CN114089100A - 一种基于相电流故障分量相关系数的单相故障选相方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种通过零序电流故障分量判别故障起始时刻；以当前采样点的瞬时值减去两周前采样点的瞬时值计算相电流的故障分量；将相电流故障分量经低通滤波器，滤除高次谐波；逐个采样点计算电流故障分量瞬时值平方在一周内的和；计算任意两相之间的相关系数；根据故障分量瞬时值平方在一周内的和以及相关系数进行选相。该选相方法不受中性点接地方式的影响，在经过渡电阻或者弧光接地的情况下也能正确选相，且计算方法数据窗短，计算量小，动作速度快。

Description

一种基于相电流故障分量相关系数的单相故障选相方法
技术领域
本发明涉及电力系统继电保护技术领域，具体涉及一种基于相电流故障分量相关系数的单相故障选相方法。
背景技术
电力系统的线路是最容易出现故障的元件之一。输电线路的故障选相是继电保护必不可少的环节，可靠快速的故障选相是保护准确动作、故障正确处理的前提。我国低压电网广泛采用小电流接地方式运行，发生接地故障时，故障电流为电容电流，故障电流小，且故障处过渡电阻的存在，使得故障信号不明显，给故障选相增加了难度。小电流接地系统单相接地故障占全网故障的80％以上，尽快选出故障线路，测定故障相，对于系统运行具有重要意义。因此，为提高小电流接地系统选相的准确率和速度，本发明提出了一种基于相电流故障分量相关系数的单相故障选相方法。
发明内容
本发明实施例的目的是提供一种基于相电流故障分量相关系数的单相故障选相方法，以提高小电流接地系统选相的准确率和速度。
为解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种基于相电流故障分量相关系数的单相接地故障选相方法，包括如下步骤：
根据零序电流的变化量确定故障起始点；
从所述故障起始点开始计算相电流故障分量；
将三相电流的故障分量经低通滤波器，滤除高次谐波；
逐个采样点计算电流故障分量瞬时值平方在一周内的和；
分别计算任意两相之间电流故障分量的相关系数；
根据故障电流瞬时值平方和以及相间相关系数的关系进行选相判别。
进一步地，所述根据零序电流的变化量确定故障起始点，包括：
逐个采样点判断是否满足：
|i0(k)-i0(k-2N)|＞1.25×|i0(k-2N)-i0(k-4N)|+Iset；
其中：i0(k)为当前点的零序电流瞬时值，i0(k-2N)为两周期前零序电流瞬时值，i0(k-4N)为四周期前零序电流瞬时值，Iset为零序启动电流定值，k为采样序号，N为每个工频周期的采样点数。
进一步地，所述从所述故障起始点开始计算相电流故障分量，包括：
从所述故障起始点开始，以当前采样点瞬时值减去两周期前采样点瞬时值，得到所述相电流故障分量
Figure BDA0003348787900000021
Figure BDA0003348787900000022
其中，
Figure BDA0003348787900000023
为相别，分别为A、B、C相，
Figure BDA0003348787900000024
为所述相电流的所述当前采样点的瞬时值，
Figure BDA0003348787900000025
为所述相电流两周期前采样点瞬时值，k为采样序号，N为每个工频周期的采样点数。
进一步地，所述低通滤波器，形式为：
Figure BDA0003348787900000026
其中,x为采样数据，k为采样序号,y为采样数据经所述低通滤波器后输出的数据。
进一步地，所述逐个采样点计算电流故障分量瞬时值平方在一周内的和，包括：
Figure BDA0003348787900000027
Figure BDA0003348787900000028
Figure BDA0003348787900000029
其中，idA(j)、idB(j)、idC(j)分别为A相、B相和C相电流故障分量经低通滤波器后的瞬时值，k为采样序号。
进一步地，所述任意两相之间电流故障分量的相关系数为：
Figure BDA0003348787900000031
其中：idA(j)和idB(j)分别为A相和B相电流故障分量经低通滤波器后的瞬时值，k为采样序号，N为每个工频周期的采样点数。
进一步地，所述根据故障电流瞬时值平方和以及相间相关系数的关系进行选相判别，包括：
对于所述故障起始点半周后的任一采样点，若满足SA(k)、SB(k)、SC(k)均大于预设阈值，则所述故障起始点某一相和另外两相的所述相关系数均小于预设低定值，且另外两相的相关系数大于预设高定值，则该相为故障相，即该相在所述采样点的选相结果为1；
对于所述故障起始点半周后的任一采样点，若满足SA(k)、SB(k)、SC(k)中有且仅有两个大于所述预设阈值，则两个之中较大且大于较小的两倍数值对应的相为故障相，即该相在所述采样点的选相结果为1；
对于所述故障起始点半周后的任一采样点，若满足SA(k)、SB(k)、SC(k)中有且仅有一个大于预设阈值，则大于所述预设阈值的相为故障相，该相在所述采样点的选相结果为1。
进一步地，所述预设阈值为8×10-5。
进一步地，所述相关系数的预设高定值为0.7；
所述相关系数的预设低定值为-0.3。
进一步地，若某一相连续6个采样点选相结果为1，则该相为故障相。
综上所述，本发明提供了一种基于相电流故障分量相关系数的单相故障选相方法，该方法包括通过零序电流故障分量判别故障起始时刻；以当前采样点的瞬时值减去两周前采样点的瞬时值计算相电流的故障分量；将相电流故障分量经低通滤波器，滤除高次谐波；逐个采样点计算电流故障分量瞬时值平方在一周内的和；计算任意两相之间的相关系数；根据故障分量瞬时值平方在一周内的和以及相关系数进行选相。
本发明的有益效果是：该选相方法具有较高的适用性，对于中性点经消弧线圈接地或者不接地的系统均适用，具有较高的准确性。算法在故障起始时刻后的半周到两周时间内进行计算，计算量小；判据基于采样点，数据窗短，选相速度快。
附图说明
图1是本发明的一种基于相电流故障分量相关系数的单相故障选相方法的流程示意图；
图2是本发明实施例的高通滤波器的幅频响应。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
请参照图1，一种基于相电流故障分量相关系数的选相方法，流程如图1所示，具体实施步骤如下：
1)根据零序电流的变化量确定故障起始点。
利用零序电流的突变量确定故障起始时刻，方法为：逐个采样点判断是否满足以下公式：
|i0(k)-i0(k-2N)|＞1.25×|i0(k-2N)-i0(k-4N)|+Iset；
其中：i0(k)为当前点的零序电流瞬时值，i0(k-2N)为两周期前零序电流瞬时值，i0(k-4N)为四周期前零序电流瞬时值，Iset为零序启动电流定值，k为采样序号，N为每个工频周期的采样点数，本发明中采用的是每个工频周期80个采样点。
逐个采样点进行启动判别，若连续10个点中有6个及以上的点满足启动条件，则该线路启动。满足条件的第一个点记为故障起始点。
2)从故障起始点开始，计算相电流故障分量。
从故障起始时刻开始，按照以下公式逐个采样点计算相电流故障分量：
Figure BDA0003348787900000051
其中，
Figure BDA0003348787900000052
为相别，分别为A、B、C相，
Figure BDA0003348787900000053
为相电流的当前采样点的瞬时值，
Figure BDA0003348787900000054
为相电流两周期前采样点的瞬时值，k为采样序号，N为每个工频周期的采样点数。
3)将三相电流的故障分量经低通滤波器，滤除高次谐波。
低通滤波器形式为：
Figure BDA0003348787900000055
其中,x为采样数据，k为采样序号,y为采样数据经低通滤波器后输出的数据。
滤波器系数b0～b33分别为0.0028,0.0035,0.0055,0.0080,0.0111,0.0148,0.0189,0.0235,0.0284,0.0334,0.0384,0.0431,0.0474,0.0511,0.0541,0.0561,0.0572,0.0572,0.0561,0.0541,0.0511,0.0474,0.0431,0.0384,0.0334,0.0284,0.0235,0.0189,0.0148,0.0111,0.0080,0.0055,0.0035,0.0028。
该低通滤波器的幅频响应如图2所示。
4)逐个采样点计算电流故障分量瞬时值平方在一周内的和。
逐个采样点计算三相电流故障分量瞬时值平方在一周内的和，具体方法为：
Figure BDA0003348787900000056
其中，idA(j)、idB(j)、idC(j)分别为A相、B相和C相电流故障分量经低通滤波器后的瞬时值，k为采样序号。
5)分别计算相电流故障分量的任意两相之间的相关系数。
计算相电流故障分量的任意两相之间的相关系数，以AB相为例，计算方法为：
Figure BDA0003348787900000061
其中：idA(j)和idB(j)分别为A相和B相电流故障分量经低通滤波器后的瞬时值，StrNum为故障起始时刻对应的采样序号，k为采样序号，N为每个工频周期的采样点数。
按照以上公式，分别计算AB相、BC相和CA相的相关系数。
6)根据故障电流瞬时值平方和以及相间相关系数的关系进行选相判别。
根据相电流故障分量的相关系数进行选相的步骤包括：
对于故障起始时刻半周后的任一采样点，假设SA(k)、SB(k)、SC(k)均大于门槛值(门槛值为8×10-5)，即相关系数计算公式中的分母不是极小值的情况下，如果满足该点某一相和另外两相的相关系数均小于低定值，且另外两相的相关系数大于高定值，则该相位故障相，即该相在这一采样点的选相结果为1。
对于故障起始时刻半周后的任一采样点，若SA(k)、SB(k)、SC(k)中有且仅有两个大于门槛值，两个之中较大，且大于较小的两倍的数值对应的相为故障相。该相在这一采样点的选相结果为1。
对于故障起始时刻半周后的任一采样点，若SA(k)、SB(k)、SC(k)中有且仅有一个大于门槛值，则大于门槛值的相为故障相。该相在这一采样点的选相结果为1。
若某一相有连续6个点的选相结果均为1，则该相为故障相。
本发明实施例旨在保护本发明提供了一种基于相电流故障分量相关系数的单相故障选相方法。该方法根据零序电流故障分量判别故障起始时刻；以当前采样点的瞬时值减去两周前采样点的瞬时值计算相电流的故障分量；将相电流故障分量经低通滤波器，防止高频分量对选相结果的影响；逐个采样点计算电流故障分量瞬时值平方在一周内的和；计算任意两相之间的相关系数；并根据故障分量瞬时值平方在一周内的和以及相关系数进行故障相别判断。该选相方法不受中性点接地方式、过渡电阻、故障位置的影响，数据窗短，计算量小，动作速度快。
应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。

Claims (10)

1.一种基于相电流故障分量相关系数的单相接地故障选相方法，其特征在于，包括如下步骤：
根据零序电流的变化量确定故障起始点；
从所述故障起始点开始计算相电流故障分量；
将三相电流的故障分量经低通滤波器，滤除高次谐波；
逐个采样点计算电流故障分量瞬时值平方在一周内的和；
分别计算任意两相之间电流故障分量的相关系数；
根据故障电流瞬时值平方和以及相间相关系数的关系进行选相判别。
2.根据权利要求1所述的基于相电流故障分量相关系数的单相接地故障选相方法，其特征在于，所述根据零序电流的变化量确定故障起始点，包括：
逐个采样点判断是否满足：
|i0(k)-i0(k-2N)|＞1.25×|i0(k-2N)-i0(k-4N)|+Iset；
其中：i0(k)为当前点的零序电流瞬时值，i0(k-2N)为两周期前零序电流瞬时值，i0(k-4N)为四周期前零序电流瞬时值，Iset为零序启动电流定值，k为采样序号，N为每个工频周期的采样点数。
3.根据权利要求1或2所述的基于相电流故障分量相关系数的单相接地故障选相方法，其特征在于，所述从所述故障起始点开始计算相电流故障分量，包括：
从所述故障起始点开始，以当前采样点瞬时值减去两周期前采样点瞬时值，得到所述相电流故障分量
Figure FDA0003348787890000011
Figure FDA0003348787890000012
其中，
Figure FDA0003348787890000013
为相别，分别为A、B、C相，
Figure FDA0003348787890000014
为所述相电流的所述当前采样点的瞬时值，
Figure FDA0003348787890000015
为所述相电流两周期前采样点瞬时值，k为采样序号，N为每个工频周期的采样点数。
4.根据权利要求1所述的基于相电流故障分量相关系数的单相接地故障选相方法，其特征在于，
所述低通滤波器，形式为：
Figure FDA0003348787890000021
其中,x为采样数据，k为采样序号,y为采样数据经所述低通滤波器后输出的数据。
5.根据权利要求1所述的基于相电流故障分量相关系数的单相接地故障选相方法，其特征在于，所述逐个采样点计算电流故障分量瞬时值平方在一周内的和，包括：
Figure FDA0003348787890000022
Figure FDA0003348787890000023
Figure FDA0003348787890000024
其中，idA(j)、idB(j)、idC(j)分别为A相、B相和C相电流故障分量经低通滤波器后的瞬时值，k为采样序号。
6.根据权利要求5所述的基于相电流故障分量相关系数的单相接地故障选相方法，其特征在于，
所述任意两相之间电流故障分量的相关系数为：
Figure FDA0003348787890000025
其中：idA(j)和idB(j)分别为A相和B相电流故障分量经低通滤波器后的瞬时值，k为采样序号，N为每个工频周期的采样点数。
7.根据权利要求1所述的基于相电流故障分量相关系数的单相接地故障选相方法，其特征在于，所述根据故障电流瞬时值平方和以及相间相关系数的关系进行选相判别，包括：
对于所述故障起始点半周后的任一采样点，若满足SA(k)、SB(k)、SC(k)均大于预设阈值，则所述故障起始点某一相和另外两相的所述相关系数均小于预设低定值，且另外两相的相关系数大于预设高定值，则该相为故障相，即该相在所述采样点的选相结果为1；
对于所述故障起始点半周后的任一采样点，若满足SA(k)、SB(k)、SC(k)中有且仅有两个大于所述预设阈值，则两个之中较大且大于较小的两倍数值对应的相为故障相，即该相在所述采样点的选相结果为1；
对于所述故障起始点半周后的任一采样点，若满足SA(k)、SB(k)、SC(k)中有且仅有一个大于预设阈值，则大于所述预设阈值的相为故障相，该相在所述采样点的选相结果为1。
8.根据权利要求7所述的基于相电流故障分量相关系数的单相接地故障选相方法，其特征在于，
所述预设阈值为8×10-5。
9.根据权利要求7所述的基于相电流故障分量相关系数的单相接地故障选相方法，其特征在于，
所述相关系数的预设高定值为0.7；
所述相关系数的预设低定值为-0.3。
10.根据权利要求7-9任一所述的基于相电流故障分量相关系数的单相接地故障选相方法，其特征在于，
若某一相连续6个采样点选相结果为1，则该相为故障相。
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