CN117154662A - 一种小电阻接地系统的单回线复故障保护方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种小电阻接地系统的单回线复故障保护方法和装置，方法包括当检测到馈线上的零序电流超过保护启动阈值时，对馈线的零序电流进行录波并截取预设时长的波形，得到零序电流波形图像；采用背景像素填充零序电流波形图像至预定尺寸，生成更新波形图像；对更新波形图像进行图形填充，根据图形填充结果确定多个拟合点并拟合直线，提取对应的Hausdorff维数执行归一化，得到维数标准值；若维数标准值小于预设的判据阈值，则判定馈线发生接地故障并执行保护动作。从而通过零序电流的录波结合Hausdorff维数分析的方式，准确判断接地故障的发生情况，进而减少单回线复故障的发生，有效提高输电安全性。

Description

一种小电阻接地系统的单回线复故障保护方法和装置
技术领域
本发明涉及故障保护技术领域，尤其涉及一种小电阻接地系统的单回线复故障保护方法和装置。
背景技术
随着国民经济的发展和人民对环境要求的提高，我国大中城市配电网地下电缆覆盖率逐渐提高。与此同时，中性点经消弧线圈接地系统因为难以补偿电缆线路带来的快速增长的电容电流，极易发生欠补偿和谐振过电压的情况。相较之下，小电阻接地系统由于其降低弧光接地过电压和快速切除故障等优点，被越来越多的大中城市应用。
小电阻接地系统在发生不对称接地故障后，零序电流较大，因此配电网现场常采用阶段式零序电流保护切除接地故障，按躲过本线路对地电容的电流来整定，定值较高，一般为40-60A，保护耐受过渡电阻能力在85Ω到135Ω左右。
对于配网单相接地故障，当接地介质为水泥地、泥土、沥青等非理想导电介质时，会形成配电网高阻接地故障，此时的过渡电阻远远大于100Ω，传统的零序电流保护容易发生拒动。配电网长时间带高阻接地故障运行，持续存在的电流或电弧将影响电缆绝缘，在线路绝缘薄弱处易引发单回线复故障，极易引起人身触电伤亡、诱发山火等恶性事故，对人民生命财产安全造成很大的危害。
发明内容
本发明提供了一种小电阻接地系统的单回线复故障保护方法和装置，解决了对于配网单相接地故障，当接地介质为水泥地、泥土、沥青等非理想导电介质时，会形成配电网高阻接地故障，此时的过渡电阻远远大于100Ω，传统的零序电流保护容易发生拒动。配电网长时间带高阻接地故障运行，持续存在的电流或电弧将影响电缆绝缘，在线路绝缘薄弱处易引发单回线复故障，极易引起人身触电伤亡、诱发山火等恶性事故，对人民生命财产安全造成很大的危害的技术问题。
本发明提供的一种小电阻接地系统的单回线复故障保护方法，应用于小电阻接地系统内每条馈线上设置的保护装置，所述方法包括：
当检测到馈线上的零序电流超过保护启动阈值时，对所述零序电流进行录波并截取预设时长的波形，得到零序电流波形图像；
采用背景像素填充所述零序电流波形图像至预定尺寸，生成更新波形图像；
对所述更新波形图像进行图形填充，并根据图形填充结果确定多个拟合点；
采用全部所述拟合点生成拟合直线后，提取所述拟合直线对应的Hausdorff维数并执行归一化，得到维数标准值；
若所述维数标准值小于预设的判据阈值，则判定所述馈线发生接地故障并执行保护动作；
若所述维数标准值大于或等于预设的判据阈值，则判定所述馈线未发生接地故障。
可选地，所述当检测到馈线上的零序电流超过保护启动阈值时，对所述零序电流进行录波并截取预设时长的波形，得到零序电流波形图像的步骤，包括：
当检测到馈线上的零序电流超过保护启动阈值时，对所述零序电流进行录波，得到对应的初始零序电流波形图像；
从录波开始时刻起按照预设时长截取所述初始零序电流波形图像，得到所述馈线对应的零序电流波形图像。
可选地，所述对所述更新波形图像进行图形填充，并根据图形填充结果确定多个拟合点的步骤，包括：
以所述更新波形图像的尺寸作为初始尺寸，采用所述初始尺寸构建填充盒；
采用所述填充盒对所述更新波形图像进行填充，确定填充数量；
根据所述填充数量和所述初始尺寸，确定拟合点；
若所述初始尺寸大于预设边长阈值，则按照预设比例缩减所述初始尺寸，得到更新尺寸；
将所述更新尺寸作为初始尺寸，跳转执行所述采用所述初始尺寸构建填充盒的步骤，直至所述初始尺寸小于或等于预设边长阈值，得到多个所述拟合点。
可选地，所述根据所述填充数量和所述初始尺寸，确定拟合点的步骤，包括：
计算所述填充数量的对数值，得到拟合点纵坐标；
计算所述初始尺寸的倒数的对数值，得到拟合点横坐标；
采用所述拟合点横坐标和所述拟合点纵坐标，确定拟合点。
可选地，所述采用全部所述拟合点生成拟合直线后，提取所述拟合直线对应的Hausdorff维数并执行归一化，得到维数标准值的步骤，包括：
采用全部所述拟合点进行直线拟合，生成拟合直线；
将所述拟合直线的斜率确定为所述拟合直线对应的Hausdorff维数；
对所述Hausdorff维数进行归一化，得到维数标准值。
本发明还提供了一种小电阻接地系统的单回线复故障保护装置，应用于小电阻接地系统内每条馈线上设置的保护装置，所述装置包括：
零序电流波形生成模块，用于当检测到馈线上的零序电流超过保护启动阈值时，对所述零序电流进行录波并截取预设时长的波形，得到零序电流波形图像；
像素填充模块，用于采用背景像素填充所述零序电流波形图像至预定尺寸，生成更新波形图像；
拟合点确定模块，用于对所述更新波形图像进行图形填充，并根据图形填充结果确定多个拟合点；
维数归一化模块，用于采用全部所述拟合点生成拟合直线后，提取所述拟合直线对应的Hausdorff维数并执行归一化，得到维数标准值；
第一判定模块，用于若所述维数标准值小于预设的判据阈值，则判定所述馈线发生接地故障并执行保护动作；
第二判定模块，用于若所述维数标准值大于或等于预设的判据阈值，则判定所述馈线未发生接地故障。
可选地，所述零序电流波形生成模块具体用于：
当检测到馈线上的零序电流超过保护启动阈值时，对所述零序电流进行录波，得到对应的初始零序电流波形图像；
从录波开始时刻起按照预设时长截取所述初始零序电流波形图像，得到所述馈线对应的零序电流波形图像。
可选地，所述拟合点确定模块，包括：
填充盒构建子模块，用于以所述更新波形图像的尺寸作为初始尺寸，采用所述初始尺寸构建填充盒；
图像填充子模块，用于采用所述填充盒对所述更新波形图像进行填充，确定填充数量；
拟合点确定子模块，用于根据所述填充数量和所述初始尺寸，确定拟合点；
尺寸更新子模块，用于若所述初始尺寸大于预设边长阈值，则按照预设比例缩减所述初始尺寸，得到更新尺寸；
循环子模块，用于将所述更新尺寸作为初始尺寸，跳转执行所述采用所述初始尺寸构建填充盒的步骤，直至所述初始尺寸小于或等于预设边长阈值，得到多个所述拟合点。
可选地，所述拟合点确定子模块具体用于：
计算所述填充数量的对数值，得到拟合点纵坐标；
计算所述初始尺寸的倒数的对数值，得到拟合点横坐标；
采用所述拟合点横坐标和所述拟合点纵坐标，确定拟合点。
可选地，所述维数归一化模块具体用于：
采用全部所述拟合点进行直线拟合，生成拟合直线；
将所述拟合直线的斜率确定为所述拟合直线对应的Hausdorff维数；
对所述Hausdorff维数进行归一化，得到维数标准值。
从以上技术方案可以看出，本发明具有以下优点：
当检测到馈线上的零序电流超过保护启动阈值时，对馈线的零序电流进行录波并截取预设时长的波形，得到零序电流波形图像；采用背景像素填充零序电流波形图像至预定尺寸，生成更新波形图像；对更新波形图像进行图形填充，并根据图形填充结果确定多个拟合点；采用全部拟合点生成拟合直线后，提取拟合直线对应的Hausdorff维数并执行归一化，得到维数标准值；若维数标准值小于预设的判据阈值，则判定馈线发生接地故障并执行保护动作；若维数标准值大于或等于预设的判据阈值，则判定馈线未发生接地故障。从而通过零序电流的录波结合Hausdorff维数分析的方式，准确判断接地故障的发生情况，进而减少单回线复故障的发生，有效提高输电安全性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为本发明实施例一提供的一种小电阻接地系统的单回线复故障保护方法的步骤流程图；
图2为本发明实施例二提供的一种小电阻接地系统的单回线复故障保护方法的步骤流程图；
图3为本发明实施例提供的一种拟合直线示意图；
图4为本发明实施例中的一种10kV小电阻接地系统单回线复故障模型示意图；
图5为本发明实施例的零序电流波形示意图；
图6为本发明实施例三提供的一种小电阻接地系统的单回线复故障保护装置的结构框图。
具体实施方式
本发明实施例提供了一种小电阻接地系统的单回线复故障保护方法和装置，用于解决对于配网单相接地故障，当接地介质为水泥地、泥土、沥青等非理想导电介质时，会形成配电网高阻接地故障，此时的过渡电阻远远大于100Ω，传统的零序电流保护容易发生拒动。配电网长时间带高阻接地故障运行，持续存在的电流或电弧将影响电缆绝缘，在线路绝缘薄弱处易引发单回线复故障，极易引起人身触电伤亡、诱发山火等恶性事故，对人民生命财产安全造成很大的危害的技术问题。
为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
分形理论、混沌理论和孤立子理论是非线性科学的三大理论。与传统几何不同，分形理论对于自然界和科学实验中出现的那些凹凸不圆滑、破碎不连续、粗糙不光滑的形或无序系统可以进行较好的分析和研究。分形维数是描述分形的重要参数，能够反映分形的基本特征。分形维数是运用于分形信号处理技术中的一种主要度量工具。基于分维的特征提取度量的是信号复杂程度的变化。它与人类视觉对信号粗糙程度的感知是一致的，即分形维数越大，对应的信号越粗糙；反之，分形维数越小，对应的信号越光滑。
请参阅图1，图1为本发明实施例一提供的一种小电阻接地系统的单回线复故障保护方法的步骤流程图。
本发明提供的一种小电阻接地系统的单回线复故障保护方法，应用于小电阻接地系统内每条馈线上设置的保护装置，方法包括：
步骤101，当检测到馈线上的零序电流超过保护启动阈值时，对零序电流进行录波并截取预设时长的波形，得到零序电流波形图像；
三相电流的相量和不等于零，所产生的电流即为零序电流。不对称运行和单相运行是零序电流产生的主要原因。在正常的三相四线制电路中，三相电流的向量和等于零，即Ia+Ib+Ic＝0。如果在三相三线制中接入一个电流互感器，这时感应电流为零。当电路中发生触电或漏电故障时，回路中有漏电电流流过，这时穿过互感器的三相电流向量和不等零，其相量和为：Ia+Ib+Ic＝I(漏电电流，即零序电流)。这样互感器二次线圈中就有一个感应电流，此电流加于检测部分的电子放大电路，与保护区装置预定动作电流值相比较，若大于动作电流，则使灵敏继电器动作，作用于执行元件跳闸，这里的互感器称为零序电流互感器。
在本实施例中，保护装置当检测到其关联的馈线上出现了零序电流，同时零序电流超过了保护启动阈值，从当前时刻起对馈线的零序电流进行录波，截取从当前时刻起预设时长的波形作为零序电流波形图像。
需要说明的是，预设时长可以为一个工频周期，工频一般指市电的频率，例如工频交流电的频率为50Hz，周期为0.02秒，则工频周期为0.02秒。
步骤102，采用背景像素填充零序电流波形图像至预定尺寸，生成更新波形图像；
在本实施例中，在截取到零序电流波形图像后，可以采用背景像素填充的方式对其进行填充，使其尺寸变更为预定尺寸，例如2的幂次方，生成更新波形图像。
其中，背景像素指的是在截取得到零序电流波形图像后，波形所处界面的某一像素。
步骤103，对更新波形图像进行图形填充，并根据图形填充结果确定多个拟合点；
在本发明实施例中，采用预设尺寸的图形对更新波形图像进行图形填充，并按照梯度不断调整图像的尺寸直至其满足预设条件，此时根据各阶段图形填充结果分别计算对应的拟合点坐标，从而确定多个拟合点。
步骤104，采用全部拟合点生成拟合直线后，提取拟合直线对应的Hausdorff维数并执行归一化，得到维数标准值；
在发生接地故障时，非故障线路间零序电流波形相似程度高，非故障线路与故障线路零序电流波形相似程度低。可以判断出非故障线路的零序电流波形Hausdorff维数基本相同；故障线路的零序电流波形Hausdorff维数明显小于非故障线路的零序电流波形Hausdorff维数，具有差异性。
在确定多个拟合点后，可以采用全部拟合点进行直线拟合，从而生成拟合直线，提取其斜率作为Hausdorff维数，得到的Hausdorff维数不利于直接比较，需要对计算得到的Hausdorff维数进行归一化(Normalization)处理，从而得到维数标准值，以提供后续比较的数据基础。
需要说明的是，Hausdorff维数是一种能够精确测量复杂集(如分形)维数的方法，其数学定义如下：
定义HS(F)为F的s维Hausdorff测度，随着s的变化，存在使HS(F)从∞变化到0的临界值s0，其定义为Hausdorff维数，记作DF，即：
DF＝inf{s:HS(F)＝0}＝sup{s:HS(F)＝∞}
从定义出发，任意长度的直线段，其盒维数为1；任意面积的面，其盒维数为2；以此类推，任意体积的体，其盒维数为3。
步骤105，若维数标准值小于预设的判据阈值，则判定馈线发生接地故障并执行保护动作；
在本实施例中，若是维数标准值小于预设的判据阈值，则表明该馈线发生了单回线复故障，此时可以通过该保护装置对该馈线进行切除，以消除故障。
步骤106，若维数标准值大于或等于预设的判据阈值，则判定馈线未发生接地故障。
若是维数标准值大于或等于预设的判据阈值，则表明该馈线并未发生接地故障。
需要说明的是，当判定馈线未发生接地故障时，馈线上的零序电流超过保护启动阈值的情况可能为误报或是其他事项，此时可以进一步将其误报信息发送至预设的维护终端，以告知技术人员对其误报信息进行处理，例如实地测量或者重新检测零序电流，本发明实施例对具体处理方式并不限制。
在本发明实施例中，当检测到馈线上的零序电流超过保护启动阈值时，对馈线的零序电流进行录波并截取预设时长的波形，得到零序电流波形图像；采用背景像素填充零序电流波形图像至预定尺寸，生成更新波形图像；对更新波形图像进行图形填充，并根据图形填充结果确定多个拟合点；采用全部拟合点生成拟合直线后，提取拟合直线对应的Hausdorff维数并执行归一化，得到维数标准值；若维数标准值小于预设的判据阈值，则判定馈线发生接地故障并执行保护动作；若维数标准值大于或等于预设的判据阈值，则判定馈线未发生接地故障。从而通过零序电流的录波结合Hausdorff维数分析的方式，准确判断接地故障的发生情况，进而减少单回线复故障的发生，有效提高输电安全性。
请参阅图2，图2为本发明实施例二提供的一种小电阻接地系统的单回线复故障保护方法的步骤流程图。
本发明提供的一种小电阻接地系统的单回线复故障保护方法，应用于小电阻接地系统内每条馈线上设置的保护装置，方法包括：
步骤201，当检测到馈线上的零序电流超过保护启动阈值时，对零序电流进行录波并截取预设时长的波形，得到零序电流波形图像；
可选地，步骤201可以包括以下子步骤：
当检测到馈线上的零序电流超过保护启动阈值时，对零序电流进行录波，得到对应的初始零序电流波形图像；
从录波开始时刻起按照预设时长截取初始零序电流波形图像，得到馈线对应的零序电流波形图像。
在本发明实施例中，各条馈线上的保护装置分别对其馈线上的零序电流进行实时检测，当零序电流未超过保护启动阈值时，保护装置无需启动后续的保护过程。当检测到零序电流超过保护启动阈值时，表明此时该馈线可能出现了单回线复故障的接地故障，可以对该馈线的零序电流进行录波，以获取到对应的初始零序电流波形图像。
为获取到后续Hausdorff维数分析的数据基础，可以从录波开始时刻起按照预设时长截取初始零序电流波形图像，例如从录波开始时刻起截取该接地故障的可能发生时刻后一个工频周期内的波形图像，从而得到该馈线所对应的零序电流波形图像。
需要说明的是，零序电流可以通过零序电流互感器的方式进行实时检测，接地故障的类型可以包括但不限于以下类型：低过渡电阻两点同相接地故障、低过渡电阻两点异相接地故障、高过渡电阻两点同相接地故障和高过渡电阻两点异相接地故障。
保护采用零序电流幅值作为启动判据，对于零序电流启动值，受三相不同期合闸、线路三相对地参数不平衡及非全相供电等非理想因素影响，正常运行的系统中将存在不平衡零序电流。10kV小电阻接地系统架空线路和电缆线路的最大不平衡零序电流分别约为0.37A和0.26A。又考虑零序电流互感器的线性范围与测量误差，启动电流应至少达到零序互感器满量程(600A)的0.5％，即定值应不小于3A。所以，启动电流一次定值应取：
3I0>3A
即，当零序电流大于3A时，启动保护。
步骤202，采用背景像素填充零序电流波形图像至预定尺寸，生成更新波形图像；
在本发明实施例中，步骤202的具体实施过程与步骤102类似，在此不再赘述。
步骤203，以更新波形图像的尺寸作为初始尺寸，采用初始尺寸构建填充盒；
填充盒指的是边长为e的正方形框，e的初始值为更新波形图像的尺寸，e的值随着每次循环的判断会不断变更，直至小于或等于预设边长阈值。
在本实施例中，在首次计算填充数量时，以更新波形图像的尺寸作为初始尺寸，采用初始尺寸构建填充盒。
步骤204，采用填充盒对更新波形图像进行填充，确定填充数量；
在构建得到填充盒后，采用该初始尺寸的填充盒对更新波形图像进行填充，并统计其正方形框填充零序电流波形所需要的正方形个数，从而得到填充数量N(e)。
需要说明的是，填充数量N(e)指的是大小为“e”的盒子中至少包含一个物体像素的盒子数，可以通过编写matlab代码进行统计实现。
步骤205，根据填充数量和初始尺寸，确定拟合点；
进一步地，步骤205可以包括以下子步骤：
计算填充数量的对数值，得到拟合点纵坐标；
计算初始尺寸的倒数的对数值，得到拟合点横坐标；
采用拟合点横坐标和拟合点纵坐标，确定拟合点。
在本发明实施例中，可以通过计算填充数量的对数值，即log(N(e))，以确定拟合点纵坐标，同时计算初始尺寸的倒数的对数值log(1/e)，得到拟合点横坐标，结合拟合点横坐标与拟合点纵坐标确定在当前初始尺寸下的单个拟合点log(N(e))×log(1/e)。
步骤206，若初始尺寸大于预设边长阈值，则按照预设比例缩减初始尺寸，得到更新尺寸；
在计算得到当前初始尺寸下的单个拟合点后，进一步比较当前的初始尺寸与预设边长阈值，若是初始尺寸大于预设边长阈值，则按照预设比例对其进行缩减，以确定更新尺寸如e＝e/2。
需要说明的是，预设边长阈值可以设置为1，预设比例可以为1/2。
步骤207，将更新尺寸作为初始尺寸，跳转执行采用初始尺寸构建填充盒的步骤，直至初始尺寸小于或等于预设边长阈值，得到多个拟合点；
在计算得到更新尺寸后，采用更新尺寸作为初始尺寸，跳转执行步骤203-206的过程，以循环确定不同初始尺寸下的拟合点，直至初始尺寸小于或等于预设边长阈值，此时可以得到多个拟合点。
步骤208，采用全部拟合点生成拟合直线后，提取拟合直线对应的Hausdorff维数并执行归一化，得到维数标准值；
可选地，步骤208可以包括以下子步骤：
采用全部拟合点进行直线拟合，生成拟合直线；
将拟合直线的斜率确定为拟合直线对应的Hausdorff维数；
对Hausdorff维数进行归一化，得到维数标准值。
在发生单回线复故障时，非故障线路间零序电流波形相似程度高，非故障线路与故障线路零序电流波形相似程度低。可以判断出非故障线路的零序电流波形Hausdorff维数基本相同；故障线路的零序电流波形Hausdorff维数明显小于非故障线路的零序电流波形Hausdorff维数，具有差异性。
在本发明实施例中，可以采用最小二乘法对全部拟合点进行直线拟合，生成近似的拟合直线，如图3所示，将该拟合直线的斜率确定为对应的Hausdorff维数。
得到的Hausdorff维数不利于直接比较，需要对计算得到的Hausdorff维数进行归一化(Normalization)处理。把数据线性变换到一个很小的区间内([0,1]),便于数据结果之间的比较。本发明采用Min-max标准化作为数据归一化的方法，其计算公式如下所示：
式中：D′Fi为第i条线路的零序电流波形Hausdorff维数归一化后的维数标准值；DFi为第i条线路的零序电流波形Hausdorff维数初始值；Dmin为所有馈线零序电流波形Hausdorff维数初始最小值；Dmax为所有馈线零序电流波形Hausdorff维数初始最大值。
需要说明的是，一条直线可以表达成y＝bx+a形式，其中b为斜率，a为截距。最小二乘就是对n个点进行拟合，使其距离拟合直线的总体误差尽量小，求解方法也很简单，就是最小化每个点到直线的垂直误差。直线拟合的过程除最小二乘法外还可以选用霍夫变换、Hough变换等方式，本发明实施例对此不做限制。
步骤209，若维数标准值小于预设的判据阈值，则判定馈线发生接地故障并执行保护动作；
步骤210，若维数标准值大于或等于预设的判据阈值，则判定馈线未发生接地故障。
在本发明实施例中，判据阈值可以设定为固定常数或者其他值，例如0.5。当D′Fi<0.5时，判定该馈线发生接地故障并执行保护动作例如断开该馈线和母线之间的连接；若是D′Fi≥0.5，则判定馈线未发生接地故障。
请参阅图4，图4示出了本发明实施例中的一种10kV小电阻接地系统单回线复故障模型示意图。
在PSCAD/EMTDC 4.6中，建立图4所示的10kV小电阻接地系统单回线复故障模型。T1为主变压器，T0为接地变压器，Rg为中性点接地小电阻。系统共有五条馈线，其中设置线路1发生单回线复故障，故障点分别为f1、f2，过渡电阻为Rf1、Rf2，各线路长度、接地故障发生位置已在图4中标出。线路参数如下：正序：r1＝0.1050Ω/km，x1＝0.0800Ω/km，c1＝0.4700μF/km。零序：r0＝1.0500Ω/km，x0＝0.3200Ω/km，c0＝0.4090μF/km。
系统参数如表1所示：
系统等效阻抗(正序) 0.0001+j0.3607Ω
主变压器额定容量 50MVA
主变压器变比 110kV/10.5kV
主变压器连接组别 YNd11
接地变压器零序阻抗 j10Ω
接地小电阻 10Ω
表1
其中，通过仿真低阻/高阻、同相/异相单回线两点接地故障，并记录故障发生后一个工频周期内的零序电流波形，如图5所示。
如图5所示，可以看到故障线路零序电流波形明显区别于非故障线路零序电流波形，非故障线路间零序电流波形具有相似性，当其零序电流大于保护启动阈值时，计算各条线路零序电流波形的Hausdorff维数如下表2所示：
表2
对所有线路Hausdorff维数进行Min-max标准化，标准化后的维数标准值如表3所示：
表3
由仿真结果可见，本发明所提单回线复故障保护方法可以准确识别不同过渡电阻(低阻/高阻)和不同故障类型(同相/异相)的单回线接地复故障，耐受过渡电阻能力强，而且无需整定计算，具有良好的工程应用前景。
在本发明实施例中，当检测到馈线上的零序电流超过保护启动阈值时，对馈线的零序电流进行录波并截取预设时长的波形，得到零序电流波形图像；采用背景像素填充零序电流波形图像至预定尺寸，生成更新波形图像；对更新波形图像进行图形填充，并根据图形填充结果确定多个拟合点；采用全部拟合点生成拟合直线后，提取拟合直线对应的Hausdorff维数并执行归一化，得到维数标准值；若维数标准值小于预设的判据阈值，则判定馈线发生接地故障并执行保护动作；若维数标准值大于或等于预设的判据阈值，则判定馈线未发生接地故障。从而通过零序电流的录波结合Hausdorff维数分析的方式，Hausdorff维数是众多分维数中最重要的一个，它对任何集合都适用，在理论上意义重大。本发明所提方法填补了小电阻接地系统单回线复故障保护方法的不足，不仅可以准确识别两点同相接地故障，也可以识别两点异相接地故障，而且耐受过渡电阻能力强，无需电压信息，判据简单，原理清晰，无需复杂的整定计算。准确判断接地故障的发生情况，进而减少单回线复故障的发生，有效提高输电安全性。
请参阅图6，图6示出了本发明实施例三的一种小电阻接地系统的单回线复故障保护装置的结构框图。
本发明实施例提供了一种小电阻接地系统的单回线复故障保护装置，应用于小电阻接地系统内每条馈线上设置的保护装置，装置包括：
零序电流波形生成模块601，用于当检测到馈线上的零序电流超过保护启动阈值时，对零序电流进行录波并截取预设时长的波形，得到零序电流波形图像；
像素填充模块602，用于采用背景像素填充零序电流波形图像至预定尺寸，生成更新波形图像；
拟合点确定模块603，用于对更新波形图像进行图形填充，并根据图形填充结果确定多个拟合点；
维数归一化模块604，用于采用全部拟合点生成拟合直线后，提取拟合直线对应的Hausdorff维数并执行归一化，得到维数标准值；
第一判定模块605，用于若维数标准值小于预设的判据阈值，则判定馈线发生接地故障并执行保护动作；
第二判定模块606，用于若维数标准值大于或等于预设的判据阈值，则判定馈线未发生接地故障。
可选地，零序电流波形生成模块601具体用于：
当检测到馈线上的零序电流超过保护启动阈值时，对零序电流进行录波，得到对应的初始零序电流波形图像；
从录波开始时刻起按照预设时长截取初始零序电流波形图像，得到馈线对应的零序电流波形图像。
可选地，拟合点确定模块603，包括：
填充盒构建子模块，用于以更新波形图像的尺寸作为初始尺寸，采用初始尺寸构建填充盒；
图像填充子模块，用于采用填充盒对更新波形图像进行填充，确定填充数量；
拟合点确定子模块，用于根据填充数量和初始尺寸，确定拟合点；
尺寸更新子模块，用于若初始尺寸大于预设边长阈值，则按照预设比例缩减初始尺寸，得到更新尺寸；
循环子模块，用于将更新尺寸作为初始尺寸，跳转执行采用初始尺寸构建填充盒的步骤，直至初始尺寸小于或等于预设边长阈值，得到多个拟合点。
可选地，拟合点确定子模块具体用于：
计算填充数量的对数值，得到拟合点纵坐标；
计算初始尺寸的倒数的对数值，得到拟合点横坐标；
采用拟合点横坐标和拟合点纵坐标，确定拟合点。
可选地，维数归一化模块具体用于：
采用全部拟合点进行直线拟合，生成拟合直线；
将拟合直线的斜率确定为拟合直线对应的Hausdorff维数；
对Hausdorff维数进行归一化，得到维数标准值。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的装置和模块的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
在本发明所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述模块的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个模块或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或模块的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
以上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种小电阻接地系统的单回线复故障保护方法，其特征在于，应用于小电阻接地系统内每条馈线上设置的保护装置，所述方法包括：
当检测到馈线上的零序电流超过保护启动阈值时，对所述零序电流进行录波并截取预设时长的波形，得到零序电流波形图像；
采用背景像素填充所述零序电流波形图像至预定尺寸，生成更新波形图像；
对所述更新波形图像进行图形填充，并根据图形填充结果确定多个拟合点；
采用全部所述拟合点生成拟合直线后，提取所述拟合直线对应的Hausdorff维数并执行归一化，得到维数标准值；
若所述维数标准值小于预设的判据阈值，则判定所述馈线发生接地故障并执行保护动作；
若所述维数标准值大于或等于预设的判据阈值，则判定所述馈线未发生接地故障。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述当检测到馈线上的零序电流超过保护启动阈值时，对所述零序电流进行录波并截取预设时长的波形，得到零序电流波形图像的步骤，包括：
当检测到馈线上的零序电流超过保护启动阈值时，对所述零序电流进行录波，得到对应的初始零序电流波形图像；
从录波开始时刻起按照预设时长截取所述初始零序电流波形图像，得到所述馈线对应的零序电流波形图像。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对所述更新波形图像进行图形填充，并根据图形填充结果确定多个拟合点的步骤，包括：
以所述更新波形图像的尺寸作为初始尺寸，采用所述初始尺寸构建填充盒；
采用所述填充盒对所述更新波形图像进行填充，确定填充数量；
根据所述填充数量和所述初始尺寸，确定拟合点；
若所述初始尺寸大于预设边长阈值，则按照预设比例缩减所述初始尺寸，得到更新尺寸；
将所述更新尺寸作为初始尺寸，跳转执行所述采用所述初始尺寸构建填充盒的步骤，直至所述初始尺寸小于或等于预设边长阈值，得到多个所述拟合点。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述根据所述填充数量和所述初始尺寸，确定拟合点的步骤，包括：
计算所述填充数量的对数值，得到拟合点纵坐标；
计算所述初始尺寸的倒数的对数值，得到拟合点横坐标；
采用所述拟合点横坐标和所述拟合点纵坐标，确定拟合点。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述采用全部所述拟合点生成拟合直线后，提取所述拟合直线对应的Hausdorff维数并执行归一化，得到维数标准值的步骤，包括：
采用全部所述拟合点进行直线拟合，生成拟合直线；
将所述拟合直线的斜率确定为所述拟合直线对应的Hausdorff维数；
对所述Hausdorff维数进行归一化，得到维数标准值。
6.一种小电阻接地系统的单回线复故障保护装置，其特征在于，应用于小电阻接地系统内每条馈线上设置的保护装置，所述装置包括：
零序电流波形生成模块，用于当检测到馈线上的零序电流超过保护启动阈值时，对所述零序电流进行录波并截取预设时长的波形，得到零序电流波形图像；
像素填充模块，用于采用背景像素填充所述零序电流波形图像至预定尺寸，生成更新波形图像；
拟合点确定模块，用于对所述更新波形图像进行图形填充，并根据图形填充结果确定多个拟合点；
维数归一化模块，用于采用全部所述拟合点生成拟合直线后，提取所述拟合直线对应的Hausdorff维数并执行归一化，得到维数标准值；
第一判定模块，用于若所述维数标准值小于预设的判据阈值，则判定所述馈线发生接地故障并执行保护动作；
第二判定模块，用于若所述维数标准值大于或等于预设的判据阈值，则判定所述馈线未发生接地故障。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述零序电流波形生成模块具体用于：
当检测到馈线上的零序电流超过保护启动阈值时，对所述零序电流进行录波，得到对应的初始零序电流波形图像；
从录波开始时刻起按照预设时长截取所述初始零序电流波形图像，得到所述馈线对应的零序电流波形图像。
8.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述拟合点确定模块，包括：
填充盒构建子模块，用于以所述更新波形图像的尺寸作为初始尺寸，采用所述初始尺寸构建填充盒；
图像填充子模块，用于采用所述填充盒对所述更新波形图像进行填充，确定填充数量；
拟合点确定子模块，用于根据所述填充数量和所述初始尺寸，确定拟合点；
尺寸更新子模块，用于若所述初始尺寸大于预设边长阈值，则按照预设比例缩减所述初始尺寸，得到更新尺寸；
循环子模块，用于将所述更新尺寸作为初始尺寸，跳转执行所述采用所述初始尺寸构建填充盒的步骤，直至所述初始尺寸小于或等于预设边长阈值，得到多个所述拟合点。
9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述拟合点确定子模块具体用于：
计算所述填充数量的对数值，得到拟合点纵坐标；
计算所述初始尺寸的倒数的对数值，得到拟合点横坐标；
采用所述拟合点横坐标和所述拟合点纵坐标，确定拟合点。
10.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述维数归一化模块具体用于：
采用全部所述拟合点进行直线拟合，生成拟合直线；
将所述拟合直线的斜率确定为所述拟合直线对应的Hausdorff维数；
对所述Hausdorff维数进行归一化，得到维数标准值。
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