CN110703033B - 一种弱故障行波信号增强方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了输电线路故障定位技术领域的一种弱故障行波信号增强方法，旨在解决现有技术中在发生弱故障的情况下，故障相的故障行波首波头陡度不显著，容易导致故障测距结果出现失败的技术问题。所述方法，其特征是，包括如下步骤：根据故障行波数据，确定故障相别相电流和非故障相别相电流；利用非故障相别相电流的零模耦合行波，对故障相别相电流的行波进行陡度强化处理。
Description
技术领域
本发明涉及一种弱故障行波信号增强方法，属于输电线路故障定位技术领域。
背景技术
输电线路行波测距方法通过检测行波的突变点对故障位置进行定位。交流输电线路的工作环境复杂，一些工况下的故障，其暂态行波并不显著，主要表现为：当发生经高阻接地故障，或发生在过零点附近的故障时，故障点的故障电流幅值小；当发生长距离的远方故障时，故障电流行波经过长距离传输后发生衰减，使得行波到达幅值较弱。在发生这些弱故障的情况下，故障相的故障行波首波头陡度不显著，容易导致故障测距结果出现失败的状况。同时，输电线路工况中存在大量噪声干扰，幅值小的弱行波再叠加于工频信号上，进一步增加了突变点检测的难度。
目前，应用于输电线路行波测距的方法有相模变换和小波变换法，该两种方法主要针对电力系统输电线路中多发的单相接地故障(90％以上)，能够有效增强其故障行波陡度，但对于相间接地故障行波陡度增强作用不大。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种弱故障行波信号增强方法，以解决现有技术中在发生弱故障的情况下，故障相的故障行波首波头陡度不显著，容易导致故障测距结果出现失败的技术问题。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
一种弱故障行波信号增强方法，包括如下步骤：
根据故障行波数据，确定故障相别相电流和非故障相别相电流；
利用非故障相别相电流的零模耦合行波，对故障相别相电流的行波进行陡度强化处理。
优选地，所述故障行波数据包括由输电线路上分布式故障诊断终端采集到的三相电流。
优选地，根据故障行波数据，确定故障相别相电流和非故障相别相电流，包括：
对三相电流进行相模变换以获取模电流，所述模电流包括零模和线模；
利用行波选相法判定模电流的故障相别；
基于故障相别判定结果，获取故障相别相电流和非故障相别相电流。
优选地，所述相模变换的计算公式如下：
式中，
为输电线路模电流的列向量，S为相模变换矩阵，
为输电线路相电流的列向量，T为转置运算，i0为模电流的零模，i1、i2、i3均为模电流的线模，其中i1为1模，i2为2模，i3为3模；ia、ib、ic分别为相电流的A相电流、B相电流和C相电流。
优选地，利用非故障相别相电流的零模耦合行波，对故障相别相电流的行波进行陡度强化处理，包括：将零模在非故障相耦合出的非故障相别相电流的行波与故障相别相电流的行波进行波形叠加。
优选地，利用非故障相别相电流的零模耦合行波，对故障相别相电流的行波进行陡度强化处理，还包括：对故障相别相电流或/和非故障相别相电流进行预处理。
优选地，所述预处理包括：采用数学形态法对故障相别相电流或/和非故障相别相电流的行波波形进行滤波。
与现有技术相比，本发明所达到的有益效果：利用输电线路发生故障后，零模分量经过所有三相通道且行波速度较线模慢的特点，将零模在非故障相耦合出的非故障相别相电流的行波，与故障相别相电流的行波波形通过叠加运算后进行合成，进而获得合成之后的故障行波波形，达到利用非故障相的零模耦合行波对故障相的行波陡度进行强化的目的，实现了对故障相行波信号的增强结果，经过信号增强后的故障行波陡度特征显著、便于检测。采用数学形态法运算对行波波形进行滤波，使得行波波形更加平滑，以滤除输电线路运行环境中的噪声。本发明方法在技术实施过程中并没有将叠加运算限定在某两相之间，因此不仅适用于单相接地弱故障的信号增强，也适用于两相接地故障。
附图说明
图1是本发明实施例中所述典型输电线路模型及分布式故障诊断终端安装位置示意图；
图2是本发明实施例中所述行波选相法示意图；
图3是本发明实施例中所述零模传输通道示意图；
图4是本发明实施例中所述线模(1模)传输通道示意图；
图5是本发明实施例中输电线路模量衰减特性示意图；
图6是本发明实施例中输电线路模量波速特性示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
本发明具体实施方式提供了一种弱故障行波信号增强方法，所述方法分为两阶段，第一阶段为综合行波选相，第二阶段为行波增强。其中，第一阶段的综合行波选相，是根据输电线路上分布式故障诊断终端采集到的故障行波数据，确定故障相别电流和非故障相别电流。如图1所示，本发明实施例中所述典型输电线路模型及分布式故障诊断终端安装位置示意图，其中，变电站Sub.1与变电站Sub.2之间的输电线路上，按照一定间隔安装有R1～R5的分布式故障诊断终端装置，所述分布式故障诊断终端装置采集到的故障行波数据为输电线路的三相电流。由于输电线路三相线路各相之间存在电磁耦合，可通过相模变换技术进行解耦，将输电线路的三相电流由相量变换为模量，其变换公式为如下：
式中，
为输电线路模电流的列向量，S为相模变换矩阵，
为输电线路相电流的列向量，T为转置运算，i0为模电流的零模，i1、i2、i3均为模电流的线模，其中i1为1模，i2为2模，i3为3模；ia、ib、ic分别为相电流的A相电流、B相电流和C相电流。
然后，利用行波选相法判定模电流的故障相别，如图2所示，是本发明实施例中所述行波选相法示意图，判定步骤具体如下：
(1)对获取的电流模量i0、i1、i2、和i3进行小波变换并求取初始行波波头的模极大值|I0|、|I1|、|I2|和|I3|；
(2)当零模极大值|I0|大于一个正的阈值εm时，判断为接地故障，否则判断为非接地故障；
(3)当判断为接地故障后，首先进行单相接地故障的判断，如果3模极大值|I3|大于阈值则判为A相接地故障，如果2模极大值|I2|大于阈值则判为B相接地故障，如果1模极大值|I1|大于阈值则判为C相接地故障，如果不属于上述三种情形，则判断为两相接地故障；
(4)当判断为两相接地故障后，在|I1|、|I2|和|I3|中，如果1模极大值|I1|最大则判断为AB两相接地故障，如果2模极大值|I2|最大则判断为AC两相接地故障，如果3模极大值|I3|最大则判断为BC两相接地故障；
(5)当判断为非接地故障后，根据线模之间的比值关系判断两相短路故障类型，用c1～c6表征为各线模模量之间的比值，比值的下界为0.9，比值的上界为1.1，其中，c1表示1模极大值与两倍2模极大值的比值，c2表示1模极大值与2倍3模极大值的比值，c3表示2模极大值与两倍1模极大值的比值，c4表示2模极大值与两倍3模极大值的比值，c5表示3模极大值与两倍2模极大值的比值，c6表示3模极大值与两倍1模极大值的比值。如果c1和c2均在上下界范围内则判断为AB相间短路，如果c3和c4均在上下界范围内则判断为AC相间短路，如果c5和c6均在上下界范围内则判断为BC相间短路，否则判断为三相短路。根据模电流故障相别的判定结果，能够获取故障相别相电流和非故障相别相电流。
接下来，进入第二阶段的行波增强。如图3和图4所示，分别是本发明实施例中所述零模和线模(1模)的传输通道示意图，以大地为回路的空间模量称为地模或零模，而以导线为回路的空间模量称为线模。其中，零模经过三相通道和大地回路，受到土壤电阻率的衰减影响；而线模仅在导线间传播，因而受到导线集肤效应的影响。如图5和图6所示，分别是本发明实施例中输电线路模量衰减和波速特性示意图，从图中可以看出，经过一段距离的传播后，模量行波发生衰减，行波波头会出现幅值减弱；而在长距离输电线路传输后，相比线模模量，零模模量的衰减更大，且零模的波速要慢于线模，这说明线模在不同相的衰减和变化基本一致，因而不能用于故障相行波的增强，而零模由于其行波的传输速度较慢，在不同相耦合出的行波包含有更多不同的变化，因而可以将零模用于故障信号增强。
本发明实施例中，行波增强的具体步骤如下：
(1)由于输电线路运行环境的噪声较多，为获得更加平滑的波形，需要对输电线路的故障相别相电流和非故障相别相电流的行波波形进行预处理，处理方法为：采用数学形态法运算对行波波形进行滤波，使得行波波形更加平滑，其中数学形态法的运算中，结构元素数组元素的个数以及元素的大小根据弱故障的程度进行选择；
(2)获得滤波后的行波波形后，将零模在非故障相耦合出的非故障相别相电流的行波，与故障相别相电流的行波波形通过叠加运算后进行合成，进而获得合成之后的故障行波波形，达到利用非故障相的零模耦合行波对故障相的行波陡度进行强化的目的，实现了对故障相行波信号的增强结果，经过信号增强后的故障行波陡度特征显著、便于检测。
本发明实施例的关键技术点在于，使用了零模耦合行波对故障行波陡度进行增强，此方法利用输电线路发生故障后，零模分量经过所有三相通道且行波速度较线模慢的特点，通过零模在非故障相中的耦合，将所有非故障相纳入到对故障行波陡度的检测中。该弱故障行波信号增强方法直接对故障行波陡度进行增强，在手段上易于实现和应用。同时，该增强方法在技术实施过程中并没有将叠加运算限定在某两相之间，因此不仅适用于单相接地弱故障的信号增强，也适用于两相接地故障。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种弱故障行波信号增强方法，其特征是，包括如下步骤：
根据故障行波数据，确定故障相别相电流和非故障相别相电流；
利用非故障相别相电流的零模耦合行波，对故障相别相电流的行波进行陡度强化处理；
将零模在非故障相耦合出的非故障相别相电流的行波与故障相别相电流的行波进行波形叠加。
2.根据权利要求1所述的弱故障行波信号增强方法，其特征是，所述故障行波数据包括由输电线路上分布式故障诊断终端采集到的三相电流。
3.根据权利要求2所述的弱故障行波信号增强方法，其特征是，根据故障行波数据，确定故障相别相电流和非故障相别相电流，包括：
对三相电流进行相模变换以获取模电流，所述模电流包括零模和线模；
利用行波选相法判定模电流的故障相别；
基于故障相别判定结果，获取故障相别相电流和非故障相别相电流。
4.根据权利要求3所述的弱故障行波信号增强方法，其特征是，所述相模变换的计算公式如下：
式中，
为输电线路模电流的列向量，S为相模变换矩阵，
为输电线路相电流的列向量，T为转置运算，i 0为模电流的零模，i 1、i 2、i 3均为模电流的线模，其中i 1为1模，i 2为2模，i 3为3模；i a 、i b 、i c 分别为相电流的A相电流、B相电流和C相电流。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的弱故障行波信号增强方法，其特征是，利用非故障相别相电流的零模耦合行波，对故障相别相电流的行波进行陡度强化处理，还包括：对故障相别相电流或／和非故障相别相电流进行预处理。
6.根据权利要求5所述的弱故障行波信号增强方法，其特征是，所述预处理包括：采用数学形态法对故障相别相电流或／和非故障相别相电流的行波波形进行滤波。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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