1.本发明属于配网保护技术领域，具体涉及一种存量配网单相接地故障判别方法及其终端。
背景技术：2.随着城市电网随着建设的不断发展，近年来发生多起因单相接地故障导致电缆通道起火的事件，城市配电电缆网单相接地故障处置问题日益突出。传统通过人工拉路选线的方式不仅费时费力，还会因带故障运行引起的过电压造成老旧电缆或开关设备绝缘击穿，进一步扩大事故范围和危害程度，严重影响系统安全性和供电可靠性。因此，单相接地故障的快速、准确检测，不仅对故障点的查找、排除和及时恢复供电有重要意义，而且对保证整个电力系统的安全稳定和经济运行有积极作用。
3.在我国，配电网中性点接地方式主要为经消弧线圈接地或不接地，这类接地方式一般属于小电流接地系统，具有故障电流小、测量环境电磁环境复杂、接地电弧不稳定、暂态信号持续时间极短的量测特征。现阶段，配电线路侧一般通过配电自动化系统或故障指示器等配电终端对其进行检测，但因故障信号小，采样速率较低、精度较差，现有研判算法不够完善及通信等问题，使得灵敏性都不高，一般无法实现故障的有效检测。
4.此外，部分人口稠密且配网结构可靠性相对较高的城区一般采用中性点接地方式为经小电阻接地，这类接地方式一般属于大电流接地系统，但发生高阻接地故障时，所产生的故障电流仍较小，按照现有零序过流保护的整定方法，当接地过渡电阻等效阻值超过100ω，零序过流保护将无法有效检测到单相接地故障，所以需要通过零序电压和零序电流实现单相接地故障的判别，但是对于配电线路因早期规划建设考虑到铁磁谐振等原因并未配置零序电压互感器，因此现有成熟的检测装置无法应用于线路侧实现单相接地故障定位。
技术实现要素：5.发明目的：为了克服存量配网单相接地故障检测对于零序电压的依赖，考虑存量配网不具备零序电压和零序电流采集条件，提供一种存量配网单相接地故障判别方法及其终端，可实现配网单相接地故障的就地判断，无需采集零序电压信号，避免铁磁谐振风险，克服以往配网故障诊断对零序电压的依赖。
6.技术方案：为实现上述目的，本发明提供一种存量配网单相接地故障判别方法，包括如下步骤：
7.s1：采集存量配网终端的三相电流信号；
8.s2：提取三相暂稳态电流信号的故障特征：
9.s3：根据提取的故障特征，判断三相电流暂态相位方向是否一致，并且计算三相电流稳态相间幅值不对称度；
10.s4：基于步骤s3的数据，实现配网单相接地故障的就地判断。
11.进一步地，所述步骤s2中三相暂稳态电流信号的故障特征的提取方法为：
12.利用三相电流信号自合成零序电流信号，通过监测零序电流变化量的突变值大于k，k为定值，一般取15～20ma，进一步对三相电流和自合成零序电流进行小波包变换，提取故障前后短时窗内三相电流采集信号相位及相位间幅值的不对称度。
13.进一步地，所述步骤s2中零序电流变化量的突变值计算方法为：
[0014][0015]
k0＝i0(t)-i0(t-t)
[0016]
其中，ia、ib、ic分别为a相、b相、c相电流采集量；i0为自合成零序电流值；k0为零序电流变化量的突变值；t为工频周期。
[0017]
进一步地，所述步骤s3中三相电流暂态相位方向是否一致的判断方法为：
[0018]
通过三相电流突变是否大于0判断三相电流暂态相位方向，若三相电流突变值均大于0或均小于0则判断为方向一致，否则为不一致。
[0019]
进一步地，所述步骤s3中三相电流暂态相位方向判断公式为：
[0020][0021][0022][0023]
其中，为经过小波包变换滤去负荷电流后的a、b、c各相电流突变值；t
fault
为故障发生时刻；t为工频周期。
[0024]
进一步地，所述步骤s3中三相电流稳态相间幅值不对称度的计算公式为：
[0025][0026]
其中，i
ab
、i
bc
、i
ca
为经过小波包变换滤去负荷电流后的ab、bc、ca相相电流之差；t
fault
为故障发生时刻；t为工频周期。
[0027]
进一步地，所述步骤s4中配网单相接地故障的就地判断的方法为：
[0028]
断监测点下游发生单相接地故障，其中相位相反的为故障相；
[0029]
若三相电流暂态相位方向不一致，且三相电流稳态相间幅值不对称度小于x1，则进一步拓展三相电流稳态相间幅值不对称度计算时窗，若不对称度大于x2，则判断监测点下游发生单相接地故障，其中相位相反的为故障相；
[0030]
若三相电流暂态相位方向一致，但三相电流稳态相间幅值不对称度大于x1，则进一步判断不对称度大于x3，若满足条件则判断监测点下游发生单相接地故障，其中中不包含的相位为故障相；
[0031]
若三相电流暂态相位方向一致，但三相电流稳态相间幅值不对称度小于x1，则判断监测点下游未发生单相接地故障。
[0032]
本发明还提供一种存量配网单相接地故障判别终端，包括电流采集单元和故障检
测指示单元；
[0033]
所述电流采集单元用于采集存量配网终端的三相电流信号；
[0034]
所述故障检测指示单元用于根据采集的存量配网终端的三相电流信号，实现单相接地故障的检测、通信和指示。
[0035]
进一步地，所述电流采集单元通过开合式电流互感器采集存量配网终端的三相电流信号，所述开合式电流互感器为卡扣式结构，其一端连接着电流采集单元，另一端通过卡扣结构与存量配网终端的二次电流采集端子连接。
[0036]
进一步地，所述故障检测指示单元包括自适应电源模块、数据处理及算法处理模块及通信指示模块；
[0037]
所述自适应电源模块用于为故障检测指示单元提供工作电源；
[0038]
所述数据处理及算法处理模块用于实现单相接地故障的检测；
[0039]
所述通信指示模块用于配网单相接地故障判别终端与存量配网终端及配电自动化主站的通信，完成相关遥信、遥测等功能的实现，实现配网单相接地故障的检测与定位。
[0040]
进一步地，所述存量配网单相接地故障判别终端和存量配网终端之间分别设置有相互匹配的卡槽和导轨，存量配电终端配置导轨，该导轨用于固定所安装的设备。
[0041]
有益效果：本发明与现有技术相比，具备如下优点：
[0042]
1、本发明在不加装零序电压互感器的条件下，主要采用开合式电流互感器采集三相电流信号，无需采集零序电压信号，避免铁磁谐振风险，克服以往配网故障诊断对零序电压的依赖，利用小波包变换等高可靠算法提取三相暂稳态电流信号的故障特征，从而实现配网单相接地故障的就地判别，通过低成本、高可靠、灵活便捷的方式解决了目前存量配网终端设备无法有效解决配网长期存在的故障定位难题。
[0043]
2、本发明采用卡扣结构的开合式电流互感器采集三相电流信号，仅需要将开合式电流互感器卡扣于现有保护或计量二次电流回路即可实现电流信号采集，提高了带电工作的安全性及最大程度减少停电时间。
附图说明
[0044]
图1为配网单相接地故障判别终端和存量配网终端的连接示意图；
[0045]
图2为配网单相接地故障判别终端的正面示意图；
[0046]
图3为配网单相接地故障判别终端的侧面示意图；
[0047]
图4为卡槽和导轨的示意图；
[0048]
图5为开合式电流互感器的结构示意图；
[0049]
图6为开合式电流互感器的连接示意图；
[0050]
图7为开合式电流互感器的接线示意图；
[0051]
图8为存量配网终端的内部示意图；
[0052]
图9为k0的变化情况示意图。
具体实施方式
[0053]
下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各
种等价形式的修改均落于本技术所附权利要求所限定的范围。
[0054]
如图1所示，本发明提供一种存量配网单相接地故障判别终端，包括电流采集单元和故障检测指示单元；
[0055]
电流采集单元用于采集存量配网终端的三相电流信号；
[0056]
故障检测指示单元用于根据采集的存量配网终端的三相电流信号，实现单相接地故障的检测、通信和指示。
[0057]
故障检测指示单元包括自适应电源模块、数据处理及算法处理模块及通信指示模块；
[0058]
自适应电源模块用于为故障检测指示单元提供工作电源，可接受外部提供24～65v直流电源；
[0059]
数据处理及算法处理模块用于实现单相接地故障的检测；
[0060]
通信指示模块用于配网单相接地故障判别终端与存量配网终端及配电自动化主站的通信，完成相关遥信、遥测等功能的实现，实现配网单相接地故障的检测与定位。
[0061]
如图2和图3所示，配网单相接地故障判别终端具体包括壳体，壳体前端面板嵌入状态指示灯，其中指示灯分别为运行、告警及接地；壳体上端嵌入工作电源接口区域、交流电流模拟量信号采集区域及备用接口区域，其中工作电源接口区域包括外壳接地及dc 24v电源；壳体下端嵌入开关量输出接口区域、通信接口区域及备用接口区域，其中通信接口区域由串口、以太网口组成；壳体后端面板配置卡槽，用于卡扣dtu或ftu的标准导轨；其中壳体上端从左到右依次为工作电源接口区域、备用接口区域及交流电流模拟量信号采集区域；壳体下端从左到右依次为网口通信信接口区域、开关量输出接口区域、备用接口区域及串口通信接口区域。
[0062]
故障检测指示单元外部设有四类输入/出端口：第一类输入/出端口与电流采集单元相连接，第二类输入/出端口与存量配电终端直流电源单元相连接，第三类输入/出端口与存量配电终端备用开入单元相连接，第四类输入/出端口与存量配电终端有线/无线通信单元相连接。所述故障检测指示单元壳体的尺寸可适配标准化ftu及dtu等配电终端，壳体外部配置din卡扣，可固定于存量配电终端的din导轨上。
[0063]
硬件系统架构采用插板总线式结构，主要由cpu模件、ac模件、trip模件、电源模件、通信模件组成，可实现1个出线间隔的单相接地故障检测功能，支持以太网通信及、rs232/485通信。核心cpu模件采用低功耗数字信号处理器arm为主处理器，与ac模件交互完成电流交流采样处理计算和故障研判，分别与trip模件及通信模件交互实现配电终端与配电自动化主站的通信，完成相关遥信、遥测等功能的实现。ac模件完成交流信号采集，采用高速16bit、4通道同步采样a/d转换器，芯片本身集成模拟电源，一方面可以简化系统设计，另一方面可以大幅降低模拟通道的硬件成本。ad模件完成同步采样后，经滤波通过高速总线ahb将采样值传给cpu处理。trip模件具备2路开关量输出接口可遥控1路保护分闸出口、1路装置运行状态出口。电源模件提供24v直流工作电源。通信模件提供1个串口和1个网口，负责给终端提供通信功能。
[0064]
参照图4，存量配网终端上设置有与存量配网单相接地故障判别终端的卡槽相匹配的导轨，在进行单相接地故障检测中，存量配网单相接地故障判别终端可通过卡槽和导轨安装在存量配网终端上。
[0065]
如图5-图7所示，电流采集单元通过开合式电流互感器(ct)采集存量配网终端的三相电流信号，开合式电流互感器为卡扣式结构，其一端连接着电流采集单元，另一端通过卡扣结构与存量配网终端的二次电流采集端子连接。
[0066]
如图8所示，对于存量配电终端改造工程，装置安装方式灵活，适应于存量ftu/dtu导轨，可依据柜体空间将装置分散式卡扣于柜体内，如图3所示。工程调试可通过配电自动化主站远方实现，装置支持iec60870-5-101、iec60870-5-104、等多种通信规约，可通过配套的通信服务器实现以太网口、串口及4g/5g专网通信等多种媒介配置基础信息，可通过远方召唤采样信息及故障soe及录波信息等，实现配电自动化主站统一化调试。
[0067]
基于上述方案，本实施例将上述存量配网单相接地故障判别终端用于对存量dtu进行单相接地故障检测，提供一种存量配网单相接地故障判别方法，包括如下步骤：
[0068]
s1：采集存量dtu的三相电流信号：
[0069]
卡扣式ct及配网单相接地故障判别装置电流采集单元共同实现三相电流的同步采集；
[0070]
s2：提取三相暂稳态电流信号的故障特征：
[0071]
利用三相电流信号自合成零序电流信号，通过监测零序电流变化量的突变值大于k，k为定值，本实施例中选取为0.02a，进一步对三相电流和自合成零序电流进行小波包变换，提取故障前后短时窗内三相电流采集信号相位及相位间幅值的不对称度。
[0072]
本实施例中短时窗取值范围为(-t，t)，t＝0.02s。
[0073]
零序电流变化量的突变值计算方法为：
[0074][0075]
k0＝i0(t)-i0(t-t)
[0076]
其中，ia、ib、ic分别为a相、b相、c相电流采集量；i0为自合成零序电流值；k0为零序电流变化量的突变值；t为工频周期。
[0077]
s3：根据提取的故障特征，判断三相电流暂态相位方向是否一致，并且计算三相电流稳态相间幅值不对称度：
[0078]
本实施例中三相电流暂态相位方向是否一致的判断方法为：
[0079]
通过三相电流突变是否大于0判断三相电流暂态相位方向，若三相电流突变值均大于0或均小于0则判断为方向一致，否则为不一致。
[0080]
三相电流暂态相位方向判断公式为：
[0081][0082][0083][0084]
其中，为经过小波包变换滤去负荷电流后的a、b、c各相电流突变值；t
fault
为故障发生时刻；t为工频周期。
[0085]
三相电流稳态相间幅值不对称度的计算公式为：
[0086][0087]
其中，i
ab
、i
bc
、i
ca
为经过小波包变换滤去负荷电流后的ab、bc、ca相相电流之差；t
fault
为故障发生时刻；t为工频周期。
[0088]
s4：基于步骤s3的数据，实现配网单相接地故障的就地判断：
[0089]
若三相电流暂态相位方向不一致，且三相电流稳态相间幅值不对称度大于x1，则判断监测点下游发生单相接地故障，其中相位相反的为故障相；
[0090]
若三相电流暂态相位方向不一致，且三相电流稳态相间幅值不对称度小于x1，则进一步拓展三相电流稳态相间幅值不对称度计算时窗，若不对称度大于x2，则判断监测点下游发生单相接地故障，其中相位相反的为故障相；
[0091]
若三相电流暂态相位方向一致，但三相电流稳态相间幅值不对称度大于x1，则进一步判断不对称度大于x3，若满足条件则判断监测点下游发生单相接地故障，其中中不包含的相位为故障相；
[0092]
若三相电流暂态相位方向一致，但三相电流稳态相间幅值不对称度小于x1，则判断监测点下游未发生单相接地故障。
[0093]
本实施例中x1取5～7，x2取3～5，x3取7～10。
[0094]
基于上述方案，为了验证本发明方法的有效性，进行如下实例：
[0095]
以系统发生a相接地故障为例，对s2中零序电流变化量的突变值进行滤波计算，k0的变化情况如图9所示，其中y点是突变量大于整定值0.02a时刻，此时故障判断逻辑启动。
[0096]
根据s3中的公式对三相电流暂态相位方向及稳态不对称度进行计算，结果如下表所示，三相电流暂态相位方向不一致，且三相电流稳态相间幅值不对称度大于x1，从而判断监测点下游发生单相接地故障。
[0097][0098]
本实施例中还提供一种存量配网单相接地故障判别系统，该系统包括网络接口、存储器和处理器；其中，网络接口，用于在与其他外部网元之间进行收发信息过程中，实现信号的接收和发送；存储器，用于存储能够在所述处理器上运行的计算机程序指令；处理器，用于在运行计算机程序指令时，执行上述共识方法的步骤。
[0099]
本实施例还提供一种计算机存储介质，该计算机存储介质存储有计算机程序，在处理器执行所述计算机程序时可实现以上所描述的方法。所述计算机可读介质可以被认为是有形的且非暂时性的。非暂时性有形计算机可读介质的非限制性示例包括非易失性存储器电路(例如闪存电路、可擦除可编程只读存储器电路或掩膜只读存储器电路)、易失性存储器电路(例如静态随机存取存储器电路或动态随机存取存储器电路)、磁存储介质(例如
模拟或数字磁带或硬盘驱动器)和光存储介质(例如cd、dvd或蓝光光盘)等。计算机程序包括存储在至少一个非暂时性有形计算机可读介质上的处理器可执行指令。计算机程序还可以包括或依赖于存储的数据。计算机程序可以包括与专用计算机的硬件交互的基本输入/输出系统(bios)、与专用计算机的特定设备交互的设备驱动程序、一个或多个操作系统、用户应用程序、后台服务、后台应用程序等。
[0100]
本领域内的技术人员应明白，本技术的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本技术可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本技术可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
[0101]
本技术是参照根据本技术实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
[0102]
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
[0103]
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
技术特征：1.一种存量配网单相接地故障判别方法，其特征在于，包括如下步骤：s1：采集存量配网终端的三相电流信号；s2：提取三相暂稳态电流信号的故障特征：s3：根据提取的故障特征，判断三相电流暂态相位方向是否一致，并且计算三相电流稳态相间幅值不对称度；s4：基于步骤s3的数据，实现配网单相接地故障的就地判断。2.根据权利要求1所述的一种存量配网单相接地故障判别方法，其特征在于，所述步骤s2中三相暂稳态电流信号的故障特征的提取方法为：利用三相电流信号自合成零序电流信号，通过监测零序电流变化量的突变值大于k，进一步对三相电流和自合成零序电流进行小波包变换，提取故障前后短时窗内三相电流采集信号相位及相位间幅值的不对称度。3.根据权利要求2所述的一种存量配网单相接地故障判别方法，其特征在于，所述步骤s2中零序电流变化量的突变值计算方法为：k0＝i0(t)-i0(t-t)其中，i
a
、i
b
、i
c
分别为a相、b相、c相电流采集量；i0为自合成零序电流值；k0为零序电流变化量的突变值；t为工频周期。4.根据权利要求1所述的一种存量配网单相接地故障判别方法，其特征在于，所述步骤s3中三相电流暂态相位方向是否一致的判断方法为：通过三相电流突变是否大于0判断三相电流暂态相位方向，若三相电流突变值均大于0或均小于0则判断为方向一致，否则为不一致。5.根据权利要求4所述的一种存量配网单相接地故障判别方法，其特征在于，所述步骤s3中三相电流暂态相位方向判断公式为：s3中三相电流暂态相位方向判断公式为：s3中三相电流暂态相位方向判断公式为：其中，为经过小波包变换滤去负荷电流后的a、b、c各相电流突变值；t
fault
为故障发生时刻；t为工频周期。6.根据权利要求1所述的一种存量配网单相接地故障判别方法，其特征在于，所述步骤s3中三相电流稳态相间幅值不对称度的计算公式为：其中，i
ab
、i
bc
、i
ca
为经过小波包变换滤去负荷电流后的ab、bc、ca相相电流之差；t
fault
为故障发生时刻；t为工频周期。
7.根据权利要求1所述的一种存量配网单相接地故障判别方法，其特征在于，所述步骤s4中配网单相接地故障的就地判断的方法为：断监测点下游发生单相接地故障，其中相位相反的为故障相；若三相电流暂态相位方向不一致，且三相电流稳态相间幅值不对称度小于x1，则进一步拓展三相电流稳态相间幅值不对称度计算时窗，若不对称度大于x2，则判断监测点下游发生单相接地故障，其中相位相反的为故障相；若三相电流暂态相位方向一致，但三相电流稳态相间幅值不对称度大于x1，则进一步判断不对称度大于x3，若满足条件则判断监测点下游发生单相接地故障，其中中不包含的相位为故障相；若三相电流暂态相位方向一致，但三相电流稳态相间幅值不对称度小于x1，则判断监测点下游未发生单相接地故障。8.一种存量配网单相接地故障判别终端，其特征在于，包括电流采集单元和故障检测指示单元；所述电流采集单元用于采集存量配网终端的三相电流信号；所述故障检测指示单元用于根据采集的存量配网终端的三相电流信号，实现单相接地故障的检测、通信和指示。9.根据权利要求8所述的一种存量配网单相接地故障判别终端，其特征在于，所述电流采集单元通过开合式电流互感器采集存量配网终端的三相电流信号，所述开合式电流互感器为卡扣式结构，其一端连接着电流采集单元，另一端通过卡扣结构与存量配网终端的二次电流采集端子连接。10.根据权利要求8所述的一种存量配网单相接地故障判别终端，其特征在于，所述故障检测指示单元包括自适应电源模块、数据处理及算法处理模块及通信指示模块；所述自适应电源模块用于为故障检测指示单元提供工作电源；所述数据处理及算法处理模块用于实现单相接地故障的检测；所述通信指示模块用于配网单相接地故障判别终端与存量配网终端及配电自动化主站的通信，实现配网单相接地故障的检测与定位。
技术总结本发明公开了一种存量配网单相接地故障判别方法及其终端，该终端包括电流采集单元和故障检测指示单元；所述电流采集单元用于采集存量配网终端的三相电流信号；所述故障检测指示单元用于根据采集的存量配网终端的三相电流信号，实现单相接地故障的检测、通信和指示；该方法包括：采集存量配网终端的三相电流信号；提取三相暂稳态电流信号的故障特征；基于提取的故障特征，实现配网单相接地故障的就地判断。本发明在不加装零序电压互感器的条件下，克服以往配网故障诊断对零序电压的依赖，实现配网单相接地故障的就地判别，通过低成本、高可靠、灵活便捷的方式解决了目前存量配网终端设备无法有效解决配网长期存在的故障定位难题。定位难题。定位难题。
技术研发人员：庄舒仪 高磊 李娟 王晨清 陈实 罗飞
受保护的技术使用者：国网江苏省电力有限公司电力科学研究院
技术研发日：2022.05.30
技术公布日：2022/11/1
