一種新型小電流接地系統(tǒng)暫態(tài)選線方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種新型小電流接地系統(tǒng)暫態(tài)選線方法，包括以下步驟：故障選線邏輯啟動；采集母線上所有支路故障暫態(tài)電流數(shù)據(jù)；計算線路及母線零序故障暫態(tài)電流；計算線路及母線的譜峭度；根據(jù)線路及母線的譜峭度進行選線。本發(fā)明具有很強的抗噪能力，理論上能夠完全抑制白噪聲。當故障角較小或接地電阻大時，故障暫態(tài)電流較小，造成首半波法、能量法和小波法等基于暫態(tài)分量的選線方法選線困難，本發(fā)明是以信號的非平穩(wěn)性和非高斯性為特征量進行判斷，克服了這種影響，實現(xiàn)正確選線，提高了選線的準確性。
【專利說明】
-種新型小電流接地系統(tǒng)誓態(tài)選線方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明設(shè)及小電流接地系統(tǒng)單相接地故障選線方法，尤其是設(shè)及一種小電流接地 系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時利用暫態(tài)信號進行選線的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 小電流接地方式在我國配電網(wǎng)得到廣泛采用，運種接地方式在發(fā)生單相接地故障 時不形成低阻抗短路回路，接地電流很小，所W可帶故障運行1~2小時，但長時間單相接地 運行，可能造成兩相接地短路，尤其在發(fā)生間歇性弧光接地時，能夠引起弧光過電壓，系統(tǒng) 絕緣受到威脅，因此應(yīng)盡快找到并切除故障線路。
[0003] 在龐清樂編著，電子工業(yè)出版社2010年8月出版的專著《小電流接地故障選線與定 位技術(shù)》第3頁至第9頁公開了目前主要的故障選線方法，主要分為被動式選線方法和主動 式選線方法。主動式選線方法由于需要增加設(shè)備，系統(tǒng)復(fù)雜而限制了其應(yīng)用。被動式選線方 法又分為穩(wěn)態(tài)分量法選線方法和暫態(tài)分量法選線方法。穩(wěn)態(tài)分量法選線方法由于單相接地 故障時零序電流中穩(wěn)態(tài)分量小，同時對于通過消弧線圈接地的系統(tǒng)，穩(wěn)態(tài)分量法常常失效， 因此，穩(wěn)態(tài)分量法選線的準確度不高。單相接地故障時零序電流中暫態(tài)分量一般是穩(wěn)態(tài)分 量的幾十倍，同時蘊涵大量的信息可供分析利用，因此基于暫態(tài)分量的選線方法得到較廣 泛的應(yīng)用?；跁簯B(tài)分量的選線方法主要有首半波法、小波法和能量法等，由于暫態(tài)信號中 首半波極性關(guān)系成立的時間很短，且首半波極性受到線路參數(shù)、故障初相角、過渡電阻大小 因素的影響，首半波法選線準確度受到影響。小波法易受外界電磁干擾和過渡電阻的影響， 在過渡電阻大或故障初相角較小時準確度不高。能量法本質(zhì)是瞬時功率的累積，由于無功 分量的積分為交替變化的周期函數(shù)，而有功分量的積分呈發(fā)散狀，影響能量法選線準確度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于:首半波法、小波法和能量法運些基于暫態(tài)分量的 選線方法由于受到電磁干擾、過渡電阻及故障初相角的影響而導(dǎo)致準確度不高。
[0005] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用基于短時傅立葉變換的譜峭度方法對小電流接 地系統(tǒng)單相接地故障暫態(tài)信號進行處理，W暫態(tài)電流的譜峭度作為選線的判據(jù)，降低了電 磁干擾、過渡電阻及故障初相角的影響，從而提高了選線準確度。
[0006] 本方法采取的技術(shù)方案包括W下步驟：
[0007] 步驟1、故障選線邏輯啟動；
[000引步驟2、采集母線上所有支路故障暫態(tài)電流數(shù)據(jù)；
[0009] 步驟3、計算線路及母線零序故障暫態(tài)電流；
[0010] 步驟4、計算線路及母線的譜峭度:對各條線路及母線的零序暫態(tài)電流數(shù)據(jù)進行基 于短時傅立葉變換的峭度譜計算，求出各條線路的譜峭度。
[0011] 步驟5、根據(jù)線路及母線的譜峭度進行選線。
[0012] 譜峭度是在峭度的概念上發(fā)展起來的一種分析暫態(tài)信號的方法，是一個四階累積 量，該方法的主要原理是通過計算每一根譜線的峭度值，從而發(fā)現(xiàn)信號中的非平穩(wěn)成分。譜 峭度理論上能夠完全抑制高斯噪聲，表征信號中的非平穩(wěn)和非高斯信號，并且能夠確定其 在頻帶上的位置。譜峭度方法憑借其良好的統(tǒng)計特性已經(jīng)在機械振動系統(tǒng)的故障診斷、電 力局部放電信號提取得到廣泛應(yīng)用，并取得了很好的成果。
[0013] 小電流接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時，對于非故障線路，其檢測點測量的是本線 路的零序暫態(tài)電流，而對于故障線路，其檢測點測量的是所有健全線路零序暫態(tài)電流之和， 從信號的非平穩(wěn)性和非高斯性觀察，故障線路具有最大的非平穩(wěn)性和非高斯性，因此，故障 線路將具有最大的譜峭度。本發(fā)明所采用的譜峭度方法能夠表征信號中的非平穩(wěn)和非高斯 信號，并且能夠確定其在頻帶上的位置，同時理論上能夠完全抑制白噪聲。
[0014] 本發(fā)明技術(shù)效果在于：
[0015] 1)本發(fā)明具有很強的抗噪能力，理論上能夠完全抑制白噪聲。
[0016] 2)當故障角較小或接地電阻大時，故障暫態(tài)電流較小，造成首半波法、能量法和小 波法等基于暫態(tài)分量的選線方法選線困難，本發(fā)明是W信號的非平穩(wěn)性和非高斯性為特征 量進行判斷，克服了運種影響，實現(xiàn)正確選線，提高了選線的準確性。
【附圖說明】
[0017] 圖1是本發(fā)明實現(xiàn)的流程圖；
[0018] 圖2為線路故障時系統(tǒng)的零序網(wǎng)絡(luò)等效圖；
[0019] 圖3為母線故障時系統(tǒng)的零序網(wǎng)絡(luò)等效圖；
[0020] 圖4是llOkV/lOkV配電線路仿真模型圖。
【具體實施方式】
[0021] 下面結(jié)合附圖和實例對發(fā)明做進一步描述，本發(fā)明包含具體W下步驟：
[0022] 步驟1、故障選線邏輯啟動：當系統(tǒng)正常運行時，小電流接地系統(tǒng)零序電壓為零，= 相相電壓平衡，當發(fā)生單相接地故障時，其零序電壓大于零，故障相電壓降低，非故障相電 壓升高，因此，可WW母線零序電壓瞬時值大于零序電壓設(shè)定值W及非故障相電壓升高超 過設(shè)定值，來進行判斷，當條件均滿足時故障選線裝置啟動;其中零序電壓設(shè)定值為0.15倍 的母線相電壓，非故障相電壓設(shè)定值為1.1倍母線相電壓。
[0023] 步驟2、選線裝置啟動后，采集故障前2個周波和故障后15個周波數(shù)據(jù)，提取故障前 半個周波和故障后一個半周波數(shù)據(jù)共兩個周波數(shù)據(jù)作為暫態(tài)量數(shù)據(jù)，提取故障后5~15個 周波數(shù)據(jù)作為穩(wěn)態(tài)量數(shù)據(jù)。
[0024] 步驟3、計算線路及母線故障暫態(tài)零序電流：
[0025] 線路故障暫態(tài)零序電流為線路故障暫態(tài)=相電流之和。根據(jù)基爾霍夫電流理論， 母線故障暫態(tài)零序電流等于所有與母線連接的所有支路的故障暫態(tài)零序電流之和。當母線 未發(fā)生接地故障時，由于母線既沒有電源也沒有負荷，所有支路的零序電流之和為零，即母 線的故障暫態(tài)零序電流為零，如圖2所示。當母線發(fā)生單相接地故障時，零序電源位于母線 上，母線的故障暫態(tài)零序電流等于所有支路的故障暫態(tài)零序電流和消弧線圈故障暫態(tài)電流 之和，如圖3所示。
[0026] 步驟4、基于短時傅立葉變換的譜峭度方法計算各條線路及母線故障暫態(tài)零序電 流的譜峭度，該方法的主要思想是首先對信號進行短時傅立葉變換，得到該信號的時頻分 布，然后根據(jù)頻譜計算出瞬時譜矩，從而得到信號的譜峭度。
[0027] 1)對暫態(tài)信號Y(t)進行短時傅立葉變換：
[0028] 首先確定一個一定時間長度的窗口，并且在時間窗口內(nèi)對暫態(tài)信號進行傅里葉變 換獲得其頻譜，然后沿時間軸移動時間窗口，可W得到不同時段的頻譜特性。
[0029] 設(shè)Y(t)為一隨機過程，其離散形式為Y(n)，n = l，2，…，N
[0030] (1)
[0031] 其中，w(n)為窗函數(shù)，Nw表示窗函數(shù)的長度，P為時間步長，k表示的時間步驟數(shù)。
[0032] 2)求Yw化P，f)的化階譜矩
[0033] 定義Yw化P，f)的化階譜矩為：
[0034] S2nY = <|Y^kp，f)|2n〉k (2)
[0035] 其中 <.〉表示的是k階時平均。
[0036] 3)計算峭度譜
[0037] 根據(jù)譜峭度的定義，當n分別為1和2時，基于短時傅立葉變換的峭度譜表示為：
[00；3 引 餅：
[0039] 步驟5、根據(jù)線路及母線的譜峭度進行選線：
[0040] 比較各條線路及母線的譜峭度值，其中最大者為故障線路。
[0041] 下面介紹仿真實例
[0042] 如圖4為llOkV/lOkV配電線路仿真模型，變壓器IOkV側(cè)中性點通過開關(guān)和消弧線 圈相聯(lián)，根據(jù)需要選擇開關(guān)的打開方式。當開關(guān)打開時，為中性點不接地系統(tǒng)，當開關(guān)閉合 時，為中性點經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)。模型中參數(shù)如下：系統(tǒng)共有4條饋電線路，Li、L2為架空線 路，L3為電纜架空混合線路，L4為電纜線路，Li的長度為12虹1心的長度為化km，L3的電纜長度 為4km;架空線14km，L4的電纜長度為13km;采用補償度為8%的過補償。饋線參數(shù)如下表所 示：
[0043] 表1饋線參數(shù)表
[0044]
[0045] 仿真模型中，k線路1和線路3所帶負荷為非線性負荷、線路2和線路4所帶負荷為線 性負荷，利用受脈沖控制的開關(guān)結(jié)合脈沖源建立可弧光接地仿真模型。
[0046] 對于W上模型，在不同接地方方式、不同故障線路、不同故障合閩角、不同過渡電 阻W及不同的弧光接地情況下，對每條線路及母線設(shè)置大量的故障，計算首半波法、小波法 和能量法W及本發(fā)明方法的選線成功率。表二是運四種方法的平均成功率。
[0047]表2四種選線方法的平均成功率 r00481
[0049]從表2的分析結(jié)果可W看出，相比較首半波法、小波法和能量法的運些基于暫態(tài)信 息的選線方法，本發(fā)明的選線成功率得到極大的提高，具有一定的適應(yīng)性和準確性。
【主權(quán)項】
1. 一種新型小電流接地系統(tǒng)暫態(tài)選線方法，實現(xiàn)的過程為： (1) 故障選線邏輯啟動； (2) 采集故障暫態(tài)數(shù)據(jù)； (3) 根據(jù)故障暫態(tài)數(shù)據(jù)計算系統(tǒng)每條線路的暫態(tài)特征量； (4) 根據(jù)暫態(tài)特征量的比較進行選線； 其特征是： (5) 所選擇的暫態(tài)特征量是零序暫態(tài)電流的譜峭度。2. 根據(jù)權(quán)利1所述的一種新型小電流接地系統(tǒng)暫態(tài)選線方法，其特征是：比較各條線路 及母線零序暫態(tài)電流的譜峭度進行選線，選擇原則是:零序暫態(tài)電流的譜峭度最大的線路 或母線為故障線路。
【文檔編號】G01R31/02GK106019046SQ201610329736
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年5月18日
【發(fā)明人】顧民, 葛良全, 蔣開明, 李琳琳, 胡傳皓, 楊小峰
【申請人】成都理工大學(xué)