CN104122484B - 一种基于零模电流小波系数相关分析的配网故障选线方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于零模电流小波系数相关分析的配网故障选线方法，属于电力系统继电保护技术领域。当配网中馈线发生单相接地故障时，提取记录到的短时窗各条馈线零模电流行波数据进行小波变换，选取高频第一尺度小波系数作为研究对象；计算出短时窗内各条线路第一尺度小波系数的相对极性，并形成故障选线判别矩阵R，根据R中的元素即可判断出故障馈线。仿真分析表明，配网发生单相接地故障时利用该方法可以准确、可靠地判断出故障馈线。

Description

一种基于零模电流小波系数相关分析的配网故障选线方法

技术领域

本发明涉及一种基于零模电流小波系数相关分析的配网故障选线方法，属于电力系统继电保护技术领域。

背景技术

小电流接地系统多发单相接地故障。在单相接地故障发生时，因为没有大地和中性点之间的电气连接，短路电流小，线路配置保护装置不会立即动作，系统运行的可靠性得到改善。特别是若发生了瞬时性故障，故障点能够迅速熄弧进而恢复系统绝缘，在很大程度上提高了对用户的供电可靠性，停电次数显著减少。然而，消弧线圈接地系统单相接地故障时，非故障相对地电压上升或伴有间歇性弧光接地，是很容易引起弧光过电压，系统绝缘损坏，有发展成为相间短路故障的可能。所以我们应该尽快找到故障线路和故障发生地点来排除故障。为了找到故障线路，传统的方法是，母线上的零序电压先设定某一阈值，如果检测超过预先设定的标准则判断发生了单相接地故障。如果确定系统中发生了单相接地故障，就采取人工逐个线路拉闸以确定哪条线故障。当接地故障指示消失，可以确定故障线路已被排查出，再通过人工巡线的方法查找故障地点。人工拉路的方法同样会造成正常供电的线路瞬间停电；在自动重合闸后，若还无法排除故障，那么停电时间将会延长；产生的操作过电压和谐振过电压将会对供电网络造成冲击影响，而且可能会损坏断路器或PT。无人值班变电站对远程遥控功能要求高，也增加了对事故和设备的危险负担，因此可靠、准确地选出故障馈线也变得尤为重要。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对配网发生单相接地故障的情况，提出一种基于零模电流小波系数相关分析的配网故障选线方法。

本发明的技术方案是：一种基于零模电流小波系数相关分析的配网故障选线方法，当配网中馈线发生单相接地故障时，提取记录到的短时窗各条馈线零模电流行波数据进行小波变换，选取高频第一尺度小波系数作为研究对象；计算出短时窗内各条线路第一尺度小波系数的相对极性并形成故障选线判别矩阵R，根据矩阵R中的元素判断出故障馈线。

具体实施步骤如下：

(1)当配网中馈线发生单相接地故障时，在高频采样频率下，提取各条线路短时窗内零模电流行波进行小波分解，选取高频第一尺度小波系数作为研究对象；

(2)通过式(1)计算各条馈出线路高频第一尺度小波系数的相对极性；

$r_{ij}=\mathrm{sgn}\[\underset{k=1}{\overset{n}{\Σ}}{d}_{1\_i}\left(k\right)\·d_{1\_j}\left(k\right)\]---\left(1\right)$

式中，d_{1_i}表示线路i高频第一尺度小波系数；d_{1_j}表示线路j高频第一尺度小波系数；r_ij表示d_{1_i}和d_{1_j}极性比较的结果，i＝1,2,3…n；j＝1,2,3…n；n为线路总数；r_ij表征第i条线路与第j条线路高频第一尺度小波系数的相对极性；r_ij＝-1表示d_{1_i}和d_{1_j}极性相反，r_ij＝1表示d_{1_i}和d_{1_j}极性相同，k为小波系数长度；

(3)利用式(2)计算，形成配网故障选线矩阵R：

$R=\left[\begin{array}{cccc}{r}_{11}& r_{12}& ...& r_{1n}\\ r_{21}& r_{22}& ...& r_{2n}\\ r_{n1}& r_{n2}& ...& r_{nn}\end{array}\right]---\left(2\right)$

矩阵R中对角线元素均为1，非对角线元素为各处i₀高频第一尺度小波系数的两两极性比较结果，i₀为零模电流；

通过比较矩阵R中各行元素“-1”的个数即可判断出故障线路：

若第i行中“-1”的个数为n-1，则i为故障线路；

若矩阵R中均为1，则判断为母线故障。

本发明的原理是：

当配网中馈线发生单相接地故障时，提取记录到的短时窗各条馈线零模电流行波数据进行小波变换，选取高频第一尺度小波系数作为研究对象；计算出短时窗内各条线路第一尺度小波系数的相对极性，并形成故障选线判别矩阵R，若R中各元素均为1，判断为母线故障；若R中第i行的-1元素的个数较馈线数n小1，判断第i条馈线发生故障。

本发明的有益效果是：

1、本发明利用小波分解可提取特定频带下的故障特征量，能够克服模极大值检测算法易受噪声干扰的缺点；

2、本发明利用了故障后短时窗内的母线零序电压和馈线零序电流数据，此时消弧线圈还未对系统进行补偿，因此该方法避免了消弧线圈补偿作用的影响。

附图说明

图1为本发明配网线路结构示意图；

图2为本发明的选线流程图；

图3为本发明实施例中，馈线L₁发生单相接地故障后，L₁～L₄的零模电流波形及其高频第一尺度小波系数；

图4为本发明实施例中，馈线L₁发生单相接地故障后，L₁～L₃高频第一尺度小波系数对比图；

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式，对本发明作进一步说明。

一种基于零模电流小波系数相关分析的配网故障选线方法，当配网中馈线发生单相接地故障时，提取记录到的短时窗各条馈线零模电流行波数据进行小波变换，选取高频第一尺度小波系数作为研究对象；计算出短时窗内各条线路第一尺度小波系数的相对极性并形成故障选线判别矩阵R，根据矩阵R中的元素判断出故障馈线。

具体实施步骤如下：

(1)当配网中馈线发生单相接地故障时，在高频采样频率下，提取各条线路短时窗内零模电流行波进行小波分解，选取高频第一尺度小波系数作为研究对象；

(2)通过式(1)计算各条馈出线路高频第一尺度小波系数的相对极性；

$r_{ij}=\mathrm{sgn}\[\underset{k=1}{\overset{n}{\Σ}}{d}_{1\_i}\left(k\right)\·d_{1\_j}\left(k\right)\]---\left(1\right)$

式中，d_{1_i}表示线路i高频第一尺度小波系数；d_{1_j}表示线路j高频第一尺度小波系数；r_ij表示d_{1_i}和d_{1_j}极性比较的结果，i＝1,2,3…n；j＝1,2,3…n；n为线路总数；r_ij表征第i条线路与第j条线路高频第一尺度小波系数的相对极性；r_ij＝-1表示d_{1_i}和d_{1_j}极性相反，r_ij＝1表示d_{1_i}和d_{1_j}极性相同，k为小波系数长度；

(3)利用式(2)计算，形成配网故障选线矩阵R：

$R=\left[\begin{array}{cccc}{r}_{11}& r_{12}& ...& r_{1n}\\ r_{21}& r_{22}& ...& r_{2n}\\ r_{n1}& r_{n2}& ...& r_{nn}\end{array}\right]---\left(2\right)$

矩阵R中对角线元素均为1，非对角线元素为各处i₀高频第一尺度小波系数的两两极性比较结果，i₀为零模电流；

通过比较矩阵R中各行元素“-1”的个数即可判断出故障线路：

若第i行中“-1”的个数为n-1，则i为故障线路；

若矩阵R中均为1，则判断为母线故障。

实施例1：如图1所示的配网结构，设置馈线L₁距离始端5公里处发生AG故障，过渡电阻为20Ω，故障初始相角90°。

(1)取采样率为1MHz，提取各条线路0.2ms短时窗内零模电流行波进行小波分解，这里，以db4小波基为例进行说明，选取高频第一尺度小波系数作为研究对象，如图3所示；

(2)根据式(1)计算线路总数为6的各条馈出线路高频第一尺度小波系数的相对极性；

(3)根据式(2)计算，形成配网故障选线矩阵R。

$R=\left[\begin{array}{cccccc}1& -1& -1& -1& -1& -1\\ -1& 1& 1& 1& 1& 1\\ -1& 1& 1& 1& 1& 1\\ -1& 1& 1& 1& 1& 1\\ -1& 1& 1& 1& 1& 1\\ -1& 1& 1& 1& 1& 1\end{array}\right]---\left(3\right)$

矩阵R中第1行元素中“-1”的个数为5，按照图2所示的流程图可知，馈线L1为故障线路。

实施例2：如图1所示的配网结构，设置馈线L₂距离始端4公里处发生AG故障，过渡电阻为10Ω，故障初始相角90°。

(1)取采样率为1MHz，提取各条线路0.2ms短时窗内零模电流行波进行小波分解，这里，以db4小波基为例进行说明，选取高频第一尺度小波系数作为研究对象；

(2)根据式(1)计算线路总数为6的各条馈出线路高频第一尺度小波系数的相对极性；

(3)根据式(2)计算，形成配网故障选线矩阵R。

$R=\left[\begin{array}{cccccc}1& -1& 1& 1& 1& 1\\ -1& 1& -1& -1& -1& -1\\ 1& -1& 1& 1& 1& 1\\ 1& -1& 1& 1& 1& 1\\ 1& -1& 1& 1& 1& 1\\ 1& -1& 1& 1& 1& 1\end{array}\right]---\left(4\right)$

矩阵R中第2行元素中“-1”的个数为5，按照图2所示的流程图可知，馈线L2为故障线路。

实施例3：如图1所示的配网结构，设置母线发生AG故障，过渡电阻为10Ω，故障初始相角90°。

(1)取采样率为1MHz，提取各条线路0.2ms短时窗内零模电流行波进行小波分解，这里，以db4小波基为例进行说明，选取高频第一尺度小波系数作为研究对象；

(2)根据式(1)计算线路总数为6的各条馈出线路高频第一尺度小波系数的相对极性；

(3)根据式(2)计算，形成配网故障选线矩阵R。

$R=\left[\begin{array}{cccccc}1& 1& 1& 1& 1& 1\\ 1& 1& 1& 1& 1& 1\\ 1& 1& 1& 1& 1& 1\\ 1& 1& 1& 1& 1& 1\\ 1& 1& 1& 1& 1& 1\\ 1& 1& 1& 1& 1& 1\end{array}\right]---\left(5\right)$

矩阵R中任意元素均为“1”，按照图2所示的流程图可知，母线发生故障。

针对图1所示的配网线路，选线流程图如图2所示。

上面结合附图对本发明的具体实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (1)

1.一种基于零模电流小波系数相关分析的配网故障选线方法，其特征在于：当配网中馈线发生单相接地故障时，提取记录到的短时窗各条馈线零模电流行波数据进行小波变换，选取高频第一尺度小波系数作为研究对象；计算出短时窗内各条线路第一尺度小波系数的相对极性并形成故障选线判别矩阵R，根据矩阵R中的元素判断出故障馈线；

具体步骤如下：

(1)当配网中馈线发生单相接地故障时，在高频采样频率下，提取各条线路短时窗内零模电流行波进行小波分解，选取高频第一尺度小波系数作为研究对象；

(2)通过式(1)计算各条馈出线路高频第一尺度小波系数的相对极性；

$r_{ij}=\mathrm{sgn}\[\underset{k=1}{\overset{n}{\Σ}}{d}_{1\_i}\left(k\right)\·d_{1\_j}\left(k\right)\]---\left(1\right)$

式中，d_{1_i}表示线路i高频第一尺度小波系数；d_{1_j}表示线路j高频第一尺度小波系数；r_ij表示d_{1_i}和d_{1_j}极性比较的结果，i＝1,2,3…n；j＝1,2,3…n；n为线路总数；r_ij表征第i条线路与第j条线路高频第一尺度小波系数的相对极性；r_ij＝-1表示d_{1_i}和d_{1_j}极性相反，r_ij＝1表示d_{1_i}和d_{1_j}极性相同，k为小波系数长度；

(3)利用式(2)计算，形成配网故障选线矩阵R：

$R=\left[\begin{array}{cccc}{r}_{11}& r_{12}& ...& r_{1n}\\ r_{21}& r_{22}& ...& r_{2n}\\ r_{n1}& r_{n2}& ...& r_{nn}\end{array}\right]---\left(2\right)$

矩阵R中对角线元素均为1，非对角线元素为各处i₀高频第一尺度小波系数的两两极性比较结果，i₀为零模电流；

通过比较矩阵R中各行元素“-1”的个数即可判断出故障线路：

若第i行中“-1”的个数为n-1，则i为故障线路；

若矩阵R中均为1，则判断为母线故障。