利用相对能量的配网缆-线混合线路故障选线方法技术

本发明专利技术是利用特征频带相对能量的配电网线－缆混合线路故障选线自适应方法。本方法为：当母线零序电压瞬时值越限时，故障选线装置立即启动并录波；利用形态滤波器对各条线路暂态零序电流进行滤波预处理；应用小波包分解，按照能量最大的观点确定各条线路暂态零序电流的特征频段，剔除稳态分量及其它频带信息，提高选线裕度；根据故障线路的暂态电容电流在特征频段衰减最快的原理，比较特征频段下故障后一个周期内前１／４周期和最后１／４周期的相对能量大小，籍此形成故障选线判据。原理分析和仿真表明，利用故障后一个周期内首个与最后１／４周期的相对能量实现选线，放大了故障暂态特征，避开了ＣＴ饱和引起的间断角对选线准确性的影响，该方法选线准确、可靠。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电力系统继电保护
，具体地说是。技术背景随着城市建设的快速发展，配电网中的架空线路因影响城市发展而不得不进行 电缆化和入地化改造。铺设电缆不仅能够提高输送容量，降低变电站的出线规模， 而且还能减少单位输送容量的运行维护费用和施工难度，有利于市容美观。由于电 缆的对地电容比较大，系统发生单相接地故障后，电缆线路的暂态量较纯架空线路 更为丰富，因此，充分利用缆-线混合线路暂^f寺征进行选线，能大大提高选线的 可靠性。小电流接地系统发生单相接地故障时，线电压仍对称而且故障电流较小，为了提高供电可靠性，规程规定系统可以继续运行广2 h，此亦为应用较复杂的算法实 现选线提供了时间上的宽容条件。我国许多学者在配电网故障选线方面做了大量研 究。由于故障稳态動艮小，再加上电网本身和负荷的复杂性，致使实际工程中难以 提取出有效的故障信号。近年来，有学者着眼于利用故障行波实现选线的研究，此 类方法需要lMHz左右的采样频率，对硬件要求较高，且由于配电网线路较短，行 波传播速度很快，加之配电网故障信号的干扰较多，导致行波波头不易捕捉，降低 了基于行波波头分析的故障选线方法的可靠性。配电网故障暂态量的幅值比稳态量 大十几倍到几十倍，因而，学者们更关注于对暂态特征的研究，提出了许多基于暂 态量的选线方法。由于谐振接地系统在消弧线圈补偿作用下，故障零序电流可能出 现倒相现象，以及电流互感器饱和弓l起二次电流失真等多种因素的影响，这些方法 尚未完善地解决配电网单相接地故障选线这一难题。完善的选线方法应能避开各种 影响因素，具有很高的可靠性，且算法具有自适应性。数学形态学计算简单，对实时信号和图像处理的速度快、时延小，因此逐渐应 用于电力系统的各个领域。已有文献将形态学用于暂态信号滤波，形态、2iM方法能够在保留信号暂态特性的前提下，有效地去除信号中混杂的尖峰脉冲、白噪声和高频噪声等干扰，提高故障选线的准确性。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了克服上述现有小电流接地系统选线方法的不足，提出了一 种选线结果准确、可靠的禾佣相对能量的配网缆-线混合线路故障选线方法。本专利技术采用形态滤波对故障零序电流进行预处理，提出了基于小波包分解的相 对能量故障选线自适应方法。工作原理:小电流接地系统发生单相接地故障时，故障线路对地电容放电，健 全线路对地电容充电> 故障线路与健全线路具有不同的充放电回路，流过故障线路 与健全线路的暂态电容电流具有不同的幅值和衰减速度，采集流过故障线路与健全 线路的暂态电容电流，通过比较各线路相对能量的大小实现完善的选线。小波包分析在多分辨分析基础上提出了一种更为精细的暂态信号分析方法，能 更精确有效地提取故障信号暂态分量。以往小波包分析用于纯架空线路的配电网接 地故障选线，大多是通过比较故障信号暂态分量的幅值大小和极性来实现选线的。 缆-线混合线路的暂态电容电流自由振荡频率更高，且衰减时间更短，原理分析和 仿真表明，利用故障后一个周期内首个与最后l/4周期的相对能量实！Ji线，方夂大 了故障暂态特征，避开了 CT饱和引起的间断角对选线准确性的影响。本专利技术与现有技术相比具有如下优点1、 该方法采用形态滄波对信号进行预处理，不会出现因干扰和领懂误差而导 致故障特征被湮没的情况，可以提高故障选线的灵敏性和可靠性，与采用传统的数 字滤波器相比，使用廉价的微处理器芯片便可实现。2、 该方法应用小波包分解，在特征频带上使用相对能量法，不仅排除了工频 量和其他非特征频带的影响，而且更加有效地利用故障暂劍言息。3、 该方法使用故障后一个周期内前1/4周期和最后1/4周期的相对能量构造 选线判据，放大了故障暂^#征，有效减小了电流互感器饱和对选线准确性的影响。4、 该方法利用相对能量实5鹏线，克服了长线电容电流对选线的影响，对电 弧故障具有较强的适应性。选线算法具有自适应性。附图说明图1为本专利技术故障零序电流。图2为专利技术滤波前、后的故障零序电流。其中(a)含噪零序电流(b)消噪 零序电流。图3为专利技术CT 二次电流典型曲线。图4为本专利技术的故障选线方法流程图。图5辐射状谐振接地系。图6各频带的能量分布。 具体实施例方式一、先进行故障暂态分析1、能量分布特性小电流接地系统发生单相接地故障后，在故障点有衰减很快的暂态电容电流和 衰减较慢的暂态电感电流流过，如图1所示。故障接地电流i激表达式为J —丄 —丄 (1)J/为暂态自由分量振荡分量的角频率；h为电容/Cm sm p sin W — cos p cos ，式中Lt为电容稳态幅值;.回路的时间常数；A为电感电流的稳^f直；^为电感回路的时间常数。由图1可见，暂态接地电流的幅傲艮大，但持续时间很短，约为0.5 1.0个工频 周期。电缆线路由于线路分布参数特性与架空线路不同，其暂态电容电流自由振荡 的持续时间一般为O. 5个工频周期左右。在首半波，健全线路对地电容的充放电相似，其零序电流的暂态分量的幅值、 相位及衰减速度相近；而故障线路由于附加零序电压源的存在，其零序电流的暂态 分量与其它线路的差异较大。故障线路的零序电流与非故障线路零序电流相比，有 一个较大的冲击电流。在故障后l/4个周期内，故障线路零序电流的包络线面积比 非故障线路零序电流的包络线面积大。由此可见，故障线路的暂态能量较健全线路 衰减快，故障线路故障后一个周期内前l/4周期和最后l/4周期的相对能量最大。由图l和公式(1)可见，故障线路和健全线路零序电流的稳态分量不随故障时 间的推移而衰减。因此，剔除零序电流中不衰减和衰繊慢的频率分量，提取出故障特征最明显的频带将提高基于相对能量的故障选线裕度。2、 形态滤波由于复杂的现场环境、故障电流小以及各种变频调速装置及工业用电弧炉等波 动负荷的影响，小电流接地系统录波装置所采集到的信号不可避免的存在噪声，为 提高故障选线的准确性，必须在选线前加以滤除。基于数学形态学的消噪滤波方法，算法简便易行、物理意义明确、实用有效， 在数字图像处理与识别领域应用很广。形态学滤波可以用形^本开闭运算来理 解，其开运算可以用于过滤信号上方的峰值噪声，除去毛剌及小桥结构；而闭运算 可用于平滑或抑制信号下方的波谷噪声，i真平小沟结构。基于形态学开、闭运算可 以构建三种滤波算法交替滤波器、混合滤波器、交替混合滤波器。交替滤波器[(/—( ) = (/'g。g)() (2)混合纟麽波器[(y>h(g)]() = (/ g + / 。 / 2 ( 3 )交替混合滤波器[(/)/加&(g)]() = [(/)c。(g) + (/)附&(g)]()/2 (4)形态滤波方法是基于结构元素填充據则的思想，结构元素的形状是影响滤波性 能的关键因素。采用形态数字滤波器，通,取合适的结构元素，可有效去除电力 信号中的各种宽带或窄带干扰。最优结构元素的选取与干扰的类型和频率、待处理 数据序列和采样率等因素密切相关，常用的结构元素有直线形、斜线形、三角形、 圆形等。在信号消噪方面，结构元素形状越复杂，宽度越长，其提取信号的能力就 越强，所耗费的时间也越长。圆形结构元素具有较强的平滑能力，去噪效果最明显， 但对暂态信息部分进行了过度平滑，削弱了信号暂态特征；直线形结构元本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种利用相对能量的配电网缆－线混合线路故障选线方法，当母线零序电压瞬时值越限时，故障选线装置立即启动并记录波；利用形态滤波器对各条线路暂态零序电流进行滤波预处理；应用小波包分解，按照能量最大的观点确定各条线路暂态零序电流的特征频段，剔除稳态分量及其它频带信息，提高选线裕度，其特征在依据故障线路的暂态电容电流在特征频段衰减最快的原理，比较特征频段下故障后一个周期内前１／４周期和最后１／４周期的相对能量大小，籍此形成故障选线判据，输出选线结果。

【技术特征摘要】
1、一种利用相对能量的配电网缆-线混合线路故障选线方法，当母线零序电压瞬时值越限时，故障选线装置立即启动并记录波；利用形态滤波器对各条线路暂态零序电流进行滤波预处理；应用小波包分解，按照能量最大的观点确定各条线路暂态零序电流的特征频段，剔除稳态分量及其它频带信息，提高选线裕度，其特征在依据故障线路的暂态电容电流在特征频段衰减最快的原理，比较特征频段下故障后一个周期内前1/4周期和最后1/4周期的相对能量大小，籍此形成故障选线判据，输出选线结果。2、 根据权利要求1所述的利用相对能量的配电网缆-线混合线路故障选线方法， 该方法的具体步骤如下(1) 当母线零序电压瞬时值)大于朋故障选线装置立即启动，记录下 故障后1个周波各馈线的零序电流，其中凡一般取值为0.15， U...

【专利技术属性】
技术研发人员：束洪春，彭仕欣，赵文渊，孙士云，刘可真，唐岚，刘志坚，孙向飞，邱革非，杨毅，常勇，单节杉，刘永泰，
申请(专利权)人：昆明理工大学，
类型：发明
国别省市：53[中国|云南]