一种小电流系统接地故障定位方法技术方案

本发明专利技术公开了一种小电流系统接地故障定位方法，包括：提取故障馈线上每个馈线终端在故障时刻前后的零序电流；逐点移动数据窗并计算出每个馈线终端在每个数据窗下的零序电流的特征值；构建每个馈线终端的特征值曲线；获取故障馈线上与母线最近的馈线终端的每个特征值曲线中最大特征值对应的采样点；获取剩余馈线终端的特征值曲线中与上述获取的相同的采样点对应的特征值；计算相邻两个馈线终端的特征值的欧式距离；将欧式距离按照从大到小排列并选取最大的N个欧式距离；若一个欧式距离大于剩余N‑1个欧式距离之和，则该欧式距离对应的两个馈线终端之间的区间为故障区间。本发明专利技术通过上述方法，可以提高故障定位的可靠性以及减轻数据通道的通信压力。

A method of grounding fault location for small current system

The invention discloses a small current grounding system fault location method, extracting the fault feeder on each feeder terminal in the zero sequence current before and after the fault time; point-to-point mobile data window and calculates the characteristics of zero sequence current of each feeder terminal in each data window of the value; the construction characteristics of each feeder terminal value curve; each feature acquisition of feeder terminal fault feeder and recent bus maximum value corresponding to the characteristic curve of sampling points; to obtain the residual value characteristics of feeder terminal characteristic curve with the same sampling point obtained above the corresponding value; Euclidean distance calculation features two adjacent feeder terminal value; the Euclidean distance from the to arrange and select the N largest Euclidean distance; if a Euclidean distance is greater than the remaining 1 N Euclidean distance and the Euclidean distance of two corresponding The interval between the terminals of the feeder is a fault interval. The invention can improve the reliability of the fault location and reduce the communication pressure of the data channel through the method mentioned above.

【技术实现步骤摘要】
一种小电流系统接地故障定位方法
本专利技术涉及配电网故障检测的
，尤其涉及一种小电流系统接地故障定位方法。
技术介绍
在我国，配电网的面积分布较广，故障率较高，而保护配置相对较低。中压配电网以架空线路为主，单相接地故障比例较大，由于配电网普遍采用小电流接地方式，单相接地故障时并未形成短路回路，仅由馈线零序电容产生较小的故障电流，这样系统仍然可带故障继续运行1～2h。为了避免单相接地故障进一步扩大，需尽快找到接地故障点，排除故障。我国对小电流单相接地故障选线技术进行了大量研究，但小电流接地故障定位技术涉及相对较少，且实际应用效果很不理想，以致目前现场仍然广泛采用传统的人工巡线法或拉线法确定故障点，不仅耗费大量的人力物力，给用户造成较大的经济损失，而且降低配电系统的供电稳定性，不利于配电自动化的发展。单相接地故障区段定位方法一般分为阻抗法、零序电流比幅比相法、5次谐波法、行波法、信号注入法、相关分析法等。阻抗法一般用于中性点接地的高压输电线路的故障定位，在配电网中可用性较低。零序电流比幅比相法适用于中性点不接地的配电网系统，但对于经消弧线圈接地的配电网，该方法定位失效。5次谐波法因受系统网络结构、接地电阻、故障合闸角的影响，故障定位稳定性较差。行波法一般要求很高的采样频率，同时配电网具有多馈线、多分支的复杂结构，会使行波产生多个折射、反射波，显然，行波法也不适用于配电网单相接地故障定位。信号注入法虽有一定的优点，但注入信号的强度受电压互感器(Potentialtransformer，PT)容量限制，且需要额外的信号发生设备，增加投资成本，经济性较差。相关分析法是比较零序电流的波形相似性定位故障区段，该方法需上传大量的采样数据，且对信号的同步性要求较高，增加了通信压力。人工智能算法，如神经网络，专家系统等也开始应用于单相接地故障定位的研究，但是计算量大，可行性低。上述故障区段定位的原理均是根据故障上游馈线终端与故障下游馈线终端故障信号的差异实现故障定位。针对现有的故障定位方法(如相关分析法)需要馈线终端上传一个或多个周波的采样数据，而采样频率一般有上千赫兹，这给通信造成一定的压力，以及现有的故障定位方法(如5次谐波法)只利用单一的故障信息，故障特征提取较少，故障定位可靠性低，实际应用范围较小的缺陷，实有必要提供可以实现故障定位可靠性高、通信压力小的小电流故障定位方法。
技术实现思路
针对现有的小电流故障定位方法存在的定位可靠性不高，数据上传量大的缺陷，实有必要提供一种小电流系统接地故障定位方法，减小数据上传量，减轻数据通道的通信压力及提高定位可靠性。一方面，本专利技术提供一种小电流故障定位方法，包括：步骤1：提取故障馈线上每个馈线终端在故障时刻前后的零序电流；实时采集母线的零序电压，当检测到母线的零序电压超过故障判别阈值，首先根据故障选线方法确定故障馈线，并提取故障馈线上M个馈线终端中每个馈线终端在故障时刻前P个工频周期和故障时刻后Q个工频周期的零序电流；其中，0.5≤P≤2，1≤Q≤3，M≥3；步骤2：选取数据窗的长度为一个工频周期，在步骤1提取的每个馈线终端的零序电流上逐点移动数据窗并计算出每个馈线终端在每个数据窗下零序电流的特征值；其中，特征值包括偏度、方差以及极值三类特征值，每个馈线终端在P+Q个工频周期内有D个采样点；步骤3：根据步骤2计算出的特征值构建每个馈线终端的特征值曲线；其中，特征值曲线包括偏度曲线、方差曲线以及极值曲线，特征值曲线是特征值-采样点的曲线；特征值曲线中的采样点为步骤1提取的馈线终端的零序电流中前P+Q-1个工频周期中的采样点；步骤4：获取故障馈线上与母线最近的馈线终端的每个特征值曲线中最大特征值对应的采样点；步骤5：获取故障馈线上剩余的M-1个馈线终端的特征值曲线中与步骤4中相同的采样点对应的各类特征值；步骤6：根据步骤4中的最大特征值以及步骤5获取的特征值依次计算相邻两个馈线终端的特征值的欧式距离；步骤7：将步骤6所计算出的欧式距离按照从大到小排列，并从中选取最大的N个欧式距离；其中，3≤N≤M-1；步骤8：若步骤7中存在一个相邻两个馈线终端的特征值的欧式距离大于剩余N-1个欧式距离之和，上述一个相邻两个馈线终端的特征值的欧式距离对应的两个相邻馈线终端之间的区间为故障区间；若不存在，返回步骤1重新选择故障馈线进行故障定位。其中特征值曲线中任意一个特征值与采样点的对应关系如下：逐点移动的数据窗以该采样点为起始点的数据窗所有数据对应的特征值。优选地，步骤2中特征值中的偏差计算公式如下所示：其中，Sk(i0ab(j))表示以第j个采样点为起始点的数据窗内零序电流i0ab的偏度；表示随机变量为的期望算子；i0ab(n)为故障馈线a上编号为b的馈线终端在采样点n时所采样的零序电流，n为采样点，Ns为选定的数据窗长度下的采样点的数量，μ和σ分别表示i0ab的期望和标准差。优选地，步骤2中特征值中的方差计算公式如下所示：Va(i0ab(j))＝E[(i0ab(n)-E(i0ab(n)))2],n＝j,j+1,...,j+Ns-1其中，Va(i0ab(j))表示以第j个采样点为起始点的数据窗内零序电流i0ab的方差；E[(i0ab(n)-E(i0ab(n)))2]表示随机变量为(i0ab(n)-E(i0ab(n)))2的期望算子；E(i0ab(n))表示随机变量为i0ab(n)的期望算子；i0ab(n)为故障馈线a上编号为b的馈线终端在采样点n时所采集的零序电流，n为采样点，Ns为选定的数据窗长度下的采样点的数量。优选地，步骤2中特征值中的极值计算公式如下所示：Ra(i0ab(j))＝max(i0ab(n))-min(i0ab(n)),n＝j,j+1,...,j+Ns-1其中，Ra(i0ab(j))表示以第j个采样点为起始点的数据窗内零序电流i0ab的极值；max(i0ab(n))表示包含Ns个采样点数的数据窗内零序电流i0ab的最大值；min(i0ab(n))表示包含Ns个采样点数的数据窗内零序电流i0ab的最大值，n为采样点，Ns为选定的数据窗长度下的采样点的数量。优选地，步骤6中相邻两个馈线终端特征值的欧式距离计算公式如下：其中，d(k,k-1)表示第k个馈线终端和第k-1个馈线终端的特征值的欧式距离；Skk、Vak、Rak分别为第k个馈线终端的偏度曲线、方差曲线以及极值曲线上与步骤4中相同采样点对应的偏度、方差、极值；Skk-1、Vak-1、Rak-1分别为第k-1个馈线终端的偏度曲线、方差曲线以及极值曲线上与步骤4中相同采样点对应的偏度、方差、极值。优选地，步骤7中选取最大的N个欧式距离中的N为3。有益效果：本专利技术提供了一种小电流系统接地故障定位方法，通过采集故障馈线上的馈线终端在故障前后的零序电流，提取零序电流的特征值并依次计算相邻馈线终端的特征值的欧式距离，再通过识别是否存在一个欧式距离大于剩余N-1个欧式距离之和，若存在，则该一个欧式距离对应的两个相邻馈线终端之间的区间为故障区间。本专利技术通过从零序电流中提取多个特征值来实现故障定位，相比于现有故障定位中仅仅利用单一故障信息来定位的方法，本专利技术故障定位方法的可靠性更高，此外，本专利技术提取的是几个特征值，因此仅需上传提取本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种小电流系统接地故障定位方法，其特性在于，包括：步骤1：提取故障馈线上每个馈线终端在故障时刻前后的零序电流；实时采集母线的零序电压，当检测到母线的零序电压超过故障判别阈值，首先根据故障选线方法确定故障馈线，并提取所述故障馈线上M个馈线终端中每个馈线终端在故障时刻前P个工频周期和故障时刻后Q个工频周期的零序电流；其中，0.5≤P≤2，1≤Q≤3，M≥3；步骤2：选取数据窗的长度为一个工频周期，在步骤1提取的每个馈线终端的零序电流上逐点移动数据窗并计算出每个馈线终端在每个数据窗下零序电流的特征值；其中，所述特征值包括偏度、方差以及极值三类特征值，每个馈线终端在P+Q个工频周期内有D个采样点；步骤3：根据步骤2计算出的特征值构建每个馈线终端的特征值曲线；其中，所述特征值曲线包括偏度曲线、方差曲线及极值曲线，所述特征值曲线是特征值‑采样点的曲线；特征值曲线中的采样点为步骤1提取的馈线终端的零序电流中前P+Q‑1个工频周期中的采样点；步骤4：获取所述故障馈线上与母线最近的馈线终端的每个特征值曲线中最大特征值对应的采样点；步骤5：获取所述故障馈线上剩余的M‑1个馈线终端的特征值曲线中与步骤4中相同的采样点对应的各类特征值；步骤6：根据步骤4中的最大特征值以及步骤5获取的特征值依次计算相邻两个馈线终端的特征值的欧式距离；步骤7：将步骤6所计算出的欧式距离按照从大到小排列，并从中选取最大的N个欧式距离；其中，3≤N≤M‑1；步骤8：若步骤7中存在一个相邻两个馈线终端的特征值的欧式距离大于剩余N‑1个欧式距离之和，所述一个相邻两个馈线终端的特征值的欧式距离对应的两个相邻馈线终端之间的区间为故障区间；若不存在，返回步骤1重新选择故障馈线进行故障定位。...

【技术特征摘要】
1.一种小电流系统接地故障定位方法，其特性在于，包括：步骤1：提取故障馈线上每个馈线终端在故障时刻前后的零序电流；实时采集母线的零序电压，当检测到母线的零序电压超过故障判别阈值，首先根据故障选线方法确定故障馈线，并提取所述故障馈线上M个馈线终端中每个馈线终端在故障时刻前P个工频周期和故障时刻后Q个工频周期的零序电流；其中，0.5≤P≤2，1≤Q≤3，M≥3；步骤2：选取数据窗的长度为一个工频周期，在步骤1提取的每个馈线终端的零序电流上逐点移动数据窗并计算出每个馈线终端在每个数据窗下零序电流的特征值；其中，所述特征值包括偏度、方差以及极值三类特征值，每个馈线终端在P+Q个工频周期内有D个采样点；步骤3：根据步骤2计算出的特征值构建每个馈线终端的特征值曲线；其中，所述特征值曲线包括偏度曲线、方差曲线及极值曲线，所述特征值曲线是特征值-采样点的曲线；特征值曲线中的采样点为步骤1提取的馈线终端的零序电流中前P+Q-1个工频周期中的采样点；步骤4：获取所述故障馈线上与母线最近的馈线终端的每个特征值曲线中最大特征值对应的采样点；步骤5：获取所述故障馈线上剩余的M-1个馈线终端的特征值曲线中与步骤4中相同的采样点对应的各类特征值；步骤6：根据步骤4中的最大特征值以及步骤5获取的特征值依次计算相邻两个馈线终端的特征值的欧式距离；步骤7：将步骤6所计算出的欧式距离按照从大到小排列，并从中选取最大的N个欧式距离；其中，3≤N≤M-1；步骤8：若步骤7中存在一个相邻两个馈线终端的特征值的欧式距离大于剩余N-1个欧式距离之和，所述一个相邻两个馈线终端的特征值的欧式距离对应的两个相邻馈线终端之间的区间为故障区间；若不存在，返回步骤1重新选择故障馈线进行故障定位。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤2中特征值中的偏差计算公式如下所示：其中，Sk(i0ab(j))表示以第j个采样点为起始点的数据窗内零序电流i0ab的偏度；表示随机变量为的期望算子；i0ab(n)为故障...

【专利技术属性】
技术研发人员：冷华，刘鹏辉，黄纯，朱吉然，张志丹，唐海国，龚汉阳，刘海峰，敖非，李红青，李秩期，
申请(专利权)人：国网湖南省电力公司，国网湖南省电力公司电力科学研究院，国家电网公司，湖南大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43