基于歷史數(shù)據(jù)挖掘的配電網(wǎng)選線錄波裝置應(yīng)用評估

云南電網(wǎng)有限責任公司昆明供電局 楊鵬杰 周 瀛 張國武

隨著智能電網(wǎng)的快速發(fā)展，對配電網(wǎng)內(nèi)各個設(shè)備的運營與維護提出了更高的要求。小電流接地系統(tǒng)在運行過程中經(jīng)常會出現(xiàn)單相接地故障，盡管故障出現(xiàn)之后電力系統(tǒng)仍然能夠維持運行1～2h，但1～2h之后若對系統(tǒng)中的故障沒有進行及時處理則會引起兩相短路，甚至會造成整個電力系統(tǒng)故障[1-4]。所以配電網(wǎng)選線錄波裝置的正確動作對提高配電網(wǎng)供電可靠性具有十分重要的作用。在配電網(wǎng)系統(tǒng)中，用于檢測發(fā)生單相接地故障支路的裝置稱為配電網(wǎng)故障選線錄波裝置?，F(xiàn)有的配電網(wǎng)故障選線錄波裝置一般只采集零模電壓與零模電流，但大多選線錄波裝置存在選線正確率不高，以及啟動時刻與故障時刻不匹配等問題[5]。

本文以配電網(wǎng)故障選線錄波裝置的波形數(shù)據(jù)為研究對象，搭建故障線路與非故障線路的物理模型，并根據(jù)故障線路與非故障線路的物理模型差異，實現(xiàn)實測故障數(shù)據(jù)與非故障數(shù)據(jù)的判定，對故障選線錄波裝置選線的正確性做出評估。并運用零模電壓梯度值對故障時刻進行精確標定，并以實際數(shù)據(jù)作為樣本進行測試，對歷史數(shù)據(jù)進行故障信息的挖掘。

1 故障與非故障的辨識

在中性點非有效接地系統(tǒng)中，故障線路與非故障線路的物理模型是完全不一樣的，線路正常工作時線路對地是絕緣的，對地電阻為無窮大，則線路的電導可以忽略不計，可以將線路對地電路等效為電容[6-10]，即正常工作時線路恒滿足公式系統(tǒng)發(fā)生接地故障后使故障線路的對地電阻減小，使得線路對地等效電路變?yōu)殡娙菖c電導的并聯(lián)。故障后，線路的對地支路由電容并聯(lián)一個可變電導構(gòu)成，隨著接地的過渡電阻的不同，電導也是隨之變化的，故而不能滿足公式中的零序電壓與零序電流的關(guān)系。模型上的差異是完成故障與非故障判別的基礎(chǔ)。

2 故障時刻標定

配電網(wǎng)選線錄波裝置一般只采集零模電壓與零模電流，但大多選線錄波裝置存在啟動時刻與故障時刻不匹配的問題。傳統(tǒng)選線錄波裝置啟動時刻以零模電壓是否越限為依據(jù)，當零模電壓超過整定值，記錄故障前后的數(shù)據(jù)，從而進行接地故障檢測。但當故障初始相角較小、過渡電阻較大時該啟動方法有可能失效，靈敏度不高且啟動時間長。因此在配電網(wǎng)發(fā)生單相接地故障后，快速準確的標定出故障發(fā)生時刻，對錄波裝置的后續(xù)信息提取十分重要，同時這也是智能配電網(wǎng)建設(shè)的重要要求。

本文提出的一種基于零模電壓梯度值的配電網(wǎng)選線錄波數(shù)據(jù)的接地故障時刻標定方法，用以實現(xiàn)正確的故障時刻標定，對配電網(wǎng)絡(luò)可靠運行有著積極的意義，能對選線錄波數(shù)據(jù)實現(xiàn)正確的故障時刻標定。如圖1為一條實測錄波數(shù)據(jù)的零模電壓圖。利用母線處零模電壓u0的相鄰兩個采樣值之差構(gòu)造電壓變化梯度：求出零模電壓梯度和式中K表示一定時窗內(nèi)的采樣點且k≥K。

圖1 錄波數(shù)據(jù)零模電壓圖

系統(tǒng)正常運行時零模電壓梯度值基本為零，發(fā)生故障后零模電壓梯度值突變明顯。如圖2為任選一條實測錄波數(shù)據(jù)構(gòu)造的零模電壓梯度值，可以看出發(fā)生故障時零模電壓梯度值突變非常明顯，進而可據(jù)此實現(xiàn)故障時刻的準確標定。傳統(tǒng)配電網(wǎng)選線錄波裝置啟動時刻以零模電壓越限門檻做啟動，相比之下本文提出的方法具有較高的靈敏度與準確性，能準確的標定出故障時間。

圖2 錄波數(shù)據(jù)零模電壓梯度值圖

3 故障選線錄波裝置選線正確性評估

首先將cfg格式的錄波數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成csv格式，并將這些數(shù)據(jù)批量導入到MATLAB中，以便于后續(xù)對數(shù)據(jù)進行分析處理。再進行故障與非故障的判別，最后進行故障時刻的精確標定。故障選線錄波裝置選線正確性評估流程為：將cfg格式的錄波數(shù)據(jù)進行格式轉(zhuǎn)換-將轉(zhuǎn)換好的csv數(shù)據(jù)批量導入到MATLAB里-對故障數(shù)據(jù)進行故障與非故障的判別-對故障數(shù)據(jù)進行精確時刻標定。

本次收集到變電站1、變電站2、變電站3、變電站4的小電流接地裝置的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)基本信息見表1所示。

表1 變電站基本信息匯總

4 結(jié)論

經(jīng)分析，變電站1中的70條數(shù)據(jù)均為故障情況下的數(shù)據(jù)，選線正確率是100%；變電站2變中故障數(shù)據(jù)有85條、非故障數(shù)據(jù)有7條，還有6條數(shù)據(jù)不能確定是否為故障，選線正確率是86.7%；變電站3變電站中故障數(shù)據(jù)有175條、非故障數(shù)據(jù)有4條，還有1條數(shù)據(jù)不能確定是否為故障，選線正確率是97.2%。不確定的數(shù)據(jù)也是35kV的線路；變電站4站10kV母線中有三種情況，母線分別帶6饋線、8饋線和11條饋線，總體選線正確率是82.8%，其中帶6條饋出線的有106條數(shù)據(jù)，選線正確率為77.36%。

其中，在變電站1中的70條故障數(shù)據(jù)中，有13條錄波數(shù)據(jù)并未記錄下故障發(fā)生的初始時刻，從而無法實現(xiàn)故障時刻標定；在變電站2的85條故障數(shù)據(jù)中，有12條錄波數(shù)據(jù)并未記錄下故障發(fā)生的初始時刻，從而無法實現(xiàn)故障時刻標定；變電站3的175條故障數(shù)據(jù)中，有8條錄波數(shù)據(jù)并未記錄下故障發(fā)生的初始時刻，從而無法實現(xiàn)故障時刻標定；在變電站4站10kV母線中帶6條饋出線的106條故障數(shù)據(jù)中，有45條錄波數(shù)據(jù)并未記錄下故障發(fā)生的初始時刻，從而無法實現(xiàn)故障時刻標定。