基于历史数据挖掘的配电网选线录波装置应用评估

云南电网有限责任公司昆明供电局 杨鹏杰 周 瀛 张国武

随着智能电网的快速发展，对配电网内各个设备的运营与维护提出了更高的要求。小电流接地系统在运行过程中经常会出现单相接地故障，尽管故障出现之后电力系统仍然能够维持运行1～2h，但1～2h之后若对系统中的故障没有进行及时处理则会引起两相短路，甚至会造成整个电力系统故障[1-4]。所以配电网选线录波装置的正确动作对提高配电网供电可靠性具有十分重要的作用。在配电网系统中，用于检测发生单相接地故障支路的装置称为配电网故障选线录波装置。现有的配电网故障选线录波装置一般只采集零模电压与零模电流，但大多选线录波装置存在选线正确率不高，以及启动时刻与故障时刻不匹配等问题[5]。

本文以配电网故障选线录波装置的波形数据为研究对象，搭建故障线路与非故障线路的物理模型，并根据故障线路与非故障线路的物理模型差异，实现实测故障数据与非故障数据的判定，对故障选线录波装置选线的正确性做出评估。并运用零模电压梯度值对故障时刻进行精确标定，并以实际数据作为样本进行测试，对历史数据进行故障信息的挖掘。

1 故障与非故障的辨识

在中性点非有效接地系统中，故障线路与非故障线路的物理模型是完全不一样的，线路正常工作时线路对地是绝缘的，对地电阻为无穷大，则线路的电导可以忽略不计，可以将线路对地电路等效为电容[6-10]，即正常工作时线路恒满足公式系统发生接地故障后使故障线路的对地电阻减小，使得线路对地等效电路变为电容与电导的并联。故障后，线路的对地支路由电容并联一个可变电导构成，随着接地的过渡电阻的不同，电导也是随之变化的，故而不能满足公式中的零序电压与零序电流的关系。模型上的差异是完成故障与非故障判别的基础。

2 故障时刻标定

配电网选线录波装置一般只采集零模电压与零模电流，但大多选线录波装置存在启动时刻与故障时刻不匹配的问题。传统选线录波装置启动时刻以零模电压是否越限为依据，当零模电压超过整定值，记录故障前后的数据，从而进行接地故障检测。但当故障初始相角较小、过渡电阻较大时该启动方法有可能失效，灵敏度不高且启动时间长。因此在配电网发生单相接地故障后，快速准确的标定出故障发生时刻，对录波装置的后续信息提取十分重要，同时这也是智能配电网建设的重要要求。

本文提出的一种基于零模电压梯度值的配电网选线录波数据的接地故障时刻标定方法，用以实现正确的故障时刻标定，对配电网络可靠运行有着积极的意义，能对选线录波数据实现正确的故障时刻标定。如图1为一条实测录波数据的零模电压图。利用母线处零模电压u0的相邻两个采样值之差构造电压变化梯度：求出零模电压梯度和式中K表示一定时窗内的采样点且k≥K。

图1 录波数据零模电压图

系统正常运行时零模电压梯度值基本为零，发生故障后零模电压梯度值突变明显。如图2为任选一条实测录波数据构造的零模电压梯度值，可以看出发生故障时零模电压梯度值突变非常明显，进而可据此实现故障时刻的准确标定。传统配电网选线录波装置启动时刻以零模电压越限门槛做启动，相比之下本文提出的方法具有较高的灵敏度与准确性，能准确的标定出故障时间。

图2 录波数据零模电压梯度值图

3 故障选线录波装置选线正确性评估

首先将cfg格式的录波数据转换成csv格式，并将这些数据批量导入到MATLAB中，以便于后续对数据进行分析处理。再进行故障与非故障的判别，最后进行故障时刻的精确标定。故障选线录波装置选线正确性评估流程为：将cfg格式的录波数据进行格式转换-将转换好的csv数据批量导入到MATLAB里-对故障数据进行故障与非故障的判别-对故障数据进行精确时刻标定。

本次收集到变电站1、变电站2、变电站3、变电站4的小电流接地装置的数据，数据基本信息见表1所示。

表1 变电站基本信息汇总

4 结论

经分析，变电站1中的70条数据均为故障情况下的数据，选线正确率是100%；变电站2变中故障数据有85条、非故障数据有7条，还有6条数据不能确定是否为故障，选线正确率是86.7%；变电站3变电站中故障数据有175条、非故障数据有4条，还有1条数据不能确定是否为故障，选线正确率是97.2%。不确定的数据也是35kV的线路；变电站4站10kV母线中有三种情况，母线分别带6馈线、8馈线和11条馈线，总体选线正确率是82.8%，其中带6条馈出线的有106条数据，选线正确率为77.36%。

其中，在变电站1中的70条故障数据中，有13条录波数据并未记录下故障发生的初始时刻，从而无法实现故障时刻标定；在变电站2的85条故障数据中，有12条录波数据并未记录下故障发生的初始时刻，从而无法实现故障时刻标定；变电站3的175条故障数据中，有8条录波数据并未记录下故障发生的初始时刻，从而无法实现故障时刻标定；在变电站4站10kV母线中带6条馈出线的106条故障数据中，有45条录波数据并未记录下故障发生的初始时刻，从而无法实现故障时刻标定。