一种用于检测小电流接地系统电缆早期故障的方法技术方案

本发明专利技术公开了一种用于检测小电流接地系统电缆早期故障的方法，通过小波变换分析电缆早期故障采样零序电压波形信号的特征，提取零序电压基波频段信号，从零序电压基波频段均方根值、持续时间的维度来判断电缆早期故障，将零序电压超过阈值的持续时间作为早期故障的持续时间，从而确定电缆早期故障。

【技术实现步骤摘要】
一种用于检测小电流接地系统电缆早期故障的方法
本专利技术涉及电力线路控制领域，具体涉及一种用于检测小电流接地系统电缆早期故障的方法。
技术介绍
现有的早期故障检测方法一般选择故障相电流作为特征量，然后利用信号处理或者深度学习的方法进行识别。但是这些方法是针对大电流接地系统(中性点直接接地)，而我国的中压配电网主要采用小电流接地方式。电缆早期故障多属于单相接地故障。对于大电流接地系统发生故障时，故障电流幅值变化明显，故障相电流特征较易提取。但是对于小电流接地系统，单相接地故障电流小，给早期故障的检测带来挑战。
技术实现思路
针对现有技术中的上述不足，本专利技术提供的一种用于检测小电流接地系统电缆早期故障的方法解决了小电流接地系统的电缆早期故障检测问题。为了达到上述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案为：一种用于检测小电流接地系统电缆早期故障的方法，包括以下步骤：S1、通过配电网中波形记录装置，获取采样零序电压波形信号；S2、判断采样零序电压波形信号是否大于0.03U，若是，则判定为扰动，并进入步骤S3，若否，则跳转至步骤S1，其中，U为额定相电压等级；S3、基于小波变换对采样零序电压波形信号进行分解和重构，得到包含基波频段的重构零序电压信号；S4、采用半波RMS法并逐点滑动对包含基波频段的重构零序电压信号计算零序电压均方根值；S5、判断零序电压均方根值是否大于相电压的10％，若是，记零序电压均方根值大于10％相电压的时间为持续时间，并跳转至步骤S6，若否，跳转至步骤S1；S6、判断持续时间是否位于持续区间内，若是，跳转至步骤S1，若否，跳转至步骤S7；进一步地，步骤S6中持续区间为[5ms，80ms]。S7、判断扰动前后工频能量的差值是否小于扰动阈值，若是，判定为早期故障，若否，判定为无早期故障发生，则跳转至步骤S1。进一步地，步骤S1中波形记录装置包括：电能质量监测装置和故障录波仪。进一步地，步骤S3包括以下分步骤：S31、采用离散小波变换，将采样零序电压波形信号分解成低频分量和高频分量；S32、根据低频分量和高频分量，将高频分量全部置零以后，采用包含基频成分的低频分量重构采样零序电压信号，得到仅含基波频段的重构零序电压信号。进一步地，步骤S31中低频分量和高频分量计算公式为：其中，i＝1，2，...，L，i为滑动窗口采样点的序号，L为窗口采样点的数目，j＝1，2，...，J，j为小波分解层数，J为小波分解总层数，n＝1，2，...，N，n为频段信号序列序号，N为小波变换对应频段信号序列长度，h(*)为低通滤波器，g(*)高通滤波器，cj-1(i)为第j-1层小波分解低频分量的第i个采样点的系数，cj(n)为第j层小波分解低频分量的第n个小波系数，dj(n)为第j层小波分解高频分量的第n个小波系数。上述进一步方案的有益效果为：早期故障零序电压包含多种频率的信号，经过小波变换以后可对特定频段的电压信号进行分析。进一步地，步骤S32中重构零序电压信号的计算公式为：其中，cj-1(k)为第j-1层小波分解的第k个小波系数，n＝1，2，...，N，n为频段信号序列序号，N为小波重构对应频段信号序列长度，h(*)为低通滤波器，g(*)高通滤波器，cj(n)为第j层小波分解低频分量的第n个小波系数，dj(n)为第j层小波分解高频分量的第n个小波系数，k＝1，2，...，K，K为小波重构对应频段信号序列长度，重构零序电压信号时，对应的高频分量dj(n)置为零。上述进一步方案的有益效果为：通过小波变换重构零序电压，可以滤除零序电压的高频分量，从而更能反映零序电压基频分量的特征。进一步地，步骤S4中零序电压均方根值的计算公式为：其中，Vrms(k)为零序电压均方根值，X为半个周波的采样个数。进一步地，步骤S7中扰动前后工频能量的差值的计算公式为：|Wpre-Wpost|＜ε其中，分别为扰动前的三相电压，分别为扰动前的三相电流，分别为扰动后的三相电压，分别为扰动后的三相电流，Wpre为扰动前工频能量，Wpost为扰动后工频能量，ε为扰动阈值，t为时间，T为配电网一个电压周波对应的时间。综上，本专利技术的有益效果为：一种用于检测小电流接地系统电缆早期故障的方法，通过小波变换分析电缆早期故障采样零序电压波形信号的特征，提取零序电压基波频段信号，从零序电压基波频段均方根值、持续时间的维度来判断电缆早期故障，将零序电压超过阈值的持续时间作为早期故障的持续时间，从而确定电缆早期故障。附图说明图1为一种用于检测小电流接地系统电缆早期故障的方法的流程图图2为采样零序电压波形信号波形图；图3为重构零序电压信号波形图；图4为零序电压均方根值构成的波形图。具体实施方式下面对本专利技术的具体实施方式进行描述，以便于本
的技术人员理解本专利技术，但应该清楚，本专利技术不限于具体实施方式的范围，对本
的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本专利技术的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本专利技术构思的专利技术创造均在保护之列。早期故障是指发生在设备永久性故障前的一种间歇性、瞬时性故障，具有持续时间短或电流幅值低的特点，在该种故障扰动模式下不会引起继电保护装置动作，该类故障会在一段时间内重复发生，并最终导致永久性故障。如图1所示，一种用于检测小电流接地系统电缆早期故障的方法，包括以下步骤：S1、通过配电网中波形记录装置，获取采样零序电压波形信号，如图2所示；步骤S1中波形记录装置包括：电能质量监测装置和故障录波仪。S2、判断采样零序电压波形信号是否大于0.03U，若是，则判定为扰动，并进入步骤S3，若否，则跳转至步骤S1，其中，U为额定相电压等级；S3、基于小波变换对采样零序电压波形信号进行分解和重构，得到包含基波频段的重构零序电压信号来，如图3所示；步骤S3包括以下分步骤：S31、采用离散小波变换，将采样零序电压波形信号分解成低频分量和高频分量；步骤S31中低频分量和高频分量计算公式为：其中，i＝1，2，...，L，i为滑动窗口采样点的序号，L为窗口采样点的数目，j＝1，2，...，J，j为小波分解层数，J为小波分解总层数，n＝1，2，...，N，n为频段信号序列序号，N为小波变换对应频段信号序列长度，h(*)为低通滤波器，g(*)高通滤波器，cj-1(i)为第j-1层小波分解低频分量的第i个采样点的系数，cj(n)为第j层小波分解低频分量的第n个小波系数，dj(n)为第j层小波分解高频分量的第n个小波系数。S32、根据低频分量和高频分量，将高频分量全部置零以后，采用包含基频成分的低频分量重构采样零序电压信号，得到仅含基波频段的重构零本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于检测小电流接地系统电缆早期故障的方法，其特征在于，包括以下步骤：/nS1、通过配电网中波形记录装置，获取采样零序电压波形信号；/nS2、判断采样零序电压波形信号是否大于0.03U，若是，则判定为扰动，并进入步骤S3，若否，则跳转至步骤S1，其中，U为额定相电压等级；/nS3、基于小波变换对采样零序电压波形信号进行分解和重构，得到包含基波频段的重构零序电压信号；/nS4、采用半波RMS法并逐点滑动对包含基波频段的重构零序电压信号计算零序电压均方根值；/nS5、判断零序电压均方根值是否大于相电压的10％，若是，记零序电压均方根值大于10％相电压的时间为持续时间，并跳转至步骤S6，若否，跳转至步骤S1；/nS6、判断持续时间是否位于持续区间内，若是，跳转至步骤S1，若否，跳转至步骤S7；/nS7、判断扰动前后工频能量的差值是否小于扰动阈值，若是，判定为早期故障，若否，判定为无早期故障发生，则跳转至步骤S1。/n

【技术特征摘要】
1.一种用于检测小电流接地系统电缆早期故障的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、通过配电网中波形记录装置，获取采样零序电压波形信号；
S2、判断采样零序电压波形信号是否大于0.03U，若是，则判定为扰动，并进入步骤S3，若否，则跳转至步骤S1，其中，U为额定相电压等级；
S3、基于小波变换对采样零序电压波形信号进行分解和重构，得到包含基波频段的重构零序电压信号；
S4、采用半波RMS法并逐点滑动对包含基波频段的重构零序电压信号计算零序电压均方根值；
S5、判断零序电压均方根值是否大于相电压的10％，若是，记零序电压均方根值大于10％相电压的时间为持续时间，并跳转至步骤S6，若否，跳转至步骤S1；
S6、判断持续时间是否位于持续区间内，若是，跳转至步骤S1，若否，跳转至步骤S7；
S7、判断扰动前后工频能量的差值是否小于扰动阈值，若是，判定为早期故障，若否，判定为无早期故障发生，则跳转至步骤S1。


2.根据权利要求1所述的用于检测小电流接地系统电缆早期故障的方法，其特征在于，所述步骤S1中波形记录装置包括：电能质量监测装置和故障录波仪。


3.根据权利要求1所述的用于检测小电流接地系统电缆早期故障的方法，其特征在于，所述步骤S3包括以下分步骤：
S31、采用离散小波变换，将采样零序电压波形信号分解成低频分量和高频分量；
S32、根据低频分量和高频分量，将高频分量全部置零以后，采用包含基频成分的低频分量重构采样零序电压信号，得到仅含基波频段的重构零序电压信号。


4.根据权利要求3所述的用于检测小电流接地系统电缆早期故障的方法，其特征在于，所述步骤S31中低频分量和高频分量计算公式为：






其中，i＝1，2，...，L，i为滑动窗口采样点的序号，L为窗口采样点的数目，j＝1，2，...，J，j为小波分解层数，J为小波分解总层...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡婧，周洋，何志强，刘兵，卢凯，
申请(专利权)人：内蒙古电力集团有限责任公司呼和浩特供电局，
类型：发明
国别省市：内蒙古;15