CN113253060B - 考虑主动干预型消弧装置动作影响的故障诊断方法及系统 - Google Patents

Abstract

本公开提出了考虑主动干预型消弧装置动作影响的故障诊断方法及系统，包括：获取高阻接地故障引起消弧装置动作带来的零序电流突变量；基于零序电流突变量计算各线路首端测点的平均改进灰色关联度，平均改进灰色关联度最小的线路即为故障线路；根据故障线路上各测量点的相对位置，将故障线路的主线路划分为N个区段，计算区段k首末两端测量点的改进灰色关联度，改进灰色关联度最小的区段即为故障区段。该方法不受故障点位置、过渡电阻阻值、消弧装置动作初相角和故障类型的影响，在电缆弧光和瞬时性弧光接地的情况下，也能准确辨识故障线路和实现故障区段定位。

Description

考虑主动干预型消弧装置动作影响的故障诊断方法及系统

技术领域

本公开属于故障诊断技术领域，尤其涉及考虑主动干预型消弧装置动作影响的故障诊断方法及系统。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

主动干预型消弧作为一种新型消弧技术，当配电网发生单相接地故障时，装置通过闭合母线处的故障相快速接地开关，将故障点处弧光接地故障转化为变电站内金属性接地故障，从而钳制故障点电压，降低故障点电流，能够有效阻止故障点电弧重燃以及弧光过电压的产生，目前主动干预型消弧装置已经推广试用。

主动干预型消弧装置用于处理单相接地故障，提高故障选相可靠性是主动干预型消弧装置的关键环节，若选相错误，该装置动作后将会引发更为严重的相间短路且具有将故障引入站内的风险。主动干预型消弧装置在灭弧过程中会将母线故障相金属性接地，新增的接地点使得故障相电压降低、零序电压升高，同时也会改变零序电流的幅值、相位特征。但传统故障诊断方法未考虑装置投入对原故障特征的改变，可能导致错误选线及错误定位。

发明内容

为克服上述现有技术的不足，本公开提供了考虑主动干预型消弧装置动作影响的故障诊断方法，考虑装置动作带来的新的电气量特征，利用适用于主动干预型消弧装置的故障选线和区段定位，解决现有方法可能失效的问题。

为实现上述目的，本公开的一个或多个实施例提供了如下技术方案：

第一方面，公开了考虑主动干预型消弧装置动作影响的故障诊断方法，包括：

获取高阻接地故障引起消弧装置动作带来的零序电流突变量；

基于零序电流突变量计算各线路首端测点的平均改进灰色关联度，平均改进灰色关联度最小的线路即为故障线路；

计算故障线路中各区段首末测点之间的改进灰色关联度，输出各区段中改进灰色关联度最小值所对应的区段即为故障区段。

进一步的技术方案，故障区段定位时，倘若区段存在分支线路，则应根据分支线路上测量点分布情况，进一步定位至具体的子区段。

进一步的技术方案，获取零序电流突变量时，对消弧装置中开关闭合前后的零序电流分别进行归一化处理，利用归一化后的零序电流计算零序电流突变量。

进一步的技术方案，还包括：获得零序网络的首容性频带范围，对零序电流进行滤波预处理。

进一步的技术方案，对于中性点不接地系统，首容性频带的范围是0～f′Hz，f′为所有健全线路自身串联谐振频率的最小值。

进一步的技术方案，改进灰色关联度计算过程为：

假设有两个序列x(t)和y(t)，其中x(t)＝(x(1),x(2)…x(n))，y(t)＝(y(1),y(2)…y(n))，定义：

序列x(t)和y(t)之间的改进灰色绝对关联度ε_xy可由下式计算：

进一步的技术方案，当配电网发生单相接地故障时，主动干预型消弧装置根据选相判据闭合故障相接地开关，启动故障区段定位流程。

第二方面，公开了考虑主动干预型消弧装置动作影响的故障诊断系统，包括：

零序电流突变量获取模块，被配置为：获取高阻接地故障引起消弧装置动作带来的零序电流突变量；

故障线路确定模块，被配置为：基于零序电流突变量计算各线路首端测点的平均改进灰色关联度，平均改进灰色关联度最小的线路即为故障线路；

故障区段确定模块，被配置为：根据故障线路上各测量点的相对位置，将故障线路的主线路划分为N个区段，计算区段k首末两端测量点的改进灰色关联度，改进灰色关联度最小的区段即为故障区段。

以上一个或多个技术方案存在以下有益效果：

针对配置有主动干预型消弧装置的中性点不接地系统，提出利用消弧装置动作前后各区段零序电流突变量差异性的故障区段定位方法。各健全线路首端测点的零序电流突变量波形相似，且与故障线路首端测点的波形差异性较大，可首先辨识出故障线路。故障线路中故障区段的首端测点和末端测点的零序电流突变量波形差异性较大，而健全区段的首末端测点波形相似，可进一步确定出故障区段。该方法不受故障点位置、过渡电阻阻值、消弧装置动作初相角和故障类型的影响，在电缆弧光和瞬时性弧光接地的情况下，也能准确辨识故障线路和实现故障区段定位。

本发明附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

构成本公开的一部分的说明书附图用来提供对本公开的进一步理解，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的不当限定。

图1为本公开实施例不接地系统典型相频特性。

图2为本公开实施例方法的流程图。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本公开提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本公开所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本公开的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

在不冲突的情况下，本公开中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

实施例一

本实施例公开了考虑主动干预型消弧装置动作影响的故障诊断方法，结合装置动作带来的电气量特征(如三相电压、电流)的时序变化特性，提出适用于主动干预型消弧装置的故障选线和区段定位方法。

具体包括：

获取零序电流突变量：

当发生高阻接地故障时，各线路的零序电流较小。消弧装置动作后，相当于母线处发生金属性接地故障，各线路的零序电流很大。若直接采用装置动作前后的零序电流进行突变量的计算，会导致突变量近似等于开关闭合后的零序电流，产生大数吃小数的情况，不能间接反映零序电流相位的变化。因此需要对开关闭合前后的零序电流分别进行归一化处理

式中I表示零序电流，max{|I(t)|}为幅值最大值。

利用归一化后的零序电流I′，可计算零序电流突变量：

ΔI′＝I′(t₀+T)-I′(t₀-T) (2)

式中t₀为故障时刻，T为工频周期，ΔI′为归一化处理后的零序电流突变量，避免了大数吃小数的情况，能更好反应零序电流的相位变化情况。

计算零序电流突变量之后，根据零序电流突变量，进行故障检测。

为排除电网中电力电子负荷引起的谐波等高频分量的影响，确定首容性频带：

由于故障特征暂态量，集中在某特征频带内；通过计算这个频带，可以过滤其他高频扰动分量，提高算法的精确性。

上述的分析是建立在理想的线路对地电容模型基础上，但实际线路阻抗会交替呈现容性和感性，导致暂态零序电流的频率成分十分复杂。因此需要找到零序网络的首容性频带范围，对零序电流进行滤波预处理，使所提算法到达更优的效果。

根据电路原理，长度为L的线路的输入阻抗为：

式中r₀、l₀和c₀分别为单位长度零序电阻、零序电感和零序电容。

单条线路j首次串联谐振的频率f_js为：

图1是中性点不接地系统的典型相频特性示意图，该系统具有三条简单出线。

设f′为所有健全线路自身串联谐振频率的最小值

f′＝min(f_1s,f_2s,…,f_js) (5)

对于中性点不接地系统，首容性频带的范围是0～f′Hz。在计算特征指标时，只考虑特征频带内的信号，超过这个频带的不计算在内。

改进灰色关联度：

故障线路和健全线路的零序电流突变量波形差异性较大，而健全线路之间的零序电流突变量波形相似，需要从数学的角度去量化这种波形的相似性，使其能集成到消弧装置的硬件算法中进行实际应用。

灰色关联度由我国邓聚龙教授提出，通过分析序列曲线的几何形状，来判断不同序列之间的相似程度，具有运算量小和泛化性强的特点。曲线几何形状越接近则灰色关联度越接近1，反之则越接近0。但是对于两个绝对值相等、符号相反的曲线，其灰色关联度也等于1，难以从灰色关联度的角度对两个序列进行区分。为解决这一问题，本发明对灰色关联度进行了改进。

具体改进点：在计算Sx-Sy的过程中各项都加入了绝对值，因此改进灰色关联度能区分对两个绝对值相等、符号相反的曲线。

假设有两个序列x(t)和y(t)，其中X(t)＝(x(1),x(2)…x(n))，Y(t)＝(y(1),y(2)…y(n))，定义：

序列x(t)和y(t)之间的改进灰色绝对关联度ε_xy可由下式计算：

带入的物理量：各个量测点的零序电流突变量数据。

假设已知线路L1和线路L2首端量测点的零序电流突变量数据分别为ΔI_L1和ΔI_L2，则可按照公式计算ΔI_L1和ΔI_L2之间的改进灰色关联度。

在计算|s_x-s_y|的过程中各项都加入了绝对值，因此改进灰色关联度能区分对两个绝对值相等、符号相反的曲线。

参见附图2所示，具体实施例子中，故障区段定位流程：

当配电网发生单相接地故障时，主动干预型消弧装置根据选相判据闭合故障相接地开关，随后启动本发明所提的故障区段定位算法，主要有以下4个步骤：

1)启动故障区段定位程序。主动干预型消弧装置闭合故障相接地开关后，立即启动故障区段定位流程。

2)获取零序电流突变量。馈线终端单元(FTU)采集各测点在接地开关闭合前后1个周期的零序电流数据，进行滤波处理。进而计算归一化后的零序电流突变量数据，并上传至主站。

具体的，利用测量点安装的PMU，将零序电流数据上传到变电站主站的配电自动化系统。

3)故障选线。计算各线路首端测点的平均改进灰色关联度。设各线路首端测点分别为L₁,L₂,…,L_n，则线路i的平均改进灰色关联度为

平均改进灰色关联度最小的线路即为故障线路。

4)故障区段定位。根据故障线路上各测量点的相对位置，将故障线路的主线路划分为N个区段，从首端到末端依次为区段1～区段N。计算区段k首末两端测量点的改进灰色关联度ε(k)，改进灰色关联度最小的区段即为故障区段。倘若存在分支线路，则应根据分支线路上测量点分布情况，进一步定位至具体的子区段。

具体的，根据分支线路上测量点的分布情况，同样将分支线路划分为若干个区段。计算各个子区段首末两端测量点的改进灰色关联度，改进灰色关联度最小的区段即为故障子区段。

实施例二

本实施例的目的是提供一种计算装置,包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现上述方法的步骤。

实施例三

本实施例的目的是提供一种计算机可读存储介质。

一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时执行上述方法的步骤。

实施例四

本实施例的目的是提供考虑主动干预型消弧装置动作影响的故障诊断系统，包括：

零序电流突变量获取模块，被配置为：获取高阻接地故障引起消弧装置动作带来的零序电流突变量；

故障线路确定模块，被配置为：基于零序电流突变量计算各线路首端测点的平均改进灰色关联度，平均改进灰色关联度最小的线路即为故障线路；

故障区段确定模块，被配置为：根据故障线路上各测量点的相对位置，将故障线路的主线路划分为N个区段，计算区段k首末两端测量点的改进灰色关联度，改进灰色关联度最小的区段即为故障区段。

以上实施例二、三和四的装置中涉及的各步骤与方法实施例一相对应，具体实施方式可参见实施例一的相关说明部分。术语“计算机可读存储介质”应该理解为包括一个或多个指令集的单个介质或多个介质；还应当被理解为包括任何介质，所述任何介质能够存储、编码或承载用于由处理器执行的指令集并使处理器执行本公开中的任一方法。

本领域技术人员应该明白，上述本公开的各模块或各步骤可以用通用的计算机装置来实现，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。本公开不限制于任何特定的硬件和软件的结合。

以上所述仅为本公开的优选实施例而已，并不用于限制本公开，对于本领域的技术人员来说，本公开可以有各种更改和变化。凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

上述虽然结合附图对本公开的具体实施方式进行了描述，但并非对本公开保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本公开的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本公开的保护范围以内。

Claims (9)

1.考虑主动干预型消弧装置动作影响的故障诊断方法，其特征是，包括：

获取高阻接地故障引起消弧装置动作带来的零序电流突变量；

基于零序电流突变量计算各线路首端测点的平均改进灰色关联度，平均改进灰色关联度最小的线路即为故障线路；

计算故障线路中各区段首末测点之间的改进灰色关联度，输出各区段中改进灰色关联度最小值所对应的区段即为故障区段；

改进灰色关联度计算过程为：

假设有两个序列x(t)和y(t)，其中x(t)＝(x(1),x(2)…x(n))，y(t)＝(y(1),y(2)…y(n))，定义：

序列x(t)和y(t)之间的改进灰色绝对关联度ε_xy可由下式计算：

假设已知线路L1和线路L2首端量测点的零序电流突变量数据分别为ΔI_L1和ΔI_L2，即为公式中的两个序列x(t)和y(t)，则可按照上述公式计算ΔI_L1和ΔI_L2之间的改进灰色关联度。

2.如权利要求1所述的考虑主动干预型消弧装置动作影响的故障诊断方法，其特征是，故障区段定位时，倘若区段存在分支线路，则应根据分支线路上测量点分布情况，进一步定位至具体的子区段。

3.如权利要求1所述的考虑主动干预型消弧装置动作影响的故障诊断方法，其特征是，获取零序电流突变量时，对消弧装置中开关闭合前后的零序电流分别进行归一化处理，利用归一化后的零序电流计算零序电流突变量。

4.如权利要求1所述的考虑主动干预型消弧装置动作影响的故障诊断方法，其特征是，还包括：获得零序网络的首容性频带范围，对该频带范围内的零序电流进行滤波预处理。

5.如权利要求4所述的考虑主动干预型消弧装置动作影响的故障诊断方法，其特征是，对于中性点不接地系统，首容性频带的范围是0～f′Hz，f′为所有健全线路自身串联谐振频率的最小值。

6.如权利要求1所述的考虑主动干预型消弧装置动作影响的故障诊断方法，其特征是，当配电网发生单相接地故障时，主动干预型消弧装置根据选相判据闭合故障相接地开关，启动故障区段定位流程。

7.一种考虑主动干预型消弧装置动作影响的故障诊断系统，其特征是，该系统适用于如权利要求1-6任一所述的故障诊断方法，包括：

零序电流突变量获取模块，被配置为：获取高阻接地故障引起消弧装置动作带来的零序电流突变量；

故障线路确定模块，被配置为：基于零序电流突变量计算各线路首端测点的平均改进灰色关联度，平均改进灰色关联度最小的线路即为故障线路；

故障区段确定模块，被配置为：根据故障线路上各测量点的相对位置，将故障线路的主线路划分为N个区段，计算区段k首末两端测量点的改进灰色关联度，改进灰色关联度最小的区段即为故障区段。

8.一种计算装置,包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征是，所述处理器执行所述程序时实现上述权利要求1-6任一所述的方法的步骤。

9.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征是，该程序被处理器执行时执行上述权利要求1-6任一所述的方法的步骤。

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