CN106597202A - 一种应用于线路开关的单相接地故障检测方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供的一种应用于线路开关的单相接地故障检测方法和装置，利用小波算法对所述零序电流的高频分量进行提取，并针对每种所述小波变换，计算提取出的若干高频分量中最高的高频分量的高频值与所述若干高频分量中其它所有高频分量的高频值平均值之比，得到一个比值；判断所有所述比值中超过预设比值阈值的个数是否超过预设个数阈值，若是，则确定所述目标线路出现单相接地故障。通过小波变换提取突变特征量，运用非定项属性决策原则进行单相接地故障的判断，以实现线路中单相接地故障的准确检测。
Description
技术领域
本发明涉及馈线自动化领域，更具体地说，涉及一种应用于线路开关的单相接地故障检测方法和装置。
背景技术
当前我国城市地区配电网已多采用地下电缆或者架空绝缘导线形式，线路发生短路与单相接地故障的概率相对较低。而在农村以及山地地区，出于经济性考虑，仍主要使用架空裸导线方式铺设线路，平时由于各种自然或者人为原因等，单相接地事故较多，尤其在山地地区，在冬季风雪或者夏季雷暴天气情况下，很容易接连发生线路单相接地情况，部分单相接地还会进一步恶化为短路故障，而故障发生时恶劣的天气条件往往又不适合外出巡线检修，只能先将整条线路停电等待天气转好才能开始检修。
对于单相接地故障，由于我国配电网线路采用小电流接地运行方式，加之配电网系统本身的运行情况状态复杂多变，系统中发生单相接地故障时的故障电气特征量不明显，造成故障线路及位置判断困难，这也使得小电流接地系统的配电网单相接地故障成为多年困扰我国配电网运行的难题之一。如果能找到一种较为可靠的单相接地故障判断方法，并应用到线路开关中去，从而使得系统在发生单相接地故障时，线路上紧临故障区段的开关能够做出准确响应，可大幅提高配电网供电可靠性。
发明内容
有鉴于此，本发明提出一种应用于线路开关的单相接地故障检测方法和装置，欲实现线路中单相接地故障的准确检测的目的。
为了实现上述目的，现提出的方案如下：
一种应用于线路开关的单相接地故障检测方法，包括：
获取目标线路的零序电压；
判断所述零序电压是否升高，若是，则获取所述目标线路的零序电流；
分别利用db4、db5、db6、db7、db8频率突变的小波变换对所述零序电流的高频分量进行提取；
针对每种所述小波变换，计算提取出的若干高频分量中最高的高频分量的高频值与所述若干高频分量中其它所有高频分量的高频值平均值之比，得到一个比值；
判断所有所述比值中超过预设比值阈值的个数是否超过预设个数阈值，若是，则确定所述目标线路出现单相接地故障。
优选的，在所述确定所述目标线路出现单相接地故障后，还包括：
向预设用户终端发送故障告警消息。
优选的，在所述确定所述目标线路出现单相接地故障后，还包括：
判断所述目标线路出现单相接地故障的时间是否超过预设时间阈值，若是，则控制所述目标线路的开关断开。
优选的，具体为：30。
优选的，所述个数阈值，具体为：3。
一种应用于线路开关的单相接地故障检测装置，包括：
第一获取单元，用户获取目标线路的零序电压；
第一判断单元，用于判断所述零序电压是否升高，若是，则执行第二获取单元；
所述第二获取单元，用于获取所述目标线路的零序电流；
第一处理单元，用于分别利用db4、db5、db6、db7、db8频率突变的小波变换对所述零序电流的高频分量进行提取；
第二处理单元，用于针对每种所述小波变换，计算提取出的若干高频分量中最高的高频分量的高频值与所述若干高频分量中其它所有高频分量的高频值平均值之比，得到一个比值；
第二判断单元，用于判断所有所述比值中超过预设比值阈值的个数是否超过预设个数阈值，若是，则执行确定单元；
所述确定单元，用于确定所述目标线路出现单相接地故障。
优选的，所述装置，还包括：
通信单元，用于在所述确定单元确定所述目标线路出现单相接地故障后，向预设用户终端发送故障告警消息。
优选的，所述装置，还包括：
延时单元，用于在所述确定单元确定所述目标线路出现单相接地故障后，判断所述目标线路出现单相接地故障的时间是否超过预设时间阈值，若是，则执行跳闸单元；
跳闸单元，用于控制所述目标线路的开关断开。
优选的，所述比值阈值，具体为：30。
优选的，所述个数阈值，具体为：3。
与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点：
上述技术方案提供的一种应用于线路开关的单相接地故障检测方法和装置，利用小波算法对所述零序电流的高频分量进行提取，并针对每种所述小波变换，计算提取出的若干高频分量中最高的高频分量的高频值与所述若干高频分量中其它所有高频分量的高频值平均值之比，得到一个比值；判断所有所述比值中超过预设比值阈值的个数是否超过预设个数阈值，若是，则确定所述目标线路出现单相接地故障。通过小波变换提取突变特征量，运用非定项属性决策原则进行单相接地故障的判断，以实现线路中单相接地故障的准确检测。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种应用于线路开关的单相接地故障检测方法的流程图；
图2为本发明实施例提供的另一种应用于线路开关的单相接地故障检测方法的流程图；
图3为本发明实施例提供的另一种应用于线路开关的单相接地故障检测方法的流程图；
图4为本发明实施例提供的一种应用于线路开关的单相接地故障检测装置的示意图；
图5为本发明实施例提供的另一种应用于线路开关的单相接地故障检测装置的示意图；
图6为本发明实施例提供的另一种应用于线路开关的单相接地故障检测装置的示意图；
图7为单相接地故障检测模拟试验系统图；
图8为线路1故障开关1小波高频分析结果波形图；
图9为线路2故障时开关1小波高频分析结果波形图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
现对本发明设计的名词进行解释，以便于对本发明方案的理解：
小波变换(Wavelet transform，WT)，是一种变换分析方法，它继承和发展了短时傅立叶变换局部化的思想，同时又克服了窗口大小不随频率变化等缺点，能够提供一个随频率改变的“时间-频率”窗口，主要特点是通过变换能够充分突出问题某些方面的特征，能对时间(空间)频率的局部化分析，通过伸缩平移运算对信号(函数)逐步进行多尺度细化，最终达到高频处时间细分，低频处频率细分，能自动适应时频信号分析的要求，从而可聚焦到信号的任意细节，成为信号时频分析和处理的理想工具。
非定项属性决策原则，是基于多个不定项属性对该事件性质进行判断的原则。
本发明的核心思想即通过小波变换提取突变特征量，运用非定项属性决策原则进行单相接地故障的判断，以实现线路中单相接地故障的准确检测。
本实施例提供一种应用于线路开关的单相接地故障检测方法，参见图1所示，该方法包括：
步骤S11：获取目标线路的零序电压；
步骤S12：判断所述零序电压是否升高，若是，则执行步骤S13，若否，则继续判断所述零序电压是否升高；
在目标线路正常的工作的情况下，目标线路的零序电压和零序电流均为零。因此，在目标线路的零序电压升高时，即零序电压突变时初步判断目标线路出现故障，进行后续分析。
步骤S13：获取所述目标线路的零序电流；
步骤S14：分别利用db4、db5、db6、db7、db8频率突变的小波变换对所述零序电流的高频分量进行提取；
步骤S15：针对每种所述小波变换，计算提取出的若干高频分量中最高的高频分量的高频值与所述若干高频分量中其它所有高频分量的高频值平均值之比，得到一个比值；
小波变换分析中，Daubechies小波使用较多。该族小波常见有db1～db10十类；对于单相接地故障判断，本发明试验表明，采用db4～db8频率突变分析较为合适，灵敏度较高。利用小波变换对高频分量进行提取的原理如下：
用多分辨分析的信号分解算法，即将信号对时间、频率进行不同的多个尺度分解，再提取所需的特征。信号处理中采集到的采样信号，是原始信号的一个逼近近似，即使用采样所得的一个阶梯函数fj来逼近；根据信号分析理论，该逼近信号fj可分解为下列各分量之和：
fj＝fj-1+ωj-1
fj-1代表fj中的低频分量，ωj-1代表fj中的高频分量，并且fj-1还可以继续分解为fj-2和ωj-2：
fj＝f0+ω0+ω1+…+ωj-1
如此就实现了信号的多尺度分解。之后分别提取各个分量的db小波高频值，计算最高高频分量的高频值与其他高频分量的平均高频值之比。
步骤S16：判断所有所述比值中超过预设比值阈值的个数是否超过预设个数阈值，若是，则执行步骤S17，若否，则执行步骤S12；
步骤S17:确定所述目标线路出现单相接地故障。
利用小波变换分析单相接地故障暂态过程中的频谱突变特征信息，会得到一系列的突变数据(即分别利用db4、db5、db6、db7、db8频率突变的小波变换得到的多个比值)，将这些突变数据归入一个判断集合，在这个集合中应用非定项属性决策原则，即判断所有比值中超过预设比值阈值的个数是否超过预设个数阈值，进而确定目标线路是否发生单相接地故障。
本实施例提供的一种应用于线路开关的单相接地故障检测方法，通过小波变换提取突变特征量，运用非定项属性决策原则进行单相接地故障的判断，以实现线路中单相接地故障的准确检测。线路开关检测出单相接地故障后进行自动跳闸，以切除相应故障区段，避免单相接地故障恶化为短路故障。
本实施例提供另一种应用于线路开关的单相接地故障检测方法，所述确定所述目标线路出现单相接地故障后，还包括：向预设用户终端发送故障告警消息，在参见图2所示，该方法具体包括：
步骤S11：获取目标线路的零序电压；
步骤S12：判断所述零序电压是否升高，若是，则执行步骤S13，若否，则继续判断所述零序电压是否升高；
步骤S13：获取所述目标线路的零序电流；
步骤S14：分别利用db4、db5、db6、db7、db8频率突变的小波变换对所述零序电流的高频分量进行提取；
步骤S15：针对每种所述小波变换，计算提取出的若干高频分量中最高的高频分量的高频值与所述若干高频分量中其它所有高频分量的高频值平均值之比，得到一个比值；
步骤S16：判断所有所述比值中超过预设比值阈值的个数是否超过预设个数阈值，若是，则执行步骤S17，若否，则执行步骤S12；
步骤S17：确定所述目标线路出现单相接地故障。
步骤S18：向预设用户终端发送故障告警消息。
具体的，向主站上传故障告警消息和/或向运行检修人员的手机发送故障告警消息。主站作为故障告警消息的详细展示以及记录统计功能使用。运行维修人员接收到故障告警消息后，可以对故障进行及时处理。
本实施例提供另一种应用于线路开关的单相接地故障检测方法，该方法还包括跳闸延时设置，在参见图3所示，执行步骤S21、S22、S23、S24、S25、S26、S27的过程分别与执行步骤S11、S12、S13、S14、S15、S16、S17的过程相同。该方法具体包括：
步骤S21：获取目标线路的零序电压；
步骤S22：判断所述零序电压是否升高，若是，则执行步骤S23，若否，则继续判断所述零序电压是否升高；
步骤S23：获取所述目标线路的零序电流；
步骤S24：分别利用db4、db5、db6、db7、db8频率突变的小波变换对所述零序电流的高频分量进行提取；
步骤S25：针对每种所述小波变换，计算提取出的若干高频分量中最高的高频分量的高频值与所述若干高频分量中其它所有高频分量的高频值平均值之比，得到一个比值；
步骤S26：判断所有所述比值中超过预设比值阈值的个数是否超过预设个数阈值，若是，则执行步骤S27，若否，则执行步骤S22；
步骤S27：确定所述目标线路出现单相接地故障。
步骤S28：判断所述目标线路出现单相接地故障的时间是否超过预设时间阈值，若是，则执行步骤S29，若否，则继续执行步骤S28。
步骤S29：则控制所述目标线路的开关断开。
在实际运行中发现，有超过一半的单相接地故障为暂时性故障，在一两分钟甚至更短时间内即会自行消失。因此对于单相接地故障的分闸设置时间阈值作为延时时间，时间阈值优选的设置为两分钟，这样可以避免因暂时性的单相接地故障造成系统的频繁停电的问题。
本实施例提供一种应用于线路开关的单相接地故障检测装置，参见图4所示，该装置包括：
第一获取单元11，用户获取目标线路的零序电压；
第一判断单元12，用于判断所述零序电压是否升高，若是，则执行第二获取单元13，若否，则继续执行第一判断单元12。
所述第二获取单元13，用于获取所述目标线路的零序电流；
第一处理单元14，用于分别利用db4、db5、db6、db7、db8频率突变的小波变换对所述零序电流的高频分量进行提取；
第二处理单元15，用于针对每种所述小波变换，计算提取出的若干高频分量中最高的高频分量的高频值与所述若干高频分量中其它所有高频分量的高频值平均值之比，得到一个比值；
第二判断单元16，用于判断所有所述比值中超过预设比值阈值的个数是否超过预设个数阈值，若是，则执行确定单元17，若否，则执行第一判断单元12。
所述确定单元17，用于确定所述目标线路出现单相接地故障。
本实施例提供的一种应用于线路开关的单相接地故障检测装置，通过小波变换提取突变特征量，运用非定项属性决策原则进行单相接地故障的判断，以实现线路中单相接地故障的准确检测。线路开关检测出单相接地故障后进行自动跳闸，以切除相应故障区段，避免单相接地故障恶化为短路故障。
本实施例还提供另一种应用于线路开关的单相接地故障检测装置，参见图5所示，该装置还包括：
通信单元18，用于在所述确定单元确定所述目标线路出现单相接地故障后，向预设用户终端发送故障告警消息。
本实施例还提供另一种应用于线路开关的单相接地故障检测装置，参见图6所示，该装置还包括：
延时单元19，用于在所述确定单元确定所述目标线路出现单相接地故障后，判断所述目标线路出现单相接地故障的时间是否超过预设时间阈值，若是，则执行跳闸单元20，若否，则继续执行延时单元19。
跳闸单元20，用于控制所述目标线路的开关断开。
下面对本实施例提供的应用于线路开关的单相接地故障检测方法和装置进行试验分析。
图7为用于具有两条出线的实际物理模拟试验系统，每条出线上都安装一台设置有上述检测方法的开关，主变压器经消弧线圈接地，系统总电容电流为15A；
模拟试验如下：
(1)单相接地故障位于线路1：开关1测量得到线路1上零序电压波形和零序电流波形如图8所示。图8中从上至下依次为零序电压波形、零序电流波形、采用db4频率突变的小波变换对零序电流的高频分量提取值波形、采用db5频率突变的小波变换对零序电流的高频分量提取值波形。在单相接地故障发生瞬间，零序电流有一个较高的高频分量，提取出其db小波高频值，并计算与该工频周期内小波其它段高频值平均值之比。采用db4～db8频率突变的小波变换得到的相应比值如表1所示，此处设置判断比值阈值为30，个数阈值为3。由于所有比值均超过30，可以判断得到该开关所在线路即线路1为单相接地故障线路。
表1线路1单相接地故障时开关1利用db4～db8小波分析结果比值表
| db小波 | db4 | db5 | db6 | db7 | db8 |
| 比值 | 89 | 75 | 93 | 114 | 102 |
(2)单相接地故障位于线路2：开关1测量得到线路1上零序电压波形和零序电流波形如图9所示。图9中从上至下依次为零序电压波形、零序电流波形、采用db4频率突变的小波变换对零序电流的高频分量提取值波形、采用db5频率突变的小波变换对零序电流的高频分量提取值波形。采用db4～db8频率突变的小波变换得到的相应比值如表2所示。此处设置判断比值阈值为30，个数阈值为3。所有比值均未超过30，可以判断该开关所在线路即线路1不是单相接地故障线路。
表2线路2单相接地故障时开关1利用db4～db8小波分析结果比值表
| db小波 | db4 | db5 | db6 | db7 | db8 |
| 比值 | 7.2 | 7.6 | 8.3 | 8.4 | 7.7 |
实际模拟试验，验证了本发明上述方法的准确性。
实际试验如下：
试点位于浙江余姚大岚35kV变电站，该变电站有7回出线，均处于山区，易发生故障。自2015年8月起在这7条出线上安装带单相接地故障检测功能的线路开关以来，发生的单相接地故障记录如表3所示。
从实际运行结果可以看出，本实施例提供的应用于线路开关的单相接地故障检测方法和装置在实际应用中有很高的判断准确度，实现了故障的准确判断，判断准确率达到100％。所有故障未出现非故障线路的单相接地故障误报现象。
对于装置实施例而言，由于其基本相应于方法实施例，所以相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。
在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
对本发明所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (10)
1.一种应用于线路开关的单相接地故障检测方法，其特征在于，包括：
获取目标线路的零序电压；
判断所述零序电压是否升高，若是，则获取所述目标线路的零序电流；
分别利用db4、db5、db6、db7、db8频率突变的小波变换对所述零序电流的高频分量进行提取；
针对每种所述小波变换，计算提取出的若干高频分量中最高的高频分量的高频值与所述若干高频分量中其它所有高频分量的高频值平均值之比，得到一个比值；
判断所有所述比值中超过预设比值阈值的个数是否超过预设个数阈值，若是，则确定所述目标线路出现单相接地故障。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述确定所述目标线路出现单相接地故障后，还包括：
向预设用户终端发送故障告警消息。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述确定所述目标线路出现单相接地故障后，还包括：
判断所述目标线路出现单相接地故障的时间是否超过预设时间阈值，若是，则控制所述目标线路的开关断开。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述比值阈值，具体为：30。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述个数阈值，具体为：3。
6.一种应用于线路开关的单相接地故障检测装置，其特征在于，包括：
第一获取单元，用户获取目标线路的零序电压；
第一判断单元，用于判断所述零序电压是否升高，若是，则执行第二获取单元；
所述第二获取单元，用于获取所述目标线路的零序电流；
第一处理单元，用于分别利用db4、db5、db6、db7、db8频率突变的小波变换对所述零序电流的高频分量进行提取；
第二处理单元，用于针对每种所述小波变换，计算提取出的若干高频分量中最高的高频分量的高频值与所述若干高频分量中其它所有高频分量的高频值平均值之比，得到一个比值；
第二判断单元，用于判断所有所述比值中超过预设比值阈值的个数是否超过预设个数阈值，若是，则执行确定单元；
所述确定单元，用于确定所述目标线路出现单相接地故障。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述装置，还包括：
通信单元，用于在所述确定单元确定所述目标线路出现单相接地故障后，向预设用户终端发送故障告警消息。
8.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述装置，还包括：
延时单元，用于在所述确定单元确定所述目标线路出现单相接地故障后，判断所述目标线路出现单相接地故障的时间是否超过预设时间阈值，若是，则执行跳闸单元；
跳闸单元，用于控制所述目标线路的开关断开。
9.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述比值阈值，具体为：30。
10.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述个数阈值，具体为：3。
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