CN101482593A - 小电流接地智能选线方法和装置 - Google Patents

Abstract

小电流接地智能选线方法，首先判断接地故障的发生，再采集故障前后的零序电流数据，进行选线判断。对采样得到的电流数据进行处理的步骤是，选择合适的小波函数、对故障信号进行小波分解、选择值最大的分解尺度作为故障的特征尺度信息、对特征尺度信息进行小波重构、故障线路的判断。实现所述方法的装置包括事件管理模块、数据处理模块、数据采集模块、数据交换模块、电源模块、显控模块、CAN通信模块；电源模块连接各个模块，为它们供电；所述数据采集模块的输出信号传到数据处理模块，数据处理模块与事件管理模块连接，进行数据交换；事件管理模块输出连接显控模块和CAN通信模块。本发明解决了现有技术中存在的问题。

Description

小电流接地智能选线方法和装置

技术领域：

本发明属于继电保护领域，具体是一种应用于小电流接地系统单相接地故障的小电流接地智能选线方法和装置。

背景技术：

我国中压配电网一般采用不接地或者经过消弧线圈接地的方式，即我们所说的小电流接地系统。发生小电流接地故障时，并未破坏系统电压的对称性而且电流值较小，所以有关规程规定小电流接地系统发生单相接地故障时可以继续运行1～2h。但由于发生故障时非故障相的电压上升至线电压，长时间运行会使单相接地变成多点短路。而且当发生弧光接地时还会引起全系统的过电压，损坏设备，破坏系统的安全运行。实际运行中，单相接地故障约占总故障次数的80％。因此，在小电流接地系统发生单相接地故障时，正确及时的把故障线路检测出来，对提高供电可靠性，具有重要的现实意义。

以往的选线方法大都是根据故障时候的稳态特性进行选线。而随着配电电网的发展，配电网的结构越来越复杂，根据故障稳态信息进行选线的方法已经不能满足供电可靠性的要求。而小电流接地故障发生时，线路里包含着丰富的暂态信息，利用暂态信息可以达到很好的选线效果。

发明内容：

小电流接地故障产生的暂态电流比稳态电流大很多倍，系统对地电容与故障点之间的充放电，将产生振幅比稳态基频大许多倍的高频暂态分量，暂态信号包含的信息丰富且容易测量，而且暂态量频率较高，这时消弧线圈相当于开路，对暂态量不起作用，所以利用故障暂态信息进行选线具有优势。本发明过分析小电流接地系统暂态信息的特点，利用先进的数学理论(小波分析法)，提取故障时候暂态信息，进行故障的判别。

具体技术方案如下：

小电流接地智能选线方法，步骤是首先判断接地故障的发生，然后采集故障前后的零序电流互感器的电流数据，进行选线判断；

对采样得到的电流数据进行处理，步骤如下：

①选择合适的小波函数：

选用dbN小波系小波函数；

②对故障信号进行小波分解：

采用离散小波变换的快速算法即Mallat算法对小波进行分解，由于经过滤波后的信号频带变窄，只取一半采样点就可以表示原信号的所有信息，这种尺度分解也称“二抽取”；把各条线路的零序电流经过小波变换在各个尺度上分解，得到对应于各个频段的信号分量，从而消除了频率之间的叠加，则能利用各种不同尺度的特征来做选线的判断了。(尺度即是频率分量)

③选择值最大的分解尺度作为故障的特征尺度信息：

特征尺度是指在各个分解尺度中电流值最大的频率分量；

将某个线路的零序电流尺度分解后，找出幅值最大的那个尺度即特征尺度，以及该尺度对应的时刻；然后将其他线路的零序电流也分解成相应的特征尺度。

比如在分解的第二个频率上出现了零序电流的最大值，就把其线路的零序电流也分解到第二个频率分量上。(特征尺度是指在各个分解尺度中电流值最大的频率分量)

④对特征尺度信息进行小波重构：

对细节系数尺度进行重构，得到与原信号完全对应的细节分量；重构方法采用二插值方法，即在每两个相邻采样点之间填补一个0，使信号的长度加倍，从而实现小波的重构。

因为在尺度分解时候采用了二抽取，所以在相应的尺度上的数据是减少了的，有些值没有对应的采样时刻，所以我们要把二抽取后没有用到的数据点的系数(即细节系数)重构出来。

⑤故障线路的判断：

比较各条出线细节分量在特征尺度上的最大值时刻的值。

如果有某一条出线的值很大而且与其它线路值符号相反，即电流极性相反，则可以判定它是故障线路；

如果各条线路在该时刻的值符号相同，即电流极性相同；或者即使有异号，但有异号的值却很小，即电流极性相反，相反极性的电流如果不大于极性相同的电流1.5倍，则认为母线故障。

所述判断接地故障的发生的方法是采用零序电压进行接地故障启动，即当零序电压超过整定值时，就认为发生接地故障。整定值设定为10％额定相电压幅值。同时，还采用相邻两周波的零序电压变化量作为判断接地故障的依据：检测零序电压在稳态周波的有效值，当该有效值超过整定值时，就认为发生接地故障；所述有效值采用快速傅里叶变换即FFT求得。

一种实现上述方法的装置，包括：事件管理模块、数据处理模块、数据采集模块、数据交换模块、电源模块、显示与控制模块、CAN通信模块；所述电源模块连接所述各个模块，为它们提供电源；所述数据采集模块的输出信号传到数据处理模块，数据处理模块与事件管理模块连接，进行数据交换；事件管理模块的输出端连接显示与控制模块；所述事件管理模块的输出端还连接CAN通信模块。(由于采用了上述方法，可以用算法实现滤波，所以本装置省去了一系列滤波器。)

所述数据处理模块采用以DSP为核心的电路，事件管理模块采用以单片机为核心的电路，它们之间用双端口RAM进行数据交换。

所述双端口RAM在同时读取不同存储空间的数据和同时读取相同空间的数据时，左右端口可以同时进行；若同时对相同的空间进行写操作，或者某一端口在对一数据空间进行读操作的同时另一端口对该数据空间进行写操作时，左右两端中先进行存储请求的端口被允许操作，后请求的禁止操作。

所述DSP还扩展连接有A/D转换器。

由于配电网结构复杂、线路众多，需要采集的信息量十分的大。对于这样多的数据采集、分析计算，大量的数据上传等功能，由一块单片机往往是难以胜任的。数字信号处理器(DSP)由于具有处理速度快，适合数字信号处理的特点，可以很好的解决数据采集和处理问题。考虑到装置的控制功能，本装置采用单片机和DSP双CPU结构作为小电流接地选线保护装置的核心。具备了双CPU结构的小电流接地选线装置，能够实现大规模数据采样，数据处理，数据上传等功能，能够很好的满足配电网的日益发展及其对保护装置功能和可靠性不断提高的要求。

DSP作为运算CPU负责与数据采集模块连接、选线计算部分；单片机作为管理CPU主要负责人机交互和与上位机通信部分。DSP处理器由于内部采用哈佛总线结构，指令是流水线操作，以及独立的硬件乘法器结构等，非常适合进行大量的数字信号处理，以及实时的数据分析和监控。

本发明解决了现有技术中存在的问题。通过实验，使用本发明方案后，选线精度得到显著提高。

附图说明：

图1是暂态等效电路图

图2是本发明装置的系统总体方案框图

图3是DSP与一片ADS8364的连接

图4是单片机与HG12605-A的连接

图5是双CPU与双口RAM的连接

图6—1是DSP的主程序流程图

图6—2与单片机的主程序流程图

图7是多分辨率分析算法示意图

图8是多分辨率分析重构算法示意图

图9是系统仿真实例示意图

图10是各条线路零序电流波形图

图11是对L1线路的零序电流进行小波变换图

图12是各线电流在第3尺度上的细节分量对比图

图13是零序电压和零序电流波形图

图14是对L1线路的零序电流进行小波变换图

图15是各线路在尺度2上的细节分量对比图

图16是零序电压和零序电流波形图

图17是对L1线路的零序电流进行小波变换图

图18是各线路在尺度2上的细节分量对比图

具体实施方式：

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步说明。

基于小波分析的故障选线方法的理论依据如下：

小电流接地故障产生的暂态电流比稳态电流大很多倍。系统对地电容与故障点之间的充放电，将产生振幅比稳态基频大许多倍的高频暂态分量。暂态信号包含的信息丰富且容易测量，而且暂态量频率较高，这时消弧线圈相当于开路，对暂态量不起作用，所以利用故障暂态信息进行选线具有优势。暂态等效电路如下图1所示。

根基图1可得电容回路方程：

解得其方程的解为：

电感回路方程为：

解得其方程解为：

总接地电流为：

暂态接地电流为：

上式中，i_c.os为电容电流暂态分量、i_c.st为电容电流稳态分量、i_L.dc为暂态电感电流分量、U_φm为相电压的幅值、ω为工频角频率、

为零序电压的初始相位、ω₀为回路的自振荡角频率、τ_C，τ_L分别为电感和电容回路的时间常数、δ为自由振荡分量的衰减系数。

当单相接地故障发生后，在接地点便有衰减很快的暂态电容电流和衰减较慢的暂态电感电流流过。暂态电容电流中又包含了由故障相电压突然降低而引起的放电电容电流和由非故障相电压突然升高而引起的充电电容电流。一般情况下，ω₀/ω比较大，且i_c.os和i_L.dc的频率相差比较大。所以，在发生接地故障的初始阶段，暂态接地电流的主要特征由暂态电容电流确定。

本发明提出的选线方法的原理如下：

1、发生单相接地故障后，暂态过程主要由电容电流决定，一般情况下可以忽略暂态电感电流，因此故障线路的暂态零序电流幅值最大，为所有健全线路的幅值之和。

2、非故障线路零序电流的暂态分量与故障线路的暂态零序电流极性相反；母线故障时，所有线路的暂态零序电流极性相同。(上述零序电流的暂态分量和暂态零序电流表达的意思是一样的)

小电流接地智能选线方法

首先要判断接地故障的发生，然后采集零序电流互感器的电流数据，进行选线判断。

通常采用零序电压进行接地故障启动。该方法可以消除相间故障、三相故障及低电压单相接地故障的影响。

在变电所内一般均配备三相PT(电压互感器)或专用零序PT，检测电网零序电压的瞬时值是否超过设定的整定值，当零序电压超过整定值，记录故障前后的数据，进行接地故障检测，整定值一般设定为10％额定相电压幅值。为了进一步消除三相不对称度的影响，可采用相邻两周波的零序电压变化量作为接地选线的启动判断。当电网中产生大的干扰时，在这个过程中零序电压的变化量可能超过设定的整定值，导致选线程序误启动。通过分析干扰波形和故障波形的异同处可知，虽然开始的一两个周波无法区分大干扰和故障，但是之后的几个周波两者的区别却是很明显的。干扰过后，零序电压又趋近于零，而接地故障发生后，直到故障消除前，零序电压都保持很大的值，所以在启动条件中增加检测零序电压在稳态周波的有效值即可避免大干扰带来的误判。

再对采样得到的参数进行如下处理：

①选择合适的小波函数；

dbN小波系都是工程应用较多的小波函数，它是由小波分析学者InridDaubechies构造的小波函数，本专利采用db5为小波基为例。

②对故障信号进行小波分解；

小波分析的应用，一个非常显著的优点在于它的分频特性。零序暂态电流中存在着多个频率的分量，虽然对于某一频率而言，故障线路与健全线路电流相位(方向)相反，但多个频率的叠加会使得这样的方向性变得模糊，从而增加了识别的难度。离散小波变换的快速算法(Mallat)，正是利用一系列的滤波器组完成的，每进行一个尺度的分解，就会提取出一个频段的信号分量。根据Nyquist定律，只取一半采样点就可以表示原信号的所有信息，这种尺度分解也称“二抽取”。这样，如果我们把各条线路的零序电流经过小波变换在各个尺度上分解，就可以得到对应于各个频段的信号分量，从而消除了频率之间的叠加，此时就能够利用各种不同尺度的特征来做选线的判断了。

③选择值最大的分解尺度作为故障“特征尺度”信息；

“特征尺度”是指在各个分解尺度中电流值最大的频率分量。但是究竟对信号进行几个尺度的分解后，然后选择其中最大者呢？也就是说，对于一个信号，到底分解到多少个尺度上才算合适呢？这取决于待分解信号的最高频率和采样率。

对于要分析的零序电流暂态分量，其中包含了故障所引起的零序稳态电流、各次谐波电流、多个频率的暂态高频电流、以及各种干扰和噪声。利用小波分析选线所关心的主要是暂态电流，因此一方面要滤掉噪声干扰，另一方面也要尽量不让谐波或者基波信号影响到选线结果。对于高频噪声，主要通过装置采样前的低通滤波器来消除。在小波分解第1尺度上的细节分量特别容易受噪声影响，所以不宜用作选线判据。具体尺度与故障条件有关。一般都是在第2或者第3尺度上。

将某个线路的零序电流尺度分解后，找出幅值最大的那个尺度(特征尺度)，和特征尺度对应的时刻，然后将其他线路的零序电流也分解成相应的特征尺度。例如在分解的第二个频率上出现了零序电流的最大值，就把其线路的零序电流也分解到第二个频率分量上。

④对“特征尺度”信息进行小波重构；

信号在各尺度系数的时刻并不是对应时，直接使用尺度会遇到困难。首先，经过一级一级的二抽取，尺度会变得越来越短，而且由于滤波的卷积过程会增加一些额外的数据点，每次二抽取后尺度的长度并不是精确的减少一半，因此各级的细节系数不能对应；其次，二抽取会引入频谱的混叠，从而引入了失真，这也不利于不同尺度小波变换的对应。要解决这个问题，可以对细节系数尺度进行重构，得到与原信号完全对应的细节分量。二插值是二抽取的逆过程，也就是在序列的每两个相邻采样点之间填补一个0，使信号的长度加倍。从而实现小波的重构。

⑤故障线路的判断：比较各条出线细节分量在特征尺度上的最大值时刻的值；如果有某一条出线的值很大而且与其它线路值符号相反，则可以判定它是故障线路；如果各条线路在该时刻的值符号相同，或者即使有异号的值但却很小，则可以判定为母线故障。

并不是任意小波函数都可以使用Mallat算法进行计算，它必须满足一定的条件，其中最基本的要求是小波函数经伸缩平移所形成的函数集合必须满足正交、半正交或双正交条件中的一个。例如正交条件为：<ψ_j，k_ψl，m>＝0，j≠l，j，k，l，m∈Z，其中，ψ_j，k是母小波函数经过2进制离散化后的形式。本发明选用的dbN函数就需要满足上边的条件。

Mallat算法的数学证明涉及到多分辨率信号的分解与重建、函数空间的剖析以及二尺度差分方程等概念，其实现却非常简单，而且具有直观的工程应用意义。

Mallat小波系数分解：

连续小波变换直接利用小波函数值进行计算，Mallat算法则使用与小波函数密切相关的一组滤波器系数。在小波分解中，需要两组滤波器系数h1和h0分别用来计算细节系数cD和平滑逼近系数cA。在信号重构中，也需要两组滤波器系数g1和g0，分别用来对细节系数和平滑逼近系数进行反变换，并组合成原信号。其中h1和g1是高通滤波器系数h0和g0是低通滤波器系数，如果小波函数满足正交条件，则h1和g1以及h0和g0是相同的。

在Mallat算法中，小波分解通过一系列的滤波实现，如图7所示，图中方框中的滤波器使用相应的系数来代替。首先，信号s经过高通滤波器h1，得到细节系数cD1，s经过低通滤波器h0，得到平滑逼近系数cA1。由于经过滤波后的信号频带变窄，根据Nyquist定律，只取一半采样点就可以表示原信号的所有信息，所以此时对cD1和cA1分别进行“二抽取”，即将序列每隔一个去掉一个，使其长度减半。经过上面的运算后，我们已经得到了当尺度a＝1/2时的离散小波系数cD1，若要求解其它尺度上的系数，则需要对平滑逼近系数cA1重复上面对s的滤波和二抽取，得到下一级的细节系数cD2和平滑逼近系数cA2。如此反复，就可以计算出2进制离散小波变换了。在这里，由于是2进制离散栅格，第1尺度对应于a＝1/2，第二尺度对应于a＝1/4，以此类推。

细节分量的重构：

使用上面的方法来计算小波系数，的确要比连续小波变换效率高的多。但是当对信号在各尺度系数的时刻要求对应时，直接使用cD会遇到困难。首先，经过一级一级的二抽取，cD会变得越来越短，而且由于滤波的卷积过程会增加一些额外的数据点，每次二抽取后cD的长度并不是精确的减少一半，因此各级的细节系数不能对应；其次，二抽取会引入频谱的混叠，从而引入了失真，这也不利于不同尺度小波变换的对应。要解决这个问题，可以对细节系数cD进行重构，得到与原信号完全对应的细节分量D。如图8所示，原信号的重构过程包含着“二插值”和滤波。二插值是二抽取的逆过程，也就是在序列的每两个相邻采样点之间填补一个0，使信号的长度加倍。滤波器系数使用的就是上面提到的g1和g0。第i级的细节系数cDi和平滑逼近系数cAi经过二插值和滤波后，相加就得到了第i+1级的平滑逼近系数。如此递推，最后就可以根据cD1和cA1得到原信号了。

本例采用TI公司的TMS320LF2407A(以下简称LF2407A)DSP芯片为数据采集和处理CPU，充分利用其强大的数据处理能力和速度，实现多点数据采集和快速参数计算。

硬件平台是软件算法的运行载体，是保护装置的基础，是实现准确、高效选线的保障。本文设计的选线装置采用双CPU：“DSP+单片机”的处理机构。系统硬件总体方案如图2所示。装置的硬件系统由7个功能模块组成：事件管理模块(主CPU)、数据处理模块(从CPU)、数据采集模块、数据交换模块、电源模块、显示与控制模块、CAN通信模块。本保护装置位于现场，进行数据采集和处理，并且与上位机之间进行通信。

本装置采用M16C/60系列单片机为主CPU，负责事件管理，主要功能有：系统显示、控制和与上位机通信；采用TMS320LF2407A DSP为从CPU，负责数据采集与处理；DSP与单片机之间用双端口RAM进行数据交换。系统通过CAN现场总线接口实现与上位机的通信。

数据采集模块

TMS320LF4207A本身虽然自带A/D转换器，但其转换精度只有10位，且转换速度也不高(500ns)，为了实现更高的速度和精度，选择了扩展ADS8364芯片。ADS8364，是一种高速、低功耗、双16bA/D转换器，有6个模拟量输入通道。可用BVDD独立供电。它有6个完全相同的采样保持电路，分成A、B、C3组，每一组都由1个HOLD引脚控制。ADS8364可以从外部引入最大5MHz的时钟频率，此时采样时间是0.8μs，转换时间只有3.2μs，A/D的最大采样率达到250K，要达到此值，可在下一次转换开始时读取上一次的转换结果。此A/D完全可以满足本装置的采样要求。AD芯片与DSP的连接如图3所示。

系统采用I/O接口启动AD转换。6片ADS8364的片选信号由译码器电路和IS，A15信号共同产生。通过IOPB4使得HOLDA、HOLDB、HOLDC同时为低电平，对6个通道同时采样。AD的EOC引脚与DSP的外部中断XINT1相连接，由AD转换结束信号发出中断请求，读取AD转换结果。由A0、A1、A2控制采样模式。

液晶显示模块

本装置采用单片机与HG12605-A液晶显示模块连接来实现人机接口。本模块主要完成：显示时间和日期，显示故障线路编号，显示装置运行状态与装置内部故障信息，显示串口通信参数的任务。

HG12605-A中内藏ST7920点阵式LCD控制与驱动芯片，可以显示字母、数字符号、汉字、以及自定义文字符号。ST7920芯片内部集RAM和ROM、字型产生器、以及液晶驱动器和控制电路与一体，因此，只要一个很小的处理系统，就可以操作HG12605-A液晶显示模块，并且硬件连接简单。液晶模块和单片机的连接如图4所示。

图中E为芯片使能引脚。DB0-DB7为数据总线。通过D/I，R/W以及和DB0-DB7的各种组合，可以完成对液晶模块的初始化操作和数据读写。LEDA和LEDK为液晶模块的背光，可以通过可调电阻调节亮度。

双CPU系统的数据交换模块

由于系统采用双CPU，为了实现两个CPU之间大量数据的快速交换，本装置采用双口RAM来实现两CPU之间快速的数据交换。

IDT7312是高速2k*8双端口静态RAM，可提供两个拥有独立的控制总线、地址总线和I/O总线端口，允许CPU独立访问内部的任何存储单元。本文使用双端口RAM IDT7312来实现DSP与单片机双CPU的连接。图5是DSP与单片机通过RAM IDT7312的连接图。

采用硬件判优方案解决容易发生的争用问题。同时读取不同存储空间的数据和同时读取相同空间的数据时，左右端口可以同时进行。若同时对相同的空间进行写操作，或者某一端口在对一数据空间进行读操作的同时另一端口对该数据空间进行写操作，左右端口将发生冲突。我们在设计时通过BUSY引脚来解决这一问题。当左右端口对不同存储空间进行读写操作时，可以同时存取。此时，左右端口的BUSY信号同时位高。若对同一存储空间同时进行写操作或一个读一个写操作时，哪一端的存储请求信号先出现，则该端的BUSY信号置为高，允许操作。哪一端的存储信号出现在后，哪一端的BUSY信号将置为低，禁止操作。

CAN通信模块

本装置采用CAN总线实现与上位机的通信。CAN模块由三个部分组成：(1)微控制器；(2)CAN控制器；(3)CAN收发器。

M16C/60系列单片机本身具有CAN总线控制器模块，可以按照预定的程序进行处理，可以将数据以CAN报文的形式传递，并进行系统的诊断、测试及处理CAN总线上的错误等。外接CAN收发器是CAN控制器和CAN总线之间的接口，完成物理电平的转换。选用的TJA1050是区域网络CAN协议控制器和物理总线之间的接口，它应用在波特率范围为0.02-1Mb/S的高速自动化领域中，可为总线提供不同的发送性能，为CAN控制器提供不同的接收性能。

软件设计

本装置要完成的主要任务有数据采集、数据处理、通信与显示。其中数据采集和处理任务是由DSP负责完成，数据显示和通信的任务由单片机负责。单片机程序包括各种初始化子程序、通信子程序、显示子程序，采用C语言编写。DSP程序包括初始化子程序、自检子程序、接地发生检测子程序、A/D子程序、数据处理以及滤波子程序，采用C语言和汇编语言混合编写。其中主函数和DSP函数部分采用C程序编写；中断服务和控制程序采用汇编语言编写。

程序流程图如图6所示。图中的Earthstart为接地故障发生标志，通过检测8路电压信号，当判别有接地故障时将Earthstart置1。FinFlag为计算完成标志。外部输入的电流信号经过输入转换电路变为低压小信号，经过平移电路和信号调理，成为可以直接被A/D转换的采样信号，输入A/D转换器。DSP芯片从A/D的寄存器中读取数据。当所有的转换都结束时，DSP启动数据处理程序。计算完成后，将计算结果存储在双口RAM中，并把FinFlag标志置1。当单片机查询到此标志为真时，启动数据读取程序，从双口RAM中读取DSP已经运算完成的数据。当读取完成时，FinFlag和Earthstart标志都置为0，然后完成显示任务和串行通信任务。系统等待下一次接地故障的发生。

对于要分析的零序电流暂态分量，其中包含了故障所引起的零序稳态电流、各次谐波电流、多个频率的暂态高频电流、以及各种干扰和噪声。利用小波分析选线所关心的主要是暂态电流，因此一方面要滤掉噪声干扰，另一方面也要尽量不让谐波或者基波信号影响到选线结果。对于高频噪声，主要通过装置采样前的低通滤波器来消除。在小波分解第1尺度上的细节分量特别容易受噪声影响，所以不宜用作选线判据。具体尺度与故障条件有关，最好是在第2或者第3尺度上。

下面以图9所示系统仿真为例，说明具体尺度的选用。本例采用的算例一个简单的具有3条出线的10kV系统，线路的正序参数为：R₁＝0.45Ω/km，L₁＝0.9337mH/km，C₁＝0.07074μF/km；

线路零序参数为：R₀＝0.74Ω/km，L₀＝4.1264mH/km，C₀＝0.0478μF/km；

变压器电抗为：Z_T＝0.5685+j0.4033Ω，电压等级110/10kV；线路长度分别是：L₁＝10km，L₂＝18km，L₃＝23km。

母线故障的仿真

对母线故障只针对中性点经消弧线圈接地系通仿真的小电流接地系统，当母线A相发生接地故障，考虑较小的接地电阻，假设故障电阻为R_f＝10Ω。故障后各电量特征波形如图10所示。对上面各线路的零电流进行小波变换，利用db5小波分别把各信号分解到第4层上，以第1条线路为例，如图11所示。根据选线判据发现，在各线路零序电流小波细节分量的第3尺度上，其幅值大于其它尺度，因此将其作为特征尺度进行分析。重构该尺度的细节分量，然后把三条线路加以比较。以下为此过程的图形描述。

经过对各条线路零序电流的小波变换，计算在第3尺度上的细节分量比较如图12。从图12中可以看到，在细节分量最大值时刻各线路的符号是相同的。

中性点不接地系统故障选线仿真

假设中性点不接地系统是线路L₃末端C相发生单相接地故障，中性点不接地系统发生接地故障，故障线路零序电流较大，相位与非故障线路相反，图13是故障后瞬间的母线零序电压和各线路零序电流的波形。对各线路的零序电流利用db5小波进行小波变换，分解到第4层，如图14、15所示，选线的过程与母线故障仿真的过程相同。

根据细节分量最大值来确定频率分量最集中的尺度，可以看出，尺度2的成分最大，所以根据它来作选线判据最合适，如图15所示。

此时，根据细节分量的最大值时刻各线路信号的正负号即可判定线路L₃为故障线路。

中性点经消弧线圈接地系统故障选线仿真

中性点经消弧线圈接地系统故障选线的仿真过程与上节对中性点不接地系统的仿真过程相同，由于中性点经消弧线圈接地系统故障后的暂态过程受消弧线圈的影响不大，零序电流主要表现为容性，如图16为经消弧线圈接地系统单相接地故障波形。

然后的过程也是对各个线路零序电流经过小波变换分解，过程与上述的中性点不接地系统单相接地故障仿真相同，不再赘述，以下是各步的图形描述。根据细节分量最大值来确定频率分量最集中的尺度，如图17所示。可以看出，尺度3的成分最大，所以把它作为特征尺度最合适，然后三条线路在这个尺度下的细节分量重构值进行比较，得出故障线路结论。

此时，根据细节分量的最大值时刻各线路信号的正负号即可判定线路L₃为故障线路。

Claims (7)

1、小电流接地智能选线方法，步骤是首先判断接地故障的发生，然后采集故障前后的零序电流互感器的电流数据，进行选线判断；

对采样得到的电流数据进行处理，步骤如下：

①选择合适的小波函数：

选用dbN小波系小波函数；

②对故障信号进行小波分解：

采用离散小波变换的快速算法即Mallat算法对小波进行分解，由于经过滤波后的信号频带变窄，只取一半采样点就可以表示原信号的所有信息，这种尺度分解也称“二抽取”；把各条线路的零序电流经过小波变换在各个尺度上分解，得到对应于各个频段的信号分量，从而消除了频率之间的叠加，则能利用各种不同尺度的特征来做选线的判断了；

③选择值最大的分解尺度作为故障的特征尺度信息：

特征尺度是指在各个分解尺度中电流值最大的频率分量；

将某个线路的零序电流尺度分解后，找出幅值最大的那个尺度即特征尺度，以及该尺度对应的时刻；然后将其他线路的零序电流也分解成相应的特征尺度；

④对特征尺度信息进行小波重构：

对细节系数尺度进行重构，得到与原信号完全对应的细节分量；重构方法采用二插值方法，即在每两个相邻采样点之间填补一个0，使信号的长度加倍，从而实现小波的重构；

⑤故障线路的判断：

比较各条出线细节分量在特征尺度上的最大值时刻的值；如果有某一条出线的值很大而且与其它线路值符号相反，即电流极性相反，则可以判定它是故障线路；

如果各条线路在该时刻的值符号相同，即电流极性相同，或者即使有异号，但有异号的值却很小，即电流极性相反，但相反极性电流不大于相同极性的电流1.5倍，则认为母线故障。

2、根据权利要求1所述的小电流接地智能选线方法，其特征是所述判断接地故障的发生的方法是采用零序电压进行接地故障启动，即当零序电压超过整定值时，就认为发生接地故障。

3、根据权利要求2所述的小电流接地智能选线方法，其特征是还采用相邻两周波的零序电压变化量作为判断接地故障的依据：检测零序电压在稳态周波的有效值，当该有效值超过整定值时，就认为发生接地故障；所述有效值采用快速傅里叶变换即FFT求得。

4、一种实现权利要求1所述方法的装置，其特征是包括：事件管理模块、数据处理模块、数据采集模块、数据交换模块、电源模块、显示与控制模块、CAN通信模块；所述电源模块连接所述各个模块，为它们提供电源；所述数据采集模块的输出信号传到数据处理模块，数据处理模块与事件管理模块连接，进行数据交换；事件管理模块的输出端连接显示与控制模块；所述事件管理模块的输出端还连接CAN通信模块。

5、根据权利要求4所述的小电流接地智能选线装置，其特征是所述数据处理模块采用以DSP为核心的电路，事件管理模块采用以单片机为核心的电路，它们之间用双端口RAM进行数据交换。

6、根据权利要求4所述的小电流接地智能选线装置，其特征是所述双端口RAM在同时读取不同存储空间的数据和同时读取相同空间的数据时，左右端口可以同时进行；若同时对相同的空间进行写操作，或者某一端口在对一数据空间进行读操作的同时另一端口对该数据空间进行写操作时，左右两端中先进行存储请求的端口被允许操作，后请求的禁止操作。

7、根据权利要求4所述的小电流接地智能选线装置，其特征是所述DSP还扩展连接有A/D转换器。

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