CN108845233A - 配电网架空线路单相接地双端检测定位方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了配电网架空线路单相接地双端检测定位方法，包括以下步骤：步骤(A)：选取配电网主干线路两侧母线端为检测端，分别采样得到故障前两个检测端的稳态三相电压，以及故障时两个检测端的故障态三相电压；步骤(B)：对步骤(A)得到的两个检测端的故障态三相电压进行卡伦鲍尔相模变换，得到线模电压；步骤(C)：对步骤(B)得到的线模电压进行广义S变换，并利用Teager能量算子进行能量特征提取，得到行波波头前两次到达两检测端的时刻；步骤(D)：利用步骤(C)获得的行波波头前两次分别到达两检测端的时刻，通过计算和判断进行综合分析，得到故障距离；达到对行波波头的准确检测，进而实现精确故障定位。

Description

配电网架空线路单相接地双端检测定位方法

技术领域

本发明涉及配电网单相接地故障定位领域，具体地，涉及一种配电网架空线路单相接地双端检测定位方法。

背景技术

单相接地故障是配电网中发生几率最高的一种故障。我国6-35kV配电网线路一般采用小电流接地方式，发生单相接地故障后可带故障继续运行一段时间，但若不快速准确地排除故障点，线路绝缘系统极易受到损伤，导致事故扩大，影响系统的安全可靠运行。

然而，配电网网络结构多为树枝状辐射型，分支多，线路长度相对较短，故障的检测定位十分困难，是属于一个世界性的难题，也是目前研究的热点。传统的故障检测方式都是先实施逐线拉路的模式来筛选对应的线路，之后再通过人工巡线来进行故障点的判断。这需要依靠巨大的人力、物力以及时间。现阶段国内外配电网全架空线故障定位的方法按测距原理分为阻抗法，行波法，对称分量法等；按测量端可以分为单端法、双端法和多端法。在实际应用中，目前使用最广发的是双端行波测距法，该方法利用故障时在故障处产生的故障行波信号到达线路两端检测点的时刻来实现对故障点的定位，而行波信号是一种非平稳高频暂态信号，易受噪声的干扰，检测信号存在困难。时频分析是提取非平稳信号特征的有效方法，目前检测行波波头典型的时频分析算法有小波变换、希尔伯特—黄变换以及S变换，由于其各自方法固有的弊端，使得不能准确检测波头。

发明内容

本发明的目的在于提供一种适用于配电网全架空线路单相接地故障定位的数据处理方法；该方法以时频分析方法的时间分辨率为出发点，先通过广义S变换提高时频分析算法的时间分辨率，再利用Teager能量算子进行特征提取，从而达到对行波波头的准确检测，进而实现精确故障定位。

本发明的目的通过下述技术方案实现：

基于广义S变换和Teager能量算子的配电网架空线路单相接地双端检测定位方法，包括以下步骤：

(A)选取配电网主干线路两侧母线端为检测端，分别采样得到故障前两端稳态三相电压，以及故障时两端故障态三相电压；

(B)对步骤(A)得到的两端故障态三相电压进行卡伦鲍尔相模变换，得到线模电压；

(C)对步骤(B)得到的线模电压进行广义S变换，并利用Teager能量算子进行能量特征提取，得到行波波头前两次到达两检测端的时刻；

(D)利用步骤(C)获得的行波波头前两次分别到达两检测端的时刻，通过计算和判断进行综合分析，得到故障距离。

进一步讲，所述步骤(B)中的线模电压按照以下步骤进行：

(B1)假设采集到的稳态三相电压为U'_a、U'_b和U'_c，故障态三相电压为U_a、U_b和U_c；

(B2)进行如下的求解过程

式(1)中u₁为线模电压。

进一步讲，所述步骤(C)中的行波波头到达检测端的时刻按照以下步骤进行：

(C1)对线模电压u₁进行广义S变换(取高斯窗的调节因子为0.1)，得到S矩阵，将S矩阵的各个元素求模后得到S模矩阵；

(C2)取S模矩阵的最高频率分量，利用Teager能量算子进行能量特征提取，标识出前两个行波波头到达两检测端的时刻，并分别记为t_M、t'_M和t_N、t'_N。

进一步讲，所述步骤(D)包括以下步骤：

(D1)假设两检测端之间最短拓扑距离为L，线模波速度为v，由波头第一次到达两检测端的时刻t_M和t_N，按双端法进行如下计算

式(2)中L_M和L_N分别为故障点与两检测端M、N的距离。

(D2)设定一个故障分支判断阈值Δ＝0.3km，若由(D1)计算得到的故障点到该点附近最近线路分支点的距离大于Δ(设该支路点距M端的距离为l，该支路长度为L')，判定故障点就在主干线路上，故障点与M端的距离即是L_M，否则要判断故障点是否在支路上，进行下一步(D3)；

(D3)若由(D1)计算得到的故障点到该点附近最近线路分支点的距离小于Δ，判定故障点在支路上，由波头前两次达到M端的时刻t_M和t'_M，进行如下计算

式(3)中L'_M是故障点与支路分支点的距离，此时故障点与M端的距离为l+L'_M。

本发明与现有技术方法相比，具有如下的优点和有益效果：

1本发明基于广义S变换和Teager能量算子的配电网架空线路单相接地双端检测定位方法，使用双端法进行故障定位，在分支判断上，可以准确地找到故障分支。

2本发明基于广义S变换和Teager能量算子的配电网架空线路单相接地双端检测定位方法，先利用广义S变换进一步提高了S变换本身具有的时频分辨率，再利用Teager能量算子进行能量特征提取，可以更加准确地检测出行波波头时刻，若配合高采样装置，检测精度更高；3本发明基于广义S变换和Teager能量算子的配电网架空线路单相接地双端检测定位方法，利用Teager能量算子进行能量特征提取，可以有效的降低噪声的影响，抗噪性较强。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定；

图1为实施例一的配网仿真线路图；

图2为实施例一的M端瞬时能量谱；

图3为实施例一的N端瞬时能量谱。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在相互不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述范围内的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。

实施例一

在PSCAD中搭建如图1所示的含有一级分支的配电网架空线路，各分支长度如图1所示，其中M、N端分别是两侧母线检测端，以M、N两点之间距离最短线路为主干线路，其余线路为支路。在d段距离分支点5km(据M端20km)处设置过渡电阻为10Ω的单相接地故障，故障发生时刻为0.005s，仿真时长为0.01s，采样频率为1MHz，行波速度采用经验值2.988×10⁵Km/s。在两端检测点分别获得0.01s内的三相行波电压。

首先，对三相电压进行解耦得到线模分量，并选取线模分量在故障发生前后时刻从第5000点至第5999点共1000个点作为分析数据，进行广义S变换(高斯窗的调节因子取0.1)得到S模矩阵；再对S模矩阵的最高频率分量用Teager能量算子进行能量特征提取，得到M、N两端瞬时能量谱如图2、3所示。

从图2、3可以明显得出故障行波波头到达两端检测点的时刻，其中t_M＝68，t'_M＝88，t_N＝71，又L＝31，由步骤(D1)得L_M＝15.052Km，距最近支路d(L'＝8，l＝15)的支路点距离为0.052km并且小于Δ，由步骤(D3)得L'_M＝5.012Km，从而最终定位距离为l+L'_M＝20.012Km，定位误差为0.012km。

在采样率为10MHz的情况下，该方法的测距精度会更高，此外，在采样电压数据中加入30dB的噪声干扰对测距结果也没有明显的影响。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (4)

1.配电网架空线路单相接地双端检测定位方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

步骤(A)：选取配电网主干线路两侧母线端为检测端，分别采样得到故障前两个检测端的稳态三相电压，以及故障时两个检测端的故障态三相电压；

步骤(B)：对步骤(A)得到的两个检测端的故障态三相电压进行卡伦鲍尔相模变换，得到线模电压；

步骤(C)：对步骤(B)得到的线模电压进行广义S变换，求得S矩阵并对其取模得到表示信号时频分布的S模矩阵，再利用Teager能量算子对S模矩阵的最高频段分量进行能量特征提取，得到行波波头前两次到达两检测端的时刻；

步骤(D)：利用步骤(C)获得的行波波头前两次分别到达两检测端的时刻，通过计算和判断进行综合分析，得到故障距离。

2.根据权利要求1所述的配电网架空线路单相接地双端检测定位方法，其特征在于，所述步骤(B)采用以下方式获得线模电压：

步骤(B1)：假设采集到的稳态三相电压为U'_a、U'_b和U'_c，故障态三相电压为U_a、U_b和U_c；

步骤(B2)：进行如下的求解过程：

其中，式(1)中u₁为线模电压。

3.根据权利要求1所述的配电网架空线路单相接地双端检测定位方法，其特征在于，所述步骤(C)采用以下方式获得行波波头到达检测端的时刻：

步骤(C1)：对线模电压u₁进行广义S变换，得到S矩阵，将S矩阵的各个元素求模后得到S模矩阵；

步骤(C2)：取S模矩阵的最高频率分量，利用Teager能量算子进行能量特征提取，标识出前两个行波波头到达两检测端的时刻，并分别记为t_M、t'_M和t_N、t'_N。

4.根据权利要求1所述的配电网架空线路单相接地双端检测定位方法，其特征在于，所述步骤(D)包括以下步骤：

步骤(D1)：假设两检测端之间最短拓扑距离为L，线模波速度为v，由波头第一次到达两检测端的时刻t_M和t_N，按双端法进行如下计算：

式(2)中L_M和L_N分别为故障点与两检测端M、N的距离；

步骤(D2)：设定一个故障分支判断阈值Δ，若由(D1)计算得到的故障点到该点附近最近线路分支点的距离大于Δ，设该支路点距M端的距离为l，该支路长度为L'，判定故障点就在主干线路上，故障点与M端的距离即是L_M，否则要判断故障点是否在支路上，进行下一步(D3)；

步骤(D3)：若由(D1)计算得到的故障点到该点附近最近线路分支点的距离小于Δ，判定故障点在支路上，由波头前两次达到M端的时刻t_M和t'_M，进行如下计算：

式(3)中L'_M是故障点与支路分支点的距离，此时故障点与M端的距离为l+L'_M。