣生成饋線突變電流陣，并根據(jù)饋線突變電流陣和電容電流閾值生成饋線突變電流邏輯陣；
定義饋線突變電流陣acm描述接地故障發(fā)生時，用故障發(fā)生后的饋線實時電流陣與故障發(fā)生前的饋線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：
acm＝rcm-hcm
其中，acm為饋線突變電流陣，其也是一個3×m矩陣，為計算方便，用饋線突變邏輯陣alm表述饋線電流的突變情況；
其中，lak、lbk、lck為饋線所包含的第k個開關(guān)或配電變壓器的a相、b相、c相突變電流邏輯；aak、abk、ack分別為饋線突變電流陣acm中饋線所包含的第k個開關(guān)或配電變壓器的a相、b相、c相電流變化值；α為閾值系數(shù)，取值范圍為(0,1)；mv為饋線對地電容電流閾值。
(5)最后，將饋線突變電流邏輯陣非零元素提取構(gòu)成突變電流邏輯表，根據(jù)設(shè)備父子關(guān)系由父到子的順序?qū)ν蛔冸娏鬟壿嫳磉M(jìn)行重新排序，得到突變電流邏輯順序表，并根據(jù)突變電流邏輯順序表進(jìn)行故障判定。
若饋線突變邏輯陣alm是零陣，則表示該饋線沒有發(fā)生接地故障；若饋線突變邏輯陣alm是非零陣，則表示該饋線發(fā)生了接地故障，且非零元素所在行即表示接地故障發(fā)生的相別；
若饋線突變邏輯陣alm中的第f(f＝1,2,3)行元素非零，則將所有非零元素提取，構(gòu)成突變電流邏輯表acl，具體描述為：
acl＝[cl1,cl2,…,cle,…,clg]
其中，cle為alm第f行中第e個邏輯值為1的元素代表的設(shè)備編號，e＝1,2,3,…,g，g為alm第f行中非零元素總數(shù)；
根據(jù)設(shè)備父子關(guān)系由父到子的順序?qū)cl進(jìn)行重新排序，得到突變電流邏輯順序表acsl，具體描述如下：
acsl＝[cs1,cs2,…,csw,…,csg]
其中，csw為設(shè)備編號，w＝1,2,3,…,g，csw-1是設(shè)備csw的父節(jié)點(diǎn)設(shè)備編號，csw+1是設(shè)備csw的子節(jié)點(diǎn)設(shè)備編號；
綜合上述分析，接地故障發(fā)生在突變電流邏輯順序表acsl最后一個元素csg為父節(jié)點(diǎn)的最小故障判定區(qū)間內(nèi)。
如圖1所示配電網(wǎng)典型饋線，#1為變電站母線，s1為變電站出線開關(guān)，a～j為安裝了ftu、dtu、故障指示器等采集裝置的分段開關(guān)，dt1～dt5為配電變壓器。假設(shè)在分段開關(guān)d、h、i之間發(fā)生了a相永久性接地故障，故事發(fā)生后各設(shè)備a、b、c三相的實時量測數(shù)據(jù)ra、rb、rc，故障發(fā)生前5分鐘的歷史量測數(shù)據(jù)ha、hb、hc如表1所示。
表1故障前后設(shè)備量測值(a)
根據(jù)(2)～(5)生成饋線突變電流陣acm為：
取饋線對地電容電流閾值mv為10，閾值系數(shù)α為0.6，則饋線突變邏輯陣alm為：
因只有饋線突變邏輯陣alm的第一行元素中具有非零值，故接地故障發(fā)生在該饋線的a相，根據(jù)設(shè)備父子關(guān)系由父到子的順序?qū)ν蛔冸娏鬟壿嫳韆lm進(jìn)行重新排序，得到突變電流邏輯順序表可得突變電流邏輯順序表acsl為：
acsl＝[s1,a,b,d]
則可知，故障發(fā)生在以開關(guān)d為父節(jié)點(diǎn)的最小故障判定區(qū)域內(nèi)，根據(jù)最小故障判定區(qū)域，可知發(fā)生接地故障的區(qū)域為開關(guān)d、h、i圍成的區(qū)域。