CN110687400B - 一种暂态录波型故障指示器误启动滤除方法 - Google Patents

一种暂态录波型故障指示器误启动滤除方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种暂态录波型故障指示器误启动滤除方法，首先根据每相采集单元采集的数据区分当前出现疑似短路故障还是疑似接地故障，根据该判断结果分别进一步判断是否为误报。本方法中，故障指示器在汇集单元首先做是否误启动的判断，避免了故指对误启动的进一步处理，以及因此产生的功耗浪费，避免了对主站造成通讯干扰，对配网自动化的应用、运维以及健康发展具有重要意义。

Description

一种暂态录波型故障指示器误启动滤除方法
技术领域
本发明涉及一种避免暂态录波型故障指示器误启动的方法，属于电力系统配电自动化技术领域。
背景技术
我国的中压配电网大多采用小电流接地方式，小电流接地系统发生单相接地故障的概率高，可占总故障的80%。为了快速地定位和隔离故障，近年来，配电线路上广泛安装了馈线终端单元FTU、暂态录波型故障指示器（以下简称故障指示器）等检测装置。
暂态录波型故障指示器由三相采集单元和一个汇集单元组成。三相采集单元用于监测线路场强和电流，根据电场、电流的变化判断是否发生短路或接地故障，并将故障过程的录波发给汇集单元。汇集单元合成录波文件，与配网主站通信。配网主站通过分析遥信、录波文件并结合网络结构定位短路、接地故障。
但是，采集单元具有各种故障情况都能启动录波的高灵敏度，势必会因环境变化、电磁干扰影响电场、负荷波动影响电流等因素而误启动。如不加过滤，将造成故障指示器功耗浪费、主站通讯拥堵，严重影响故障指示器和主站的正常工作，甚至错过真正故障的录波。
发明内容
本发明提出了一种暂态录波型故障指示器误启动滤除方法，其目的是：判断采集单元是否为误启动，避免对误启动的进一步处理。
本发明技术方案如下：
一种暂态录波型故障指示器误启动滤除方法，首先根据每相采集单元采集的数据区分当前出现疑似短路故障还是疑似接地故障，根据该判断结果分别进一步判断是否为误报。
作为本方法的进一步改进，具体步骤为：
步骤1、每相采集单元分别计算以下特征数据，并上传给汇集单元：
1-1、计算当前周波相对于上一周波的相电场的有效值环比变化率，将该变化率和当前周波起始点号上传给汇集单元；
1-2、计算当前周波相对于上一周波的相电流的周波有效值变化量，如果任何一相的周波有效值变化量超过设定的周波有效值变化阈值，则将该变化量上传给汇集单元；
步骤2、汇集单元接收到特征数据后，先按以下准则区分是疑似短路故障还是疑似接地故障：
2-1、如果任何一相电流的周波有效值变化量超过设定的短路故障阈值，则认为是疑似短路故障，依次执行步骤3和步骤5；
2-2、如果任何一相电场的周波有效值变化率超过设定的接地故障阈值，则认为是疑似接地故障，依次执行步骤4和步骤5；
2-3、如果准则2-1和2-2都不满足，则认为未出现故障；
步骤3：分别计算三相电流的1、2次谐波频谱幅值，依序做下列判断，且满足任何一条则认为本次疑似短路故障属于误报：
3-1、至少一相电流的2次谐波频谱幅值超过设定的2次谐波频谱幅值阈值；
3-2、至少两相的电场的周波有效值环比变化率没有超过设定的电场周波有效值变化率阈值；
步骤4、汇集单元将采集单元上传的三相电流合成零序电流，计算零序电流的突变量；然后进行下列A组和B组的判断，满足任何一组则认为本次故障非误报，满足某一组是指满足该组中的所有判断准则；
A组：
A-1、三相电场同时变化，各自电场的周波有效值环比变化率均超过设定的接地故障阈值，且一相电场周波有效值升高、两相电场周波有效值降低；
A-2、零序电流的瞬时突变量超过设定的零序电流瞬变阈值，且零序电流突变点位于电场突变所在的周波；
B组：
B-1、两相电场同时变化，变化的两相电场的周波有效值环比变化率均超过设定的接地故障阈值，且一相电场周波有效值升高、一相电场周波有效值降低；
B-2、下列B-2-1和B-2-2满足其一则本条满足：
B-2-1、如果满足进行快速傅里叶变换计算的条件：通过快速傅里叶变换对零序电流的暂态周波计算频谱，频谱范围是0至M次谐波，M为正整数，所述暂态周波是指包含零序电流突变点的周波，然后判断是否满足下面任一条件：零序电流3至M次谐波频谱幅值平方和超过设定的谐波频谱幅值平方和阈值一，或者0和1次谐波频谱幅值平方和超过设定的谐波频谱幅值平方和阈值二；
B-2-2、如果不满足进行快速傅里叶变换计算的条件：则对零序电流的暂态周波计算电流有效值，判断该电流有效值是否超过设定的暂态周波电流阈值；或者，通过离散傅里叶变换对零序电流的暂态周波计算频谱，频谱范围是0至M次谐波，M为正整数，然后判断是否满足下面任一条件：零序电流3至M次谐波频谱幅值平方和超过设定的谐波频谱幅值平方和阈值一，或者0和1次谐波频谱幅值平方和超过设定的谐波频谱幅值平方和阈值二；
步骤5：对于误报，汇集单元记录日志，不做进一步处理；对于非误报，汇集单元根据故障类型进行处理。
作为本方法的进一步改进：所述步骤1中有效值环比变化率是指电场第N个周波的有效值与第N-1个周波有效值之差再除以第N-1个周波有效值所得到的变化率，公式表示为：变化率=(第N个周波有效值-第N-1个周波有效值)/(第N-1个周波有效值)。
作为本方法的进一步改进：步骤1-1中的周波起始点号是指第N个周波的起始点号。
作为本方法的进一步改进：步骤3中计算相电流1、2次谐波频谱幅值用离散傅里叶变换方法计算。
作为本方法的进一步改进：所述步骤4的准则A-2中判断零序电流突变点是否位于电场突变所在的周波中的方法为，判断零序电流突变点所在的周波与电场突变所在的周波二者起始点号是否相同。
相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：（1）故障指示器在汇集单元首先做是否误启动的判断，避免了故指对误启动的进一步处理，以及因此产生的功耗浪费，避免了对主站造成通讯干扰，对配网自动化的应用、运维以及健康发展具有重要意义；（2）本发明提出短路故障和接地故障误报的分类滤除方法，并用信号分析的方法对合闸涌流、负荷波动涌流等可能引起的短路故障误报进行滤除，相对于传统的波形比对的方法，效率更高、效果更好；（3）故障指示器设备一直升级，不同期的产品采样率不同，本方法针对不同的设备采样率提出具有针对性的、实用有效的判断方法，兼容性好；（4）单相接地故障的误报滤除兼顾了不同的故障特征，尤其是对高阻接地这一难点，保证了有效启动和滤除误报的准确性。
具体实施方式
下面详细说明本发明的技术方案：
一种暂态录波型故障指示器误启动滤除方法，首先根据每相采集单元采集的数据区分当前出现疑似短路故障还是疑似接地故障，根据该判断结果分别进一步判断是否为误报。具体步骤为：
步骤1、每相采集单元分别计算以下特征数据，并上传给汇集单元：
1-1、计算当前周波相对于上一周波的相电场的有效值环比变化率，所述有效值环比变化率是指电场第N个周波的有效值与第N-1个周波有效值之差再除以第N-1个周波有效值所得到的变化率，公式表示为：变化率=(第N个周波有效值-第N-1个周波有效值)/(第N-1个周波有效值)；将该变化率和当前周波（第N个周波）起始点号上传给汇集单元；
1-2、计算当前周波相对于上一周波的相电流的周波有效值变化量，如果任何一相的周波有效值变化量超过设定的周波有效值变化阈值，则将该变化量上传给汇集单元。
周波可以是基波（50Hz）的一个周期，也可以是半个周期。本实施例中，相电流的周波有效值变化阈值取20。
步骤2、汇集单元接收到特征数据后，先按以下准则区分是疑似短路故障还是疑似接地故障：
2-1、如果任何一相电流的周波有效值变化量超过设定的短路故障阈值，则认为是疑似短路故障，依次执行步骤3和步骤5；
2-2、如果任何一相电场的周波有效值变化率超过设定的接地故障阈值，则认为是疑似接地故障，依次执行步骤4和步骤5；
2-3、如果准则2-1和2-2都不满足，则认为未出现故障。
本实施例中，短路故障阈值取150，接地故障阈值取8%。
步骤3：分别采用离散傅里叶变换方法计算三相电流的1、2次谐波频谱幅值，依序做下列判断，且满足任何一条则认为本次疑似短路故障属于误报：
3-1、至少一相电流的2次谐波频谱幅值超过设定的2次谐波频谱幅值阈值；
3-2、至少两相的电场的周波有效值环比变化率没有超过设定的电场周波有效值变化率阈值。
本实施例中，3-1中2次谐波频谱幅值阈值取1次谐波频谱幅值的20%，3-2中电场周波有效值变化率阈值取7%。
步骤4、汇集单元将采集单元上传的三相电流合成零序电流，计算零序电流的突变量；然后进行下列A组和B组的判断，满足任何一组则认为本次故障非误报，满足某一组是指满足该组中的所有判断准则；
A组：
A-1、三相电场同时变化，各自电场的周波有效值环比变化率均超过设定的接地故障阈值，且一相电场周波有效值升高、两相电场周波有效值降低。
A-2、零序电流的瞬时突变量超过设定的零序电流瞬变阈值，且零序电流突变点位于电场突变所在的周波。判断零序电流突变点位于电场突变所在的周波的方法为：判断零序电流突变点所在的周波与电场突变所在的周波二者起始点号是否相同。
本实施例中，零序电流瞬变阈值取40。
B组：
B-1、两相电场同时变化，变化的两相电场的周波有效值环比变化率均超过设定的接地故障阈值，且一相电场周波有效值升高、一相电场周波有效值降低。
B-2、下列B-2-1和B-2-2满足其一则本条满足：
B-2-1、如果满足进行快速傅里叶变换计算的条件：通过快速傅里叶变换对零序电流的暂态周波计算频谱，频谱范围是0至M次谐波，M为正整数，所述暂态周波是指包含零序电流突变点的周波，然后判断是否满足下面任一条件：零序电流3至M次谐波频谱幅值平方和超过设定的谐波频谱幅值平方和阈值一，或者0和1次谐波频谱幅值平方和超过设定的谐波频谱幅值平方和阈值二。M的值需要根据现场情况确定，本实施例中取25。
B-2-2、如果不满足进行快速傅里叶变换计算的条件：则对零序电流的暂态周波计算电流有效值，判断该电流有效值是否超过设定的暂态周波电流阈值；或者，通过离散傅里叶变换对零序电流的暂态周波计算频谱，频谱范围是0至M次谐波，M为正整数，然后判断是否满足下面任一条件：零序电流3至M次谐波频谱幅值平方和超过设定的谐波频谱幅值平方和阈值一，或者0和1次谐波频谱幅值平方和超过设定的谐波频谱幅值平方和阈值二；
计算零序电流的0至M次谐波频谱可以用DFT或者FFT，具体需根据故指的采样频率来确定。在一个实施例中，故障指示器的采样频率为4096Hz，基波周期的采样点数为82，不满足FFT（快速傅里叶变换）运算条件，且对正弦信号，不能用补零的方法增加采样点数，所以只能使用DFT（离散傅里叶变换）计算。在另一个实施例中，故障指示器的采样频率为12.8KHz，基波周期的采样点数256，满足FFT运算条件，则可以用FFT计算零序电流的0至M次谐波频谱。
步骤5：对于误报，汇集单元记录日志，不做进一步处理；对于非误报，汇集单元根据故障类型进行处理。
本发明提出的短路和接地故障误启动滤除方法，不限于使用在暂态录波型故障指示器中，可以是具有暂态录波功能的FTU等其他监控设备中。
以上是本发明的一种实施方式，较为详细的描述了本发明的原理，凡依本发明技术方案所作的改变，均属于本发明的保护范围。本发明专利的保护范围应以权利要求书为准。

Claims (5)

1.一种暂态录波型故障指示器误启动滤除方法，其特征在于：首先根据每相采集单元采集的数据区分当前出现疑似短路故障还是疑似接地故障，根据该判断结果分别进一步判断是否为误报；
具体步骤为：
步骤1、每相采集单元分别计算以下特征数据，并上传给汇集单元：
1-1、计算当前周波相对于上一周波的相电场的有效值环比变化率，将该变化率和当前周波起始点号上传给汇集单元；
1-2、计算当前周波相对于上一周波的相电流的周波有效值变化量，如果任何一相的周波有效值变化量超过设定的周波有效值变化阈值，则将该变化量上传给汇集单元；
步骤2、汇集单元接收到特征数据后，先按以下准则区分是疑似短路故障还是疑似接地故障：
2-1、如果任何一相电流的周波有效值变化量超过设定的短路故障阈值，则认为是疑似短路故障，依次执行步骤3和步骤5；
2-2、如果任何一相电场的周波有效值变化率超过设定的接地故障阈值，则认为是疑似接地故障，依次执行步骤4和步骤5；
2-3、如果准则2-1和2-2都不满足，则认为未出现故障；
步骤3：分别计算三相电流的1、2次谐波频谱幅值，依序做下列判断，且满足任何一条则认为本次疑似短路故障属于误报：
3-1、至少一相电流的2次谐波频谱幅值超过设定的2次谐波频谱幅值阈值；
3-2、至少两相的电场的周波有效值环比变化率没有超过设定的电场周波有效值变化率阈值；
步骤4、汇集单元将采集单元上传的三相电流合成零序电流，计算零序电流的突变量；然后进行下列A组和B组的判断，满足任何一组则认为本次故障非误报，满足某一组是指满足该组中的所有判断准则；
A组：
A-1、三相电场同时变化，各自电场的周波有效值环比变化率均超过设定的接地故障阈值，且一相电场周波有效值升高、两相电场周波有效值降低；
A-2、零序电流的突变量超过设定的零序电流瞬变阈值，且零序电流突变点位于电场突变所在的周波；
B组：
B-1、两相电场同时变化，变化的两相电场的周波有效值环比变化率均超过设定的接地故障阈值，且一相电场周波有效值升高、一相电场周波有效值降低；
B-2、下列B-2-1和B-2-2满足其一则本条满足：
B-2-1、如果满足进行快速傅里叶变换计算的条件：通过快速傅里叶变换对零序电流的暂态周波计算频谱，频谱范围是0至M次谐波，M为正整数，所述暂态周波是指包含零序电流突变点的周波，然后判断是否满足下面任一条件：零序电流3至M次谐波频谱幅值平方和超过设定的谐波频谱幅值平方和阈值一，或者0和1次谐波频谱幅值平方和超过设定的谐波频谱幅值平方和阈值二；
B-2-2、如果不满足进行快速傅里叶变换计算的条件：则对零序电流的暂态周波计算电流有效值，判断该电流有效值是否超过设定的暂态周波电流阈值；或者，通过离散傅里叶变换对零序电流的暂态周波计算频谱，频谱范围是0至M次谐波，M为正整数，然后判断是否满足下面任一条件：零序电流3至M次谐波频谱幅值平方和超过设定的谐波频谱幅值平方和阈值一，或者0和1次谐波频谱幅值平方和超过设定的谐波频谱幅值平方和阈值二；
步骤5：对于误报，汇集单元记录日志，不做进一步处理；对于非误报，汇集单元根据故障类型进行处理。
2.如权利要求1所述的暂态录波型故障指示器误启动滤除方法，其特征在于：所述步骤1中有效值环比变化率是指电场第N个周波的有效值与第N-1个周波有效值之差再除以第N-1个周波有效值所得到的变化率，公式表示为：变化率=(第N个周波有效值-第N-1个周波有效值)/(第N-1个周波有效值)。
3.如权利要求2所述的暂态录波型故障指示器误启动滤除方法，其特征在于：步骤1-1中的周波起始点号是指第N个周波的起始点号。
4.如权利要求1所述的暂态录波型故障指示器误启动滤除方法，其特征在于：步骤3中计算相电流1、2次谐波频谱幅值用离散傅里叶变换方法计算。
5.如权利要求1所述的暂态录波型故障指示器误启动滤除方法，其特征在于：所述步骤4的准则A-2中判断零序电流突变点是否位于电场突变所在的周波中的方法为，判断零序电流突变点所在的周波与电场突变所在的周波二者起始点号是否相同。
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