CN110146788A - 一种利用形态学的小电流选线方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用形态学的小电流选线方法,选线具体实施步骤：1、提取配电网发生单相接地故障时各条线路的暂态电流量；2、利用De(n)对各个量进行突变量检测，确定突变明显点的突变方向和强度；3、以突变的极性判断为优先原则，辅助以突变明显处的幅值进行比较，综合判断；4、当突变明显点处突变强度比较大的几条线路中有一条与其他线路幅值较大且方向相反时可判定该线路为故障线路；5、当突变明显点处突变强度比较大的几条线路的幅值近似且突变方向一致时，可判断为母线接地故障。本发明可通过当突变明显点处突变强度比较大的几条线路中有一条与其他线路幅值较大且方向相反时可判定该线路为故障线路，选线准确，速度快。

Description

一种利用形态学的小电流选线方法

技术领域

本发明涉及小电流选线技术领域，具体为一种利用形态学的小电流选线方法。

背景技术

现有的选线技术都还仅仅是利用故障的部分有用信息，因此都存在一定的局限性，不可能对所有故障情况都适用。近三年来，小电流接地故障选线的研究又掀起了高潮，国内外学者将诸如小波分析、Prony方法、ANN方法、信息融合、模糊方法等引入到小电流接地保护中。但是，如果过于依赖于数学分析工具而忽视了故障特征本身的透彻分析，对问题的解决无异于舍本逐末。

发明内容

本发明的目的在于提供一种利用形态学的小电流选线方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种利用形态学的小电流选线方法,包括以下步骤：

A、定义故障选线算法；

B、故障选线判定；

C、故障选线实施。

优选的，所述步骤A中具体为：中性点经消弧线圈接地系统在发生单相接地故障时存在一个明显的暂态过程，在此暂态过程中包含的暂态信息属于突变量。对于数学形态学来说，形态学算子的突变量检测实际上是一种峰谷检测，由于形态学中的开运算是对信号的一种非扩张性运算，而闭运算是一种扩张性运算；因此，利用原始信号减去其做过开运算的结果，便可以得到峰值点出现的标记点，在形态学中称这种运算为Top-Hat算子；同理，利用原始信号减去其做过闭运算的结果，可以得到在谷值点处的标记点，同样在形态学中对此种运算进行了定义，称之为Bottom-Hat算子；由上述论述可知，Top-Hat算子O_t-h和Bottom-Hat算子O_b-h可以被定义为：

O_t-h＝f(n)–(fοg)(n)

O_b-h＝f(n)–(f·g)(n)

此外，为了同时检测峰值点和谷值点，可以将上述2个算子结合起来，构成峰谷检测器，峰谷检测器定义为：

D_e(n)＝O_t-h+O_b-h＝2f(n)–(fοg)(n)–(f·g)(n)

通过利用峰谷检测器D_e(n)可以对故障后的暂态信息进行突变量检测，确定突变明显点的突变方向和突变强度，确定突变明显点的突变方向可用于比较极性的中性点经消弧线圈接地系统故障选线的判定方法，确定突变明显点的突变强度可用于比较幅值的小电流接地故障选线的判定方法。

优选的，所述步骤B中包括：

a、暂态判定：形态学算子的突变量检测是一种暂态选线算法；

b、排除短线路干扰：对滤波后的数据，以暂态部分的有效值进行大小排队，选取较大的几条线路参与选线，从而排除短线干扰。

c、极性优先判断：确定故障线路时，要以突变的极性判断为优先原则，辅以突变强度明显处的值进行比较，用极性判断优先原则还可以判断母线接地故障，当突变明显点处突变强度比较大的几条线路的突变方向一致时，可判断为母线接地。

优选的，所述步骤C中选线具体实施步骤：

1)、提取配电网发生单相接地故障时各条线路的暂态电流量；

2)、利用D_e(n)对各个量进行突变量检测，确定突变明显点的突变方向和强度；

3)、以突变的极性判断为优先原则，辅助以突变明显处的幅值进行比较，综合判断；

4)、当突变明显点处突变强度比较大的几条线路中有一条与其他线路幅值较大且方向相反时可判定该线路为故障线路；

5)、当突变明显点处突变强度比较大的几条线路的幅值近似且突变方向一致时，可判断为母线接地故障。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明可通过当突变明显点处突变强度比较大的几条线路中有一条与其他线路幅值较大且方向相反时可判定该线路为故障线路，选线准确，速度快。

附图说明

图1为本发明流程图。

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。

请参阅图1，本发明提供一种技术方案：一种利用形态学的小电流选线方法,包括以下步骤：

A、定义故障选线算法；

B、故障选线判定；

C、故障选线实施。

优选的，所述步骤A中具体为：中性点经消弧线圈接地系统在发生单相接地故障时存在一个明显的暂态过程，在此暂态过程中包含的暂态信息属于突变量。对于数学形态学来说，形态学算子的突变量检测实际上是一种峰谷检测，由于形态学中的开运算是对信号的一种非扩张性运算，而闭运算是一种扩张性运算；因此，利用原始信号减去其做过开运算的结果，便可以得到峰值点出现的标记点，在形态学中称这种运算为Top-Hat算子；同理，利用原始信号减去其做过闭运算的结果，可以得到在谷值点处的标记点，同样在形态学中对此种运算进行了定义，称之为Bottom-Hat算子；由上述论述可知，Top-Hat算子O_t-h和Bottom-Hat算子O_b-h可以被定义为：

O_t-h＝f(n)–(fοg)(n)

O_b-h＝f(n)–(f·g)(n)

此外，为了同时检测峰值点和谷值点，可以将上述2个算子结合起来，构成峰谷检测器，峰谷检测器定义为：

D_e(n)＝O_t-h+O_b-h＝2f(n)–(fοg)(n)–(f·g)(n)

通过利用峰谷检测器D_e(n)可以对故障后的暂态信息进行突变量检测，确定突变明显点的突变方向和突变强度，确定突变明显点的突变方向可用于比较极性的中性点经消弧线圈接地系统故障选线的判定方法，确定突变明显点的突变强度可用于比较幅值的小电流接地故障选线的判定方法。一般情况下，突变明显点不是孤立点，而是相邻的2个点或3个点。

由于当中性点经消弧线圈接地系统发生单相接地故障时，故障线路的突变强度在故障发生后一般是所有线路中最大的，但是由于现场环境复杂，也可能导致在某些突变点处突变强度不如健全线路大。虽然如此，但故障线路突变的方向必然与正常线路相反，所以可利用形态学的方法通过比较极性和幅值相结合的方法判断配电网发生单相接地故障时的故障线路。根据故障线路的突变强度最大并且与其它线路的突变方向相反的原则来确定故障线路。突变量检测的过程充分体现了单相接地故障的暂态过程的特点，以此来确定故障线路符合现场实际。另外，利用D_e(n)进行突变量检测，计算简便，比单纯利用形态学梯度进行突变量检测时的抗干扰性强。

本发明中，步骤B中包括：

a、暂态判定：形态学算子的突变量检测是一种暂态选线算法；这就要求有一定强度的暂态零序电流用于选线。

故障发生时第1周期内前半周期的电流有效值与后半周的电流有效值的比值称为暂态电流强度，以符号I_TI表示。

实际应用中，由于有效值计算复杂，可以利用零序电流绝对值的平均值来近似计算暂态强度。大量仿真发现：I_TI>2表明暂态零序电流中含有明显的暂态分量，适于选用基于数学形态学的暂态选线算法；1.2<I_TI<2时，暂态零序电流含有的暂态信息不明显，暂态选线算法仍可以给出正确结果；I_TI<1.2时，暂态零序电流基本不含暂态信息，该算法作为一种暂态算法则会失效。

当暂态选线算法失效时，可采用基波、谐波或能量算法进行补充或修正，即采用综合原理的选线算法。

b、排除短线路干扰：短线路暂态零序电流幅值小且受电流互感器(TA)不平衡的影响较大，往往会造成选线错误。另外，短线路暂态零序电流的频率较高，突变强度较大，会对所提出的基于形态学算子的选线算子准确性造成影响，因此选线前一定要排除短线路对于选线的干扰。排除干扰的原则是：对滤波后的数据，以暂态部分的有效值进行大小排队，选取较大的几条线路参与选线，从而排除短线干扰。

c、极性优先判断：故障线路的突变强度在故障发生后一般是所有线路中最大的，由于现场环境复杂，可能导致在某些突变点处突变强度不如健全线路大，但突变的方向肯定相反，所以确定故障线路时，要以突变的极性判断为优先原则，辅以突变强度明显处的值进行比较。用极性判断优先原则还可以判断母线接地故障，当突变明显点处突变强度比较大的几条线路的突变方向一致时，可判断为母线接地。

本发明中，步骤C中选线具体实施步骤：

1)、提取配电网发生单相接地故障时各条线路的暂态电流量；

2)、利用D_e(n)对各个量进行突变量检测，确定突变明显点的突变方向和强度；

3)、以突变的极性判断为优先原则，辅助以突变明显处的幅值进行比较，综合判断；

4)、当突变明显点处突变强度比较大的几条线路中有一条与其他线路幅值较大且方向相反时可判定该线路为故障线路；

5)、当突变明显点处突变强度比较大的几条线路的幅值近似且突变方向一致时，可判断为母线接地故障。

本发明可通过当突变明显点处突变强度比较大的几条线路中有一条与其他线路幅值较大且方向相反时可判定该线路为故障线路，选线准确，速度快。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (4)

1.一种利用形态学的小电流选线方法,其特征在于：包括以下步骤：

A、定义故障选线算法；

B、故障选线判定；

C、故障选线实施。

2.根据权利要求1所述的一种利用形态学的小电流选线方法，其特征在于：所述步骤A中具体为：中性点经消弧线圈接地系统在发生单相接地故障时存在一个明显的暂态过程，在此暂态过程中包含的暂态信息属于突变量。对于数学形态学来说，形态学算子的突变量检测实际上是一种峰谷检测，由于形态学中的开运算是对信号的一种非扩张性运算，而闭运算是一种扩张性运算；因此，利用原始信号减去其做过开运算的结果，便可以得到峰值点出现的标记点，在形态学中称这种运算为Top-Hat算子；同理，利用原始信号减去其做过闭运算的结果，可以得到在谷值点处的标记点，同样在形态学中对此种运算进行了定义，称之为Bottom-Hat算子；由上述论述可知，Top-Hat算子O_t-h和Bottom-Hat算子O_b-h可以被定义为：

O_t-h＝f(n)–(fοg)(n)

O_b-h＝f(n)–(f·g)(n)

此外，为了同时检测峰值点和谷值点，可以将上述2个算子结合起来，构成峰谷检测器，峰谷检测器定义为：

D_e(n)＝O_t-h+O_b-h＝2f(n)–(fοg)(n)–(f·g)(n)

通过利用峰谷检测器D_e(n)可以对故障后的暂态信息进行突变量检测，确定突变明显点的突变方向和突变强度，确定突变明显点的突变方向可用于比较极性的中性点经消弧线圈接地系统故障选线的判定方法，确定突变明显点的突变强度可用于比较幅值的小电流接地故障选线的判定方法。

3.根据权利要求1所述的一种利用形态学的小电流选线方法，其特征在于：所述步骤B中包括：

a、暂态判定：形态学算子的突变量检测是一种暂态选线算法；

b、排除短线路干扰：对滤波后的数据，以暂态部分的有效值进行大小排队，选取较大的几条线路参与选线，从而排除短线干扰。

c、极性优先判断：确定故障线路时，要以突变的极性判断为优先原则，辅以突变强度明显处的值进行比较，用极性判断优先原则还可以判断母线接地故障，当突变明显点处突变强度比较大的几条线路的突变方向一致时，可判断为母线接地。

4.根据权利要求1所述的一种利用形态学的小电流选线方法，其特征在于：所述步骤C中选线具体实施步骤：

1)、提取配电网发生单相接地故障时各条线路的暂态电流量；

2)、利用D_e(n)对各个量进行突变量检测，确定突变明显点的突变方向和强度；

3)、以突变的极性判断为优先原则，辅助以突变明显处的幅值进行比较，综合判断；

4)、当突变明显点处突变强度比较大的几条线路中有一条与其他线路幅值较大且方向相反时可判定该线路为故障线路；

5)、当突变明显点处突变强度比较大的几条线路的幅值近似且突变方向一致时，可判断为母线接地故障。