1.本发明属于配电网单相接地故障处理技术领域，高阻故障特别涉及一种高阻单相接地故障判断方法及系统。单相
背景技术：
2.目前配电网广泛采用小电流接地方式，接地及系主要包括中性点不接地和消弧线圈接地。判断在小电流接地系统单相接地故障检测领域已经取得了大量研究成果，统流大致可以可分为主动法和被动法两大类。高阻故障主动法通过注入信号或扰动来进行检测，单相被动法又可分为故障稳态信号法和故障暂态信号法两类。接地及系但无论是判断主动法还是被动法，在发生单相接地时都必须能够可靠地启动才能实现单相接地检测。统流比如：主动法必须在启动后才能采取注入信号、高阻故障投入中电阻、单相调节消弧线圈失谐度或故障相接地等措施；被动法也必须在启动后才在录波波形中找到接地故障起始时刻并进行首容频带滤波提取暂态特征量进行检测。接地及系
3.目前最广泛使用的判断单相接地启动条件是根据零序电压有效值启动，为了躲开正常时的统流中性点位移电压，一般启动定值设置在10％～15％额定值，导致往往不能满足高阻接地时可靠启动的要求。而导线坠地和碰树故障的接地过渡电阻有可能达到数十kω，防山火和人体触电的实际需求给单相接地故障检测提出了更高的挑战，因为需要解决更高阻接地检测问题。
技术实现要素：
4.本发明的目的在于提供一种高阻单相接地故障判断方法及系统，以解决现有技术存在的问题，本发明是基零序电气量电压、电流时域波形积分的启动方法，具有对暂态敏感、而稳态时为0的特点，因此不受正常运行时的中性点位移电压影响，具有很高的灵敏性。
5.为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
6.高阻单相接地故障判断方法，包括以下步骤：
7.采集当前时刻下电网的零序电压和零序电流；
8.以单倍工频周期作为积分周期，对零序电压和零序电流进行一次积分，得到零序电压第一积分变量和零序电流第一积分变量；
9.对零序电压第一积分变量和零序电流第一积分变量进行求导，得到零序电压求导值和零序电流求导值；
10.以工频周期整数倍作为积分周期，对零序电压求导值和零序电流求导值进行二次积分，得到零序电压第二积分变量和零序电流第二积分变量；
11.判断零序电压第二积分变量或零序电流第二积分变量是否满足预设条件，若是，则判断高阻单相接地故障发生，若否，则采集下一时刻电网的零序电压和零序电流。
12.进一步地，设当前时刻为t时刻，所述当前时刻下电网的零序电压和零序电流分别表示如下：
[0013][0014][0015]
其中，t0为单相接地故障发生时刻，u
0,n
(t)为正常运行时中性点偏移零序电压，u
0,f
(t)为故障发生后稳态零序电压，u
0,t
(t)为故障发生后暂态零序电压，i
0,n
(t)为正常运行时中性点偏移零序电流，i
0,f
(t)为故障发生后稳态零序电流，i
0,t
(t)为故障发生后暂态零序电流，u0(t)为电网零序电压，i0(t)为电网零序电流。
[0016]
进一步地，在对零序电压和零序电流进行一次积分前，对u0(t)和i0(t)进行离散化处理得到离散化的零序电压u0(n)和零序电流i0(n)；
[0017]
其中，n为采样点序列值，u0(n)为第n个采样点的零序电压，i0(n)为第n个采样点的零序电流。
[0018]
进一步地，所述以单倍工频周期作为积分周期，对离散化的零序电压和零序电流进行一次积分，得零序电压第一积分变量u0(n)和零序电流第一积分变量i0(n)，具体如下：
[0019][0020][0021]
其中，n为单倍工频周期的采样点数；
[0022]
所述对零序电压第一积分变量和零序电流第一积分变量进行求导，得到零序电压求导值u
0,d
(n)和零序电流求导值i
0,d
(n)，具体如下：
[0023]u0,d
(n)＝u0(n)-u0(n-1)
[0024]i0,d
(n)＝i0(n)-i0(n-1)
[0025]
所述以工频周期整数倍作为积分周期，对零序电压求导值和零序电流求导值进行再次积分，得零序电压第二积分变量u
0,m
(n)和零序电流第二积分变量i
0,m
(n)，具体如下：
[0026][0027][0028]
其中，m为工频周期的整数倍数。
[0029]
进一步地，所述预设条件为：
[0030]u0,m
(t)》u
0,set
[0031]i0,m
(t)》i
0,set
[0032]
其中，u
0,set
和i
0,set
分别为零序电压启动整定值和零序电流启动整定值。
[0033]
进一步地，所述零序电压启动整定值和零序电流启动整定值通过数字仿真的方法获取，具体包括以下步骤：
[0034]
明确期望可靠启动的最大过渡电阻r
g,max
，设置零序电压启动整定初值和零序电流
启动整定初值；
[0035]
设置裕量系数β，则整定用最大过渡电阻表示为βr
g,max
；
[0036]
分析高阻连续接地时零序电压启动整定初值能够启动的最大过渡电阻r
g,max,0
，如果r
g,max,0
》βr
g,max
，则调增零序电压启动整定初值和零序电流启动整定初值，直到r
g,max,0
＝βr
g,max
，以此时的整定值作为零序电压启动整定值和零序电流启动整定值；如果r
g,max,0
《βr
g,max
，则调减零序电压启动整定初值和零序电流启动整定初值，直到r
g,max,0
＝βr
g,max
，以此时的整定值作为零序电压启动整定值和零序电流启动整定值；若r
g,max,0
＝βr
g,max
，则将零序电压启动整定初值和零序电流启动整定初值分别作为零序电压启动整定值和零序电流启动整定值。
[0037]
高阻单相接地故障判断系统，包括：
[0038]
采集模块：用于采集当前时刻下电网的零序电压和零序电流；
[0039]
一次积分模块：用于以单倍工频周期作为积分周期，对零序电压和零序电流进行一次积分，得到零序电压第一积分变量和零序电流第一积分变量；
[0040]
求导模块：用于对零序电压第一积分变量和零序电流第一积分变量进行求导，得到零序电压求导值和零序电流求导值；
[0041]
二次积分模块：用于以工频周期整数倍作为积分周期，对零序电压求导值和零序电流求导值进行二次积分，得到零序电压第二积分变量和零序电流第二积分变量；
[0042]
判断模块：用于判断零序电压第二积分变量或零序电流第二积分变量是否满足预设条件，若是，则判断高阻单相接地故障发生，若否，则采集下一时刻电网的零序电压和零序电流。
[0043]
进一步地，设当前时刻为t时刻，所述当前时刻下电网的零序电压和零序电流分别表示如下：
[0044][0045][0046]
其中，t0为单相接地故障发生时刻，u
0,n
(t)为正常运行时中性点偏移零序电压，u
0,f
(t)为故障发生后稳态零序电压，u
0,t
(t)为故障发生后暂态零序电压，i
0,n
(t)为正常运行时中性点偏移零序电流，i
0,f
(t)为故障发生后稳态零序电流，i
0,t
(t)为故障发生后暂态零序电流，u0(t)为电网零序电压，i0(t)为电网零序电流。
[0047]
进一步地，还包括离散化模块：用于在对零序电压和零序电流进行一次积分前，对u0(t)和i0(t)进行离散化处理得到离散化的零序电压u0(n)和零序电流i0(n)；
[0048]
其中，n为采样点序列值，u0(n)为第n个采样点的零序电压，i0(n)为第n个采样点的零序电流；
[0049]
所述以单倍工频周期作为积分周期，对离散化的零序电压和零序电流进行一次积分，得零序电压第一积分变量u0(n)和零序电流第一积分变量i0(n)，具体如下：
[0050]
[0051][0052]
其中，n为单倍工频周期的采样点数；
[0053]
所述对零序电压第一积分变量和零序电流第一积分变量进行求导，得到零序电压求导值u
0,d
(n)和零序电流求导值i
0,d
(n)，具体如下：
[0054]u0,d
(n)＝u0(n)-u0(n-1)
[0055]i0,d
(n)＝i0(n)-i0(n-1)
[0056]
所述以工频周期整数倍作为积分周期，对零序电压求导值和零序电流求导值进行再次积分，得零序电压第二积分变量u
0,m
(n)和零序电流第二积分变量i
0,m
(n)，具体如下：
[0057][0058][0059]
其中，m为工频周期的整数倍数。
[0060]
进一步地，所述预设条件为：
[0061]u0,m
(t)》u
0,set
[0062]i0,m
(t)》i
0,set
[0063]
其中，u
0,set
和i
0,set
分别为零序电压启动整定值和零序电流启动整定值。
[0064]
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
[0065]
1.与传统的零序电压有效值启动方法相比，本发明提供的方法，以工频周期整数倍作为积分周期，基于零序电气量电压、电流时域波形积分的启动方法，它具有对暂态敏感、而稳态时为零的特点，因此不受正常运行时的中性点位移电压影响，具有很高的灵敏性。
[0066]
2现有故障录波装置由于采样率较低，且正常时的中性点偏移电压有时存在少许毛刺和畸变，导致u0(t)和i0(t)存在一定的直流偏置，为了避免其影响，本发明所提供的方法在基于零序电气量电压、电流时域波形积分的启动方法的基础上，对u0(t)和i0(t)进行求导-积分的处理方法，可以提高单相高阻接地故障启动的抗干扰性性能，提高故障启动的可靠性。
附图说明
[0067]
说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
[0068]
图1是本发明实施的高阻单相接地故障判断方法的流程示意图；
[0069]
图2为典型单相接地前后的u0(n)、u0(n)、u
0,d
(n)和u
0,m
(n)示意图，其中(a)为u0(n)，(b)为u0(n)，(c)为u
0,d
(n)，(d)为u
0,m
(n)；n0和n1分别为故障起始时刻的采样点和进入稳态后的采样点，n
0+t
和n
0+mt
分别为故障发生时刻后第一个周波和第m个周波时刻对应的采样点；
[0070]
图3为中性点不接地系统发生高阻接地的零序电压实测波形；
[0071]
图4为对零序电压实测波形进行离散化及积分，得到零序电压一次积分后的结果
u0(n)的示意图；
[0072]
图5为对图4实测零序电压第一次积分结果的求导-积分的结果示意图，其中(a)为对图4实测零序电压第一次积分结果的值u
0,d
(n)的示意图，(b)对图5的值进行第二次积分的结果u
0,m
(n)的示意图。
具体实施方式
[0073]
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。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他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
[0074]
需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
[0075]
实施例一
[0076]
本发明提供一种高阻单相接地故障判断方法，以工频周期整数倍作为积分周期，根据接地故障前后零序电压，零序电流的积分值来判断是否发生高阻单相接地故障。
[0077]
利用正常运行时和接地故障进入稳态后的零序电压、零序电流的积分值近似为零、而在高阻单相接地故障引起的暂态过程中零序电压、零序电流的积分值不为零的规律构成启动条件。
[0078]
参见图1，具体包括以下步骤：
[0079]
s1：采集t时刻下电网的零序电压和零序电流，分别表示为：
[0080][0081][0082]
其中，t0为单相接地故障发生时刻，u
0,n
(t)为正常运行时中性点偏移零序电压，u
0,f
(t)为故障发生后稳态零序电压，u
0,t
(t)为故障发生后暂态零序电压，i
0,n
(t)为正常运行时中性点偏移零序电流，i
0,f
(t)为故障发生后稳态零序电流，i
0,t
(t)为故障发生后暂态零序电流，u0(t)为电网零序电压，i0(t)为电网零序电流。
[0083]
s2：对u0(t)和i0(t)进行离散化处理得到离散化的零序电压u0(n)和零序电流i0(n)，其中，n为采样点序列值，u0(n)为第n个采样点的零序电压，i0(n)为第n个采样点的零序电流。
[0084]
s3：以单倍工频周期作为积分周期，对离散化后的零序电压和零序电流进行一次
积分，得到零序电压第一积分变量和零序电流第一积分变量，分别表示为：
[0085][0086][0087]
其中，n为单倍工频周期的采样点数。
[0088]
s4：对零序电压第一积分变量和零序电流第一积分变量进行求导，得到零序电压求导值u
0,d
(n)和零序电流求导值i
0,d
(n)，分别表示为：
[0089]u0,d
(n)＝u0(n)-u0(n-1)
[0090]i0,d
(n)＝i0(n)-i0(n-1)
[0091]
s5：以工频周期整数倍作为积分周期，对零序电压求导值和零序电流求导值进行二次积分，得到零序电压第二积分变量u
0,m
(n)和零序电流第二积分变量i
0,m
(n)，分别表示为：
[0092][0093][0094]
其中，m为工频周期的整数倍数。
[0095]
s6：判断零序电压第二积分变量或零序电流第二积分变量是否满足预设条件，若是，则判断高阻单相接地故障发生，若否，则采集下一时刻电网的零序电压和零序电流；所述预设条件设置如下：
[0096]u0,m
(t)》u
0,set
[0097]i0,m
(t)》i
0,set
[0098]
其中，u
0,set
和i
0,set
为零序电压启动和零序电流启动整定值；
[0099]
零序电压启动整定值和零序电流启动整定值可以采用数字仿真的方法获取，包括以下步骤：
[0100]
s61：明确期望可靠启动的最大过渡电阻r
g,max
，设置零序电压启动整定初值和零序电流启动整定初值。
[0101]
s62、设置裕量系数β(一般可取1.2～1.5)，则整定用最大过渡电阻为βr
g,max
。
[0102]
s63、采用数字仿真的方法，分析最不利情况下(即高阻连续接地时)零序电压启动整定值可启动的最大过渡电阻r
g,max,0
。
[0103]
s64、如果r
g,max,0
》βr
g,max
，则试探调增零序电压启动整定值和零序电流启动整定值，直到r
g,max,0
＝βr
g,max
，以此时的整定值作为零序电压启动整定值和零序电流启动整定值。如果r
g,max,0
《βr
g,max
，则试探调减零序电压启动整定初值和零序电流启动整定初值，直到r
g,max,0
＝βr
g,max
，以此时的整定值作为零序电压启动整定值和零序电流启动整定值。若r
g,max,0
＝βr
g,max
，则将零序电压启动整定初值和零序电流启动整定初值分别作为零序电压启动整定值和零序电流启动整定值。
[0104]
图3为中性点不接地系统发生高阻接地的零序电压实测波形，图中故障录波装置
采样频率为6400hz，相邻两个采样点的时间间隔为156.25μs。从图中可以看出故障大约发生在采样点为1280左右，400～1280之间的采样点为正常运行时的中性点位移零序电压波形，1280～1600之间的采样点为发生故障后的零序电压波形，启动整定值一般设置为的10％～15％额定值，而故障后零序电压的峰值只有约600v，低于启动整定值，传统的方法失效。
[0105]
采用本发明方法作用于上述情形则有以下步骤：
[0106]
首先以128个采样点为积分周期对上述零序电压波形进行离散化及一次积分，得到零序电压一次积分变化量u0(n)，如图4所示。
[0107]
由于实际波形存在毛刺和干扰，且录波装置采样点低，从图4中可以看出其积分后的结果并不接近于0，而是接近40左右，如果直接用零序电压一次积分变化量作为高阻故障启动判据，会造成误启动或降低过渡电阻的检测能力。针对此问题，本发明在积分法的基础上进行了延伸，对积分的结果再次进行求导-积分处理，其结果如图5所示。
[0108]
在接地故障发生前，其中性点位移零序电压的积分值几乎为一定值，其求导值较小，从图5中可以看出除存在部分毛刺突变外，大部分的一次积分求导值都接近于0，对其再次积分可以消除毛刺突变的影响。经过计算，对于18kω的过渡电阻，对应的启动定值u
0,set
＝166，远远大于由正常运行时中性点位移电压对应的u
0,m
＝25的值。
[0109]
所以本发明方法不受正常运行时的中性点位移电压影响，具有很高的灵敏性，而且还具有抗干扰能力，提高高阻故障检测的可靠性。
[0110]
实施例二
[0111]
高阻单相接地故障判断系统，包括：
[0112]
采集模块：用于采集当前时刻下电网的零序电压和零序电流；设当前时刻为t时刻，所述当前时刻下电网的零序电压和零序电流分别表示如下：
[0113][0114][0115]
其中，t0为单相接地故障发生时刻，u
0,n
(t)为正常运行时中性点偏移零序电压，u
0,f
(t)为故障发生后稳态零序电压，u
0,t
(t)为故障发生后暂态零序电压，i
0,n
(t)为正常运行时中性点偏移零序电流，i
0,f
(t)为故障发生后稳态零序电流，i
0,t
(t)为故障发生后暂态零序电流，u0(t)为电网零序电压，i0(t)为电网零序电流。
[0116]
离散化模块：用于在对零序电压和零序电流进行一次积分前，对u0(t)和i0(t)进行离散化处理得到离散化的零序电压u0(n)和零序电流i0(n)；
[0117]
其中，n为采样点序列值，u0(n)为第n个采样点的零序电压，i0(n)为第n个采样点的零序电流。
[0118]
一次积分模块：用于以单倍工频周期作为积分周期，对离散化后的零序电压和零序电流进行一次积分，得到零序电压第一积分变量u0(n)和零序电流第一积分变量i0(n)；
[0119]
具体如下：
[0120][0121][0122]
其中，n为单倍工频周期的采样点数。
[0123]
求导模块：用于对零序电压第一积分变量和零序电流第一积分变量进行求导，得到零序电压求导值u
0,d
(n)和零序电流求导值i
0,d
(n)；
[0124]
具体如下：
[0125]u0,d
(n)＝u0(n)-u0(n-1)
[0126]i0,d
(n)＝i0(n)-i0(n-1)
[0127]
二次积分模块：用于以工频周期整数倍作为积分周期，对零序电压求导值和零序电流求导值进行二次积分，得到零序电压第二积分变量u
0,m
(n)和零序电流第二积分变量i
0,m
(n)；
[0128]
具体如下：
[0129][0130][0131]
其中，m为工频周期的整数倍数。
[0132]
判断模块：用于判断零序电压第二积分变量或零序电流第二积分变量是否满足预设条件，若是，则判断高阻单相接地故障发生，若否，则采集下一时刻电网的零序电压和零序电流；
[0133]
所述预设条件为：
[0134]u0,m
(t)》u
0,set
[0135]i0,m
(t)》i
0,set
[0136]
其中，u
0,set
和i
0,set
分别为零序电压启动整定值和零序电流启动整定值；
[0137]
零序电压启动整定值和零序电流启动整定值通过数字仿真的方法获取，具体包括以下步骤：
[0138]
明确期望可靠启动的最大过渡电阻r
g,max
，设置零序电压启动整定初值和零序电流启动整定初值；
[0139]
设置裕量系数β，则整定用最大过渡电阻表示为βr
g,max
；
[0140]
分析高阻连续接地时零序电压启动整定初值能够启动的最大过渡电阻r
g,max,0
，如果r
g,max,0
》βr
g,max
，则调增零序电压启动整定初值和零序电流启动整定初值，直到r
g,max,0
＝βr
g,max
，以此时的整定值作为零序电压启动整定值和零序电流启动整定值；如果r
g,max,0
《βr
g,max
，则调减零序电压启动整定初值和零序电流启动整定初值，直到r
g,max,0
＝βr
g,max
，以此时的整定值作为零序电压启动整定值和零序电流启动整定值；若r
g,max,0
＝βr
g,max
，则将零序电压启动整定初值和零序电流启动整定初值分别作为零序电压启动整定值和零序电流启动整定值。
[0141]
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明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，本发明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。
[0142]
本发明是参照根据本发明实施例的方法、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。
[0143]
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。
[0144]
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。
[0145]
最后应当说明的是：以上实施例仅用于说明本发明的技术方案而非对其保护范围的限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解:本领域技术人员阅读本发明后依然可对发明的具体实施方式进行种种变更、修改或者等同替换，但这些变更、修改或者等同替换，均在发明待批的权利要求保护范围之内。