CN103454549B - 一种环网配电系统短路故障早期检测、辨识及定线方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种环网配电系统短路故障早期检测、辨识及定线方法，通过使用该方法可以实现环网配电系统短路故障早期检测与辨识，并快速确定故障线路。该方法先对线路电流进行A/D采样，然后利用软件滤波算法滤除噪声干扰，进而利用算法分析滤波后的电流信号的局部突变信息，提取短路故障特征量，利用该特征量实现环网配电系统短路故障初步早期检测与辨识，最后根据相关线路的故障特征值，进一步确认短路故障，并确定发生短路故障的线路，实现短路故障的早期辨识及其短路故障定线。
Description
技术领域
本发明属于电气线路故障检测领域，特别是涉及环网配电系统短路故障早期检测、辨识及定线方法。
背景技术
目前环网配电系统中短路故障的保护有两种方式，一种是由负荷开关熔断器组合电器实现，一种是由断路器实现。用断路器或熔断器提供短路保护存在共同问题，它们所提供的保护相对于故障发生时刻有一定的滞后，一般从故障发生到故障切除需经历几十毫秒、甚至上百毫秒。随着电力系统容量不断增大，短路容量及短路电流也不断上升，为了能够长时间承受强大的短路电流，对线路、设备及开关本身的动热稳定性提出了越来越高的要求。
显然，无限度的提高设备的动热稳定性是不经济的也是不实际的，为了降低短路电流的威胁，如何在短路故障发生早期限制短路电流的发展或快速切断短路故障成为研究热点，这方面的研究包括故障限流器（FCL）、快速动作的混合式断路器等。其中，短路故障的早期检测与辨识是关键技术。
目前尚无针对环网配电系统的短路故障早期检测与辨识方法。本发明将解决中压环网配电系统中短路故障早期检测与辨识的问题，在一个配电结点中，通过对多条线路的同步在线监测，根据电流信号的局部突变信息，提取故障特征值，实现短路故障早期检测。在研究分析相关配电线路的故障特征的基础上，相互验证，提高短路故障早期检测的准确性，并快速确定故障线路。
发明内容
本发明的目的是提供了一种环网配电系统短路故障早期检测辨识的方法，通过该方法可以有效地实现对环网配电线路短路故障的早期检测与辨识，同时避免因为检测速度过快导致的误判断。
本发明采用以下方案实现：一种环网配电系统短路故障早期检测、辨识及定线方法，其特征在于：包括以下步骤：
1）对环网配电节点各线路电流分别进行固定采样频率的A/D采样，同时利用软件滤波算法滤除噪声干扰；
2）分析滤波后电流信号的局部突变信息，提取故障特征值；
3）判断各线路当前得到的故障特征值是否超过短路故障的阈值；若是，初步判断该线路上发生了短路故障，进行步骤4）；若否，回到步骤1）继续监测；
4）结合相关线路的故障特征值，进一步确认短路故障，并确定发生短路故障的线路，实现定线。
在本发明一实施例中，所述的短路故障早期检测、辨识方法是通过对电流信号局部突变信息加以分析实现的，即通过相关算法，对电流信号局部突变信息进行分析，得到故障特征量，根据特征制定相应阈值规范，实现短路故障的早期检测与辨识。
在本发明一实施例中，所述的相关算法包括小波分解、小波包分解和波形曲率。
在本发明一实施例中，所述短路故障定线方法是通过将相关线路的故障特征信息进行综合分析与比较，然后判定故障特征最明显的线路即为发生故障的线路。
在本发明一实施例中，所述方法是对中压环网配电系统进行短路故障检测、辨识及定线；其保护终端处于线路结点。
在本发明一实施例中，所述保护终端是环网柜或开关站。
在本发明一实施例中，所述短路故障包括：三相短路和两相短路。
附图说明
图1为典型环网配电系统结点
图2为典型环网配电系统发生短路故障的仿真波形
图3为利用小波包分解来检测短路故障电流信号局部突变信息的示意图
图4为出线C1发生三相短路故障时，不同故障初相角下的线路J1（进线1）、J2（进线2）、C1（出线1）、C2（出线2）的故障特征值的绝对值的对比情况
图5为本发明的软件处理流程
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明做进一步说明。
本实施例在环网柜中实现环网配电系统短路故障早期检测、辨识及定线。且本实施例中采用小波包细节分解算法对短路电流的突变信息进行分析，以由小波分解后的第四尺度细节分量再分解得到的细节分量（即附图3中的dd5值）作为短路故障特征量。
环网柜是环网配电系统中的重要结点，系统电源向环网中注入电能，由环网柜分配到用电支线中。典型环网柜如附图1所示，这是环网柜的一个仿真模型，由二进二出四条线路构成，从上到下依次是进线J1、出线C1、出线C2和进线J2，均为电缆线路；电源为10kV电源，采用Y接类型，中性点不接地。通过故障模块设置短路故障类型，进行环网配电系统短路故障仿真。
附图2是在出线C1处发生三相短路时，环网柜中四路支线共12路电流的仿真波形。从图中可以看出，当短路故障发生时，电流信号在故障瞬间发生突变，这一局部突变比系统正常运行时剧烈得多，且这个变化是在短路故障刚发生的瞬间就有的，因此可以根据电流信号的局部突变信息作为短路故障早期检测与辨识的依据。附图3为利用小波包细节分解来检测短路故障电流信号中局部突变信息的示意图，由此看出利用适合的算法可以在故障早期将该局部突变信息检测出来，进而判断故障的发生。
此外，在中压环网配电网络中，当某条线路发生故障时，会对网络上的其它线路造成影响，使其负载电流发生增大或减小的变化。由附图2我们可以观察到，当出线C1发生三相短路故障时，进线J1的电流变大了，而出线C2和进线J2的电流变小了，说明在故障发生时，四条线路的电流信号局部突变信息都表现出了故障特征，但事实上短路故障只发生在线路C1上。因此，为了正确判断故障点，需综合分析其它相关线路的故障特征信息，再进一步确定故障发生的同时确定故障发生的位置。附图4为出线C1附近发生三相短路故障时，不同故障初相角下的线路J1、J2、C1、C2的故障特征值的绝对值的对比情况，由该图可以看出，当出线C1处发生短路故障时，虽然线路J1、J2、C2的电流也发生了较大的变化，但真正的故障线路C1的电流信号的变化均比其他相关线路大得多，即在任何故障初相角下故障线路C1的故障特征值最大。因此，通过比较同一时刻相关线路的故障特征值，找出其中故障特征最明显的线路即为发生故障的线路。
通过上述分析，本实施例制定的具体软件处理流程如下：
（1）对电流信号进行固定采样频率的A/D采样，采用软件滤波的方法滤除采样信号中的干扰信息；
（2）分析滤波后电流信号的局部突变信息，利用相关算法提取故障特征值；本实施例中，所述的相关算法包括小波分解、小波包分解和波形曲率及其它具备信号奇异性辨识能力的算法；
（3）判断当前得到的故障特征值是否超过短路故障的阈值；若超过，初步判断线路上发生了短路故障进行步骤（4），否则直接回到步骤（1）；
（4）比较各条线路的故障特征值，找到故障特征最明显的线路；
（5）继续检测后续两个采样点的故障信息，找到故障特征最明显的线路；
（6）判断是否连续三次故障特征值都超过阈值，并且故障特征最大的线路是同一条。如果是，则确定发生短路故障，且故障发生在故障特征值最大的线路上。如果不是，即没有连续三次故障特征超过阈值或者有连续三次故障特征超过阈值但故障特征最明显的线路不是同一线路，则不能判定为发生短路故障，回到步骤1。
本发明不局限于以上具体的实施方式，只要采用了本发明的环网柜短路故障早期辨识所涉及的软件处理流程及使用电流信号局部突变信息实现短路故障早期检测、辨识及定线方法，无论采用何种滤波算法或特征量提取算法，都落入本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种环网配电系统短路故障早期检测、辨识及定线方法，其特征在于：
1）对环网配电节点各线路电流分别进行固定采样频率的A/D采样，同时利用软件滤波算法滤除噪声干扰；
2）分析滤波后电流信号的局部突变信息，提取故障特征值；
3）判断各线路当前得到的故障特征值是否超过短路故障的阈值；若是，初步判断该线路上发生了短路故障，进行步骤4）；若否，回到步骤1）继续监测；
4）通过比较同一时刻相关线路的故障特征值，找出其中故障特征最明显的线路即为发生故障的线路。
2.根据权利要求1所述的环网配电系统短路故障早期检测、辨识及定线方法，其特征在于：所述的短路故障早期检测、辨识方法是通过对电流信号局部突变信息加以分析实现的，即通过相关算法，对电流信号局部突变信息进行分析，得到故障特征量，根据特征制定相应阈值规范，实现短路故障的早期检测与辨识。
3.根据权利要求2所述的环网配电系统短路故障早期检测、辨识及定线方法，其特征在于：所述的相关算法包括小波分解、小波包分解和波形曲率。
4.根据权利要求1所述的环网配电系统短路故障早期检测、辨识及定线方法，其特征在于：所述短路故障定线方法是通过将相关线路的故障特征信息进行综合分析与比较，然后判定故障特征最明显的线路即为发生故障的线路。
5.根据权利要求1所述的环网配电系统短路故障早期检测、辨识及定线方法，其特征在于：所述方法是对中压环网配电系统进行短路故障检测、辨识及定线；其保护终端处于线路结点。
6.根据权利要求5所述的环网配电系统短路故障早期检测、辨识及定线方法，其特征在于：所述保护终端是环网柜或开关站。
7.根据权利要求5所述的环网配电系统短路故障早期检测、辨识及定线方法，其特征在于：所述短路故障包括：三相短路和两相短路。
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