CN109239526A - 一种输电线路故障相别判定方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供的一种输电线路故障相别判定方法，利用Teager‑Kaiser能量算子得到行波中的能量成分，再转换为三个相别行波能量的相对关系，将这种相对关系描述成平面坐标系中的点，通过观察点所处的区域，判断其故障相别，本发明脱离了现有技术对故障时刻工频波形的依赖，从而有效减少了故障诊断的信息成本，符合当前智能电网建设升级的趋势，大大提高了判断输电线路故障判断的准确性。

Description

一种输电线路故障相别判定方法

技术领域

本发明涉及输电线路故障识别技术领域，尤其涉及一种输电线路故障相别判定方法。

背景技术

现有故障测距技术中，通过工频电流波形判断故障相别，其原理是故障相中的短路电流远大于非故障相，因此采集故障时刻的三相工频电流波形，比较其幅值，即可判断故障相别，然而这种技术的硬件基础是高密度的分布式故障监测装置的安装情况，其前提条件是每条有功率流动的线路都安装了信号采集设备，因此可以监控各个线路的工频运行情况。

但由于电网的不断升级改造与行波定位技术的更新迭代，部分电网不再以过去的高密度监测方式进行故障监测，取而代之的是低密度的临近线路监测。通过在非故障线路上采集到的串入行波进行故障定位。而故障线路由于未安装设备，工频信息则无从得知。虽然减少了电网运行和设备维护成本，但也减少了故障工频的信息，对故障诊断，尤其故障相别的判断，带来更大的挑战。

发明内容

本发明的目的在于提供一种输电线路故障相别判定方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

本发明是通过以下技术方案实现的：一种输电线路故障相别判定方法，采用Teager-Kaiser能量算子对输电线路故障相进行判断，具体步骤为：

S1、通过输电线路监测装置获取输电线路故障处的三相电流行波的离散电流信号；

S2、对所述离散电流信号采用Teager-Kaiser能量算子进行预处理，获得三相电流行波信号的瞬时能量序列；

S3、根据所述瞬时能量序列，获取三相电流行波信号的能量幅值；

S4、将所述能量幅值进行排序以及归一化处理，并根据归一化处理结果建立平面坐标系，根据平面坐标系的范围判断输电线路的故障相。

优选的，步骤S2中，采用Teager-Kaiser能量算子对离散电流信号进行处理，所述能量算子的表达式为：

T_k(x)＝x_k ²-x_k-1*x_k+1

式中，k取值为2，3，…，N-1，N为每个离散信号的总点数，T_k表示离散电流信号中第k个点的瞬时能量值，通过上述表达式可获得三相输电线路电流行波信号的瞬时能量序列，记为：

e_A＝T_k(i_A)

e_B＝T_k(i_B)

e_C＝T_k(i_C)

式中，e_A、e_B、e_C分别为A相、B相、C相电流行波信号的瞬时能量序列，i_A、i_B、i_C分别为A相、B相、C相电流行波的离散信号。

优选的，步骤S3中，根据所获得的不同点数下的A相、B相、C相电流行波信号瞬时能量序列，获取A相、B相、C相三个能量信号的最大值，记为：

E_A＝max(e_A)

E_B＝max(e_B)

E_C＝max(e_C)

式中，所述E_A、E_B、E_C分别代表A相、B相、C相的能量幅值。

优选的，步骤S4中，将所述E_A、E_B、E_C按从小到大的顺序依次排列为E_min1、E_min2、E_max，并将上述结果采用下式进行归一化：

式中，E₁为E_min1归一化的结果，E₂为E_min2归一化的结果。

优选的，步骤S5中，建立平面坐标系，将E₁作为所述平面坐标系的横坐标值，将E₂作为所述平面坐标系的纵坐标值，由E₁、E₂可获得在平面坐标系中对应的点P_M。

优选的，根据所述点P_M在平面坐标系的位置，可判断输电线路发生的故障相。

与现有技术相比，本发明达到的有益效果如下：

本发明提供的一种输电线路故障相别判定方法，可根据故障线路采集到的行波，或者临近线路采集到的串入行波，利用Teager-Kaiser能量算子得到行波中的能量成分，再转换为三个相别行波能量的相对关系，将这种相对关系描述成平面坐标系中的点，通过观察点所处的区域，判断其故障相别，本发明脱离了现有技术对故障时刻工频波形的依赖，从而有效减少了故障诊断的信息成本，符合当前智能电网建设升级的趋势，同时本发明不限于故障发生的位置，无论发生在安装了监测设备的线路，还是发生在未安装监测设备的线路，只要在线路上某一点采集到故障产生的三相行波，即可判断故障相别，为系统运行、故障巡检提供了有效依据，为加强线路保护措施和防雷水平提供了有数据支撑的指导意见。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例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优选实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的一种输电线路故障相别判定方法的流程图；

图2为本发明实施例所建立的E₁-E₂坐标系示意图；

图3为本发明实施例所建立故障条件下的E₁-E₂坐标系示意图；

图4为本发明实施例提供的线路故障F₁故障波形示意图；

图5为本发明实施例提供的线路故障F₂故障波形示意图；

图6为本发明实施例提供的线路故障F₃故障波形示意图。

具体实施方式

为了更好理解本发明技术内容，下面提供具体实施例，并结合附图对本发明做进一步的说明。

参见图1，一种输电线路故障相别判定方法，采用Teager-Kaiser能量算子对输电线路故障相进行判断，具体步骤为：

S1、通过输电线路监测装置获取输电线路故障处的三相电流行波的离散电流信号；

S2、对所述离散电流信号采用Teager-Kaiser能量算子进行预处理，获得三相电流行波信号的瞬时能量序列；

S3、根据所述瞬时能量序列，获取三相电流行波信号的能量幅值；

S4、将所述能量幅值进行排序以及归一化处理，并根据归一化处理结果建立平面坐标系，根据平面坐标系的范围判断输电线路的故障相。

具体的，步骤S2中，采用Teager-Kaiser能量算子对离散电流信号进行处理，所述能量算子的表达式为：

T_k(x)＝x_k ²-x_k-1*x_k+1

式中，k取值为2，3，…，N-1，N为每个离散信号的总点数，T_k表示离散电流信号中第k个点的瞬时能量值，通过上述表达式可获得三相输电线路电流行波信号的瞬时能量序列，记为：

e_A＝T_k(i_A)

e_B＝T_k(i_B)

e_C＝T_k(i_C)

式中，e_A、e_B、e_C分别为A相、B相、C相电流行波信号的瞬时能量序列，i_A、i_B、i_C分别为A相、B相、C相电流行波的离散信号。根据所获得的不同点数下的A相、B相、C相电流行波信号瞬时能量序列，获取A相、B相、C相三个能量信号的最大值，记为：

E_A＝max(e_A)

E_B＝max(e_B)

E_C＝max(e_C)

式中，所述E_A、E_B、E_C分别代表A相、B相、C相的能量幅值，将能量幅值E_A、E_B、E_C按从小到大的顺序依次排列为E_min1、E_min2、E_max，并将上述结果采用下式进行归一化：

式中，E₁为E_min1归一化的结果，E₂为E_min2归一化的结果。

根据E₁与E₂建立平面坐标系，将E₁作为所述平面坐标系的横坐标值，将E₂作为所述平面坐标系的纵坐标值，由E₁、E₂可获得在平面坐标系中对应的点P_M。

将所述平面坐标第一象限划分为1区、2区、3区，当所述点P_M位于1区时，E_max所对应的相别发生故障，当所述点P_M位于2区时，E_min2、E_max分别对应的相别发生故障，当所述点P_M位于3区时，输电线路发生ABC三相故障。

以某地输电线路线路故障情况为例进行说明，收集该地区历史共42次故障数据，其中单相故障20次，两相故障11次，三相故障11次。根据上述步骤，将每一次历史故障转化成E₁-E₂平面坐标系中的点，得到如图2所示的历史故障。图中，“X”标记的为单相故障，“+”标记的为两相故障，“O”标记的为三相故障。各故障对应的点，由于故障相别各不相同，而自动聚类到特定区域内。因此，按照图中历史故障，可以划分出故障相别的区域的界限，如图中虚线所示。

利用已经划分好的判别区域，可以对新发生的故障进行故障相的判断。以相同地点某条110kV线路最近发生的三次故障为例。三次故障分别记为F₁，F₂，F₃，可获得如图3所示的平面坐标图，从图中可以明显的发现，F₁位于1区，即单相故障，F₂位于2区，两相故障，F₃位于3区，三相故障。根据历史记录进行校验，分别查看如图4、图5、图6所示的F₁，F₂，F₃故障波形图，可知F₁确实为A相故障，F₂为BC两相故障，F₃为ABC三相故障。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。

Claims (6)

1.一种输电线路故障相别判定方法，其特征在于，采用Teager-Kaiser能量算子对输电线路故障相进行判断，具体步骤为：

S1、通过输电线路监测装置获取输电线路故障处的三相电流行波的离散电流信号；

S2、对所述离散电流信号采用Teager-Kaiser能量算子进行预处理，获得三相电流行波信号的瞬时能量序列；

S3、根据所述瞬时能量序列，获取三相电流行波信号的能量幅值；

S4、将所述能量幅值进行排序以及归一化处理，并根据归一化处理结果建立平面坐标系，根据平面坐标系的范围判断输电线路的故障相。

2.根据权利要求1所述的一种输电线路故障相别判定方法，其特征在于，步骤S2中，采用Teager-Kaiser能量算子对离散电流信号进行处理，所述能量算子的表达式为：

T_k(x)＝x_k ²-x_k-1*x_k+1

式中，k取值为2，3，…，N-1，N为每个离散信号的总点数，T_k表示离散电流信号中第k个点的瞬时能量值，通过上述表达式可获得三相输电线路电流行波信号的瞬时能量序列，记为：

e_A＝T_k(i_A)

e_B＝T_k(i_B)

e_C＝T_k(i_C)

式中，e_A、e_B、e_C分别为A相、B相、C相电流行波信号的瞬时能量序列，i_A、i_B、i_C分别为A相、B相、C相电流行波的离散信号。

3.根据权利要求2所述的一种输电线路故障相别判定方法，其特征在于，步骤S3中，根据所获得的不同点数下的A相、B相、C相电流行波信号瞬时能量序列，获取A相、B相、C相三个能量信号的最大值，记为：

E_A＝max(e_A)

E_B＝max(e_B)

E_C＝max(e_C)

式中，所述E_A、E_B、E_C分别代表A相、B相、C相的能量幅值。

4.根据权利要求3所述的一种输电线路故障相别判定方法，其特征在于，步骤S4中，将所述E_A、E_B、E_C按从小到大的顺序依次排列为E_min1、E_min2、E_max，并将上述结果采用下式进行归一化：

式中，E₁为E_min1归一化的结果，E₂为E_min2归一化的结果。

5.根据权利要求4所述的一种输电线路故障相别判定方法，其特征在于，步骤S5中，建立平面坐标系，将E₁作为所述平面坐标系的横坐标值，将E₂作为所述平面坐标系的纵坐标值，由E₁、E₂可获得在平面坐标系中对应的点P_M。

6.根据权利要求5所述的一种输电线路故障相别判定方法，其特征在于，根据所述点P_M在平面坐标系的位置，可判断输电线路发生的故障相。