CN116298665A - 一种配电电缆弧光接地故障判定方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种配电电缆弧光接地故障判定方法及系统,主要涉及接地故障判定技术领域,主要解决了现阶段无法判定具体弧光接地故障的技术问题。包括:获取被监测电缆的零序电压,通过零序电压确认是否存在故障;在零序电压的瞬时值突变量启动后,获取启动前20ms和启动后200ms的零序电流信号数据;将零序电流信号数据分解为低频段0~125Hz和高频段376~1250Hz的零序电流数据;利用小波包对低频段0~125Hz和高频段376~1250Hz的零序电流数据进行分析,进而以能量的形式来表示零序电流数据对应的小波包分解结果;基于小波变换的模极大值点,确定小波包分解结果的相对小波包能量与预设阈值之间的关系,从而进行接地故障判定。
Description
技术领域
本申请涉及接地故障判定技术领域,尤其涉及一种配电电缆弧光接地故障判定方法及系统。
背景技术
为了满足供电需求,城市电网中电力电缆所占的比重越来越大。虽然电力电缆运行可靠性比架空线路高,但是由于各种因素的影响,在运行中电力电缆也会发生故障。配电网故障主要表现为单相接地故障,单相接地故障中又以电弧接地故障最为常见。例如在电厂与变电站电缆桥架、电缆隧道、电缆夹层、电缆沟、电缆竖井、开关设备、变压器、电阻排等电力设备在长期的高压中发热而老化引起火灾,经过多年来火灾调查研究发现大多数的火灾事故都是由于温度过高引起的接地故障,尤其以电缆隧道的火灾导致的接地故障损失为最大。
现阶段,为了避免温度过高引起的接地故障,主要采用的方法为:通过红外测温装置结合其他辅助设备,共同发现电缆接地引线异常发热故障。
但是,上述方法只是温度的检测,不能够进行故障类型的判别,因此,亟需一种配电电缆弧光接地故障判定方法及系统,以实现区别接地故障类型尤其弧光接地故障,以及对故障特征进行精确的区分,为线路故障区段隔离提供依据。
发明内容
针对现有技术的上述不足,本发明提供一种配电电缆弧光接地故障判定方法及系统,以解决上述技术问题。
第一方面,本申请提供了一种配电电缆弧光接地故障判定方法,方法包括:获取被监测电缆的零序电压,通过零序电压确认是否存在故障;在零序电压的瞬时值突变量启动后,获取启动前20ms和启动后200ms的零序电流信号数据;将零序电流信号数据分解为低频段0~125Hz和高频段376~1250Hz的零序电流数据;利用小波包对低频段0~125Hz和高频段376~1250Hz的零序电流数据进行分析,进而以能量的形式来表示零序电流数据对应的小波包分解结果;基于小波变换的模极大值点,确定小波包分解结果的相对小波包能量与预设阈值之间的关系,从而进行接地故障判定。
进一步地,通过零序电压确认是否确实存在故障,具体包括:根据判断公式:,确认是否确实存在故障;其中,/>、、/>分别是电压信号第k周波、第k-1周波、第k-2周波的第n个采样值;A是启动阈值;当超过阈值A时,确定存在故障。
进一步地,获取启动前20ms和启动后200ms的零序电流信号数据;将零序电流信号数据分解为低频段0~125Hz和高频段376~1250Hz的零序电流数据,具体包括:获取启动前20ms和启动后200ms的零序电流信号数据;其中,零序电流数据的数据采样采样点不低于每周波256个点;对零序电流信号数据进行滤波,将零序电流信号数据分解为低频段0~125Hz和高频段376~1250Hz的零序电流数据;其中,低频段零序电流数据的获取方法为采用切比雪夫滤波低通滤波方法,高频段零序电流数据的获取方法为采用切比雪夫滤波带通滤波方法。
进一步地,利用小波包对低频段0~125Hz和高频段376~1250Hz的零序电流数据进行分析,进而以能量的形式来表示零序电流数据对应的小波包分解结果,具体包括:对低频段0~125Hz和高频段376~1250Hz的零序电流数据,利用小波包进行分析,选取db3小波对信号进行4层小波包分解;假设信号经第i层小波包分解后的小波包系数为S(i,0),S(i,1),…S(i,)则各频带对应的能量为:/>,总的小波包能量值为;;式中i是分解层数:j是第j个频带;定义相对小波包能量为。
进一步地,基于小波变换的模极大值点,确定小波包分解结果的相对小波包能量与预设阈值之间的关系,从而进行接地故障判定,具体包括:当零序电流数据的相对小波包能量,则判定为金属性接地故障;当零序电流数据的相对小波包能量,则判定弧光接地故障。
第二方面,本申请提供了一种配电电缆弧光接地故障判定系统,系统包括:确定模块,用于获取被监测电缆的零序电压,通过零序电压确认是否存在故障;分解模块,用于在零序电压的瞬时值突变量启动后,获取启动前20ms和启动后200ms的零序电流信号数据;将零序电流信号数据分解为低频段0~125Hz和高频段376~1250Hz的零序电流数据;表示模块,用于利用小波包对低频段0~125Hz和高频段376~1250Hz的零序电流数据进行分析,进而以能量的形式来表示零序电流数据对应的小波包分解结果;判定模块,用于基于小波变换的模极大值点,确定小波包分解结果的相对小波包能量与预设阈值之间的关系,从而进行接地故障判定。
进一步地,确定模块包括计算单元;用于根据判断公式:,确认是否确实存在故障;其中,/>、、/>分别是电压信号第k周波、第k-1周波、第k-2周波的第n个采样值;A是启动阈值;当超过阈值A时,确定存在故障。
进一步地,分解模块包括获取单元;用于获取启动前20ms和启动后200ms的零序电流信号数据;其中,零序电流数据的数据采样采样点不低于每周波256个点;对零序电流信号数据进行滤波,将零序电流信号数据分解为低频段0~125Hz和高频段376~1250Hz的零序电流数据;其中,低频段零序电流数据的获取方法为采用切比雪夫滤波低通滤波方法,高频段零序电流数据的获取方法为采用切比雪夫滤波带通滤波方法。
本领域技术人员能够理解的是,本发明至少具有如下有益效果:
本发明提供了一种配电电缆弧光接地故障判定方法及系统,通对故障时零序电流信号进行小波包分解,然后进一步分析波形的频带能量,依据量化的零序电流信号作为判据,辨别出金属性接地故障和弧光接地故障,从而直观、明显、准确地识别故障类型,减少故障引起的停电损失。
附图说明
下面参照附图来描述本公开的部分实施例,附图中:
图1是本申请实施例提供的一种配电电缆弧光接地故障判定系统内部结构示意图;
图2 为本发明实施例金属性接地零序电流故障录波图图;
图3为本发明实施例弧光接地零序电流故障录波图;
图4为本发明实施例计算各频带相对小波包能量值;
图5是本申请实施例提供的一种配电电缆弧光接地故障判定方法流程图。
具体实施方式
本领域技术人员应当理解的是,下文所描述的实施例仅仅是本公开的优选实施例,并不表示本公开仅能通过该优选实施例实现,该优选实施例仅仅是用于解释本公开的技术原理,并非用于限制本公开的保护范围。基于本公开提供的优选实施例,本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动的情况下所获得的其它所有实施例,仍应落入到本公开的保护范围之内。
还需要说明的是,术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含,从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素,而且还包括没有明确列出的其他要素,或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下,由语句“包括一个……”限定的要素,并不排除在包括要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。
下面通过附图对本申请实施例提出的技术方案进行详细的说明。
图1为本申请实施例提供的一种配电电缆弧光接地故障判定方法。如图1所示,本申请实施例提供的方法,主要包括:
本实施例的一种配电电缆弧光接地故障判定算法,执行如下步骤:
步骤110,获取被监测电缆的零序电压,通过零序电压确认是否存在故障。
本步骤可以具体为:获取被监测电缆的零序电压和零序电流信号,用零序电压判断是否发生故障,零序电压的瞬时值突变量启动后再使用有效值进行确认是否确实存在故障,每次处理一个周波数据,突变量监测结合前两周波数据,判断公式:
突变量启动后再使用一周波真有效值判断确认,分别检测直接零序电压,合成零序电压和出线零序电流的真有效值,超出阈值认为发生故障,启动;否则认为无故障,不启动。其中启动阈值为8V,有效值为连续3个周波的有效值大于25V。
步骤120,在零序电压的瞬时值突变量启动后,获取启动前20ms和启动后200ms的零序电流信号数据;将零序电流信号数据分解为低频段0~125Hz和高频段376~1250Hz的零序电流数据。
本步骤具体可以为:获取启动前20ms和启动后200ms的零序电流信号数据;其中,零序电流数据的数据采样采样点不低于每周波256个点;对零序电流信号数据进行滤波,将零序电流信号数据分解为低频段0~125Hz和高频段376~1250Hz的零序电流数据;其中,低频段零序电流数据的获取方法为采用切比雪夫滤波低通滤波方法,高频段零序电流数据的获取方法为采用切比雪夫滤波带通滤波方法。
步骤130,利用小波包对低频段0~125Hz和高频段376~1250Hz的零序电流数据进行分析,进而以能量的形式来表示零序电流数据对应的小波包分解结果。
本步骤可以具体为:对低频段0~125Hz和高频段376~1250Hz的零序电流数据,利用小波包进行分析,选取db3小波对信号进行4层小波包分解;以能量的形式来表示小波包分解结果。包括:假设信号经第层小波包分解后的小波包系数为S(i,0),S(i,1),…S(i,/>)则各频带对应的能量为:/>,总的小波包能量值为;/>;式中i是分解层数:j是第j个频带;定义相对小波包能量为/>。
步骤140,基于小波变换的模极大值点,确定小波包分解结果的相对小波包能量与预设阈值之间的关系,从而进行接地故障判定。
需要说明的是,小波变换在信号突变处的系数具有模量极大值,由小波变换的模极大值点,可以检测到信号的突变点,从而明显地观察信号的不同特性。预设阈值可以为0.05,判据可以为:若信号的相对小波包能量,则判定为金属性接地故障;若信号的相对小波包能量/>,则判定弧光接地故障。
作为本发明的一个实施案例,图2为金属性接地零序电流故障录波图图,图3为本发明实施例弧光接地零序电流故障录波图,对某35kV变电站出线发生的弧光接地进行小波包能量法进行分析。发生金属性故障时,零序电流含有冲击电流而且只有一个冲击波峰,持续时间比较短,冲击波峰过后零序电流呈现稳态周期性变化。但是,发生弧光接地时零序电流不稳定,波形类似脉冲尖峰。而且可以看出电弧放电存在很大的随机性,故障发生前两个周波内每0.02s发生两次电弧放电现象。对实际录波进行小波包能量分解如图4所示。由以上结果可知金属性接地故障小波包能量,弧光接地故障小波包能量,判断结果与实际相符。
除此之外,图2为本申请实施例提供的一种配电电缆弧光接地故障判定方法。如图2所示,本申请实施例提供的系统,主要包括:
确定模块210,用于获取被监测电缆的零序电压,通过零序电压确认是否存在故障。
确定模块210还可以包括计算单元211;用于根据判断公式:,确认是否确实存在故障;其中,/>、、/>分别是电压信号第k周波、第k-1周波、第k-2周波的第n个采样值;A是启动阈值;当超过阈值A时,确定存在故障。
分解模块220,用于在零序电压的瞬时值突变量启动后,获取启动前20ms和启动后200ms的零序电流信号数据;将零序电流信号数据分解为低频段0~125Hz和高频段376~1250Hz的零序电流数据。
分解模块220包括获取单元221;用于获取启动前20ms和启动后200ms的零序电流信号数据;其中,零序电流数据的数据采样采样点不低于每周波256个点;对零序电流信号数据进行滤波,将零序电流信号数据分解为低频段0~125Hz和高频段376~1250Hz的零序电流数据;其中,低频段零序电流数据的获取方法为采用切比雪夫滤波低通滤波方法,高频段零序电流数据的获取方法为采用切比雪夫滤波带通滤波方法。
表示模块230,用于利用小波包对低频段0~125Hz和高频段376~1250Hz的零序电流数据进行分析,进而以能量的形式来表示零序电流数据对应的小波包分解结果。
判定模块240,用于基于小波变换的模极大值点,确定小波包分解结果的相对小波包能量与预设阈值之间的关系,从而进行接地故障判定。
上述实施例仅仅为本发明的优选实例而已,并不用于限制本发明,对于本领域的技术人员来说,本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同变化、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
至此,已经结合前文的多个实施例描述了本公开的技术方案,但是,本领域技术人员容易理解的是,本公开的保护范围并不仅限于这些具体实施例。在不偏离本公开技术原理的前提下,本领域技术人员可以对上述各个实施例中的技术方案进行拆分和组合,也可以对相关技术特征作出等同的更改或替换,凡在本公开的技术构思和/或技术原理之内所做的任何更改、等同替换、改进等都将落入本公开的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种配电电缆弧光接地故障判定方法,其特征在于,所述方法包括:
获取被监测电缆的零序电压,通过零序电压确认是否存在故障;
在零序电压的瞬时值突变量启动后,获取启动前20ms和启动后200ms的零序电流信号数据;将零序电流信号数据分解为低频段0~125Hz和高频段376~1250Hz的零序电流数据;
利用小波包对低频段0~125Hz和高频段376~1250Hz的零序电流数据进行分析,进而以能量的形式来表示零序电流数据对应的小波包分解结果;
基于小波变换的模极大值点,确定小波包分解结果的相对小波包能量与预设阈值之间的关系,从而进行接地故障判定。
3.根据权利要求1所述的配电电缆弧光接地故障判定方法,其特征在于,获取启动前20ms和启动后200ms的零序电流信号数据;将零序电流信号数据分解为低频段0~125Hz和高频段376~1250Hz的零序电流数据,具体包括:
获取启动前20ms和启动后200ms的零序电流信号数据;其中,零序电流数据的数据采样采样点不低于每周波256个点;
对零序电流信号数据进行滤波,将零序电流信号数据分解为低频段0~125Hz和高频段376~1250Hz的零序电流数据;其中,低频段零序电流数据的获取方法为采用切比雪夫滤波低通滤波方法,高频段零序电流数据的获取方法为采用切比雪夫滤波带通滤波方法。
6.一种配电电缆弧光接地故障判定系统,其特征在于,所述系统包括:
确定模块,用于获取被监测电缆的零序电压,通过零序电压确认是否存在故障;
分解模块,用于在零序电压的瞬时值突变量启动后,获取启动前20ms和启动后200ms的零序电流信号数据;将零序电流信号数据分解为低频段0~125Hz和高频段376~1250Hz的零序电流数据;
表示模块,用于利用小波包对低频段0~125Hz和高频段376~1250Hz的零序电流数据进行分析,进而以能量的形式来表示零序电流数据对应的小波包分解结果;
判定模块,用于基于小波变换的模极大值点,确定小波包分解结果的相对小波包能量与预设阈值之间的关系,从而进行接地故障判定。
8.根据权利要求6所述的配电电缆弧光接地故障判定系统,其特征在于,分解模块包括获取单元;
用于获取启动前20ms和启动后200ms的零序电流信号数据;其中,零序电流数据的数据采样采样点不低于每周波256个点;对零序电流信号数据进行滤波,将零序电流信号数据分解为低频段0~125Hz和高频段376~1250Hz的零序电流数据;其中,低频段零序电流数据的获取方法为采用切比雪夫滤波低通滤波方法,高频段零序电流数据的获取方法为采用切比雪夫滤波带通滤波方法。
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CN117590158B (zh) * | 2024-01-18 | 2024-04-19 | 华中科技大学 | 一种配电网的异常状态识别方法、装置和控制系统 |
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