引入同步挤压S变化的保护启动及故障区段定位方法技术

本发明专利技术公开了引入同步挤压S变化的保护启动及故障区段定位方法，随着城市电缆化率的提升，发生单相接地故障时故障特性随机性增大，噪声的影响愈发明专利技术显，小电流接地系统的故障特征更加微弱。本发明专利技术通过分析配电网发生单相接地故障时的零序网络，得到故障区段与健全区段零序电流在低频时幅值的差异。运用同步挤压S变换对区段零序电流进行挤压，并根据挤压后不同频带的信息重构出具有更明显的故障特征的全频信号和低频信号。利用全频信号的峭度因子进行保护启动，再利用低频信号实现故障区段定位。通过仿真和现场数据验证，结果表明本文方法在高阻、强噪声、互感器极性反接、消弧线圈不同补偿度的情况下能准确定位故障区段，具有一定的可靠性。定的可靠性。定的可靠性。

【技术实现步骤摘要】
引入同步挤压S变化的保护启动及故障区段定位方法


[0001]本专利技术属于供配电线路故障定位
，具体涉及引入同步挤压S变化 的保护启动及故障区段定位方法。

技术介绍

[0002]配电是电力系统的运行面向用户最为关键的一步，配电的可靠性决定了用 户的体验。而配电网的可靠性主要取决于在发生故障时是否可以准确找寻并切 除故障，其中单相接地故障在配电网故障中占比最大，可达80％及以上。为了 使城市更加规整，许多城市将占地上空间较大的架空线更换为埋藏在地下的电 缆线路。由于电缆线路和架空线路在线路参数上有较大差异，电缆线路会使系 统的电容电流增大，一些城市采用消弧线圈对电容电流进行补偿。但在中性点 经消弧线圈接地系统发生单相接地故障时，消弧线圈对系统的补偿发生改变， 会增大故障电流，同时产生较大的故障电弧，对运行设备产生危害。而且电缆 线路的增多使混合线路和多分支线路数量增多，配电网的结构愈发复杂并具有 随机性，噪声增大，使得配电网不宜再选择带故障运行的方式，确定故障区段 并立即切除故障成为目前配网运行的新规程。因此很有必要对消弧线圈接地系 统单相接地故障进行故障区段定位进行研究。
[0003]单相接地故障的保护方法可以分为：注入信号保护法、暂稳态量保护法、 并联中电阻保护法。为了适应于各类结构的配电网，不增加额外设备，国内外 学者的研究多倾向于利用系统特征信号进行故障定位或者选线。同一信号在时 域、时间
‑
尺度域、时频域中会表现出不同的故障特性，从这些不同的观测角度 提取出不同的特征可以更好的体现出故障与健全线路或区段的差异，提高辨识 度，经过处理的信号能更好的用于故障选线或定位。相比与S变换和广义S变 化，同步挤压S变化具有更好的分辨率，具有增强微弱信号的故障特征的作用， 可以很好解决到小电流接地系统发生单相接地故障时故障信号微弱的问题。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供引入同步挤压S变化的保护启动及故障区段定位方 法，通过对多分支配电网单相接地故障等效零序网络模型进行分析，发现故障 区段与健全区段零序电流在低频段存在较大差异。运用同步挤压S变换对区段 零序电流进行时频域分解，利用重构出的区段零序电流全频段信息的峭度因子 进行保护启动，利用重构的区段零序电流低频段信息的能量比值对故障区段进 行定位。
[0005]本专利技术所采用的技术方案是：引入同步挤压S变化的保护启动及故障区段 定位方法，具体操作步骤如下：
[0006]步骤1：在各区段首端测量装置中获取各个区段流入流出的零序电流；
[0007]步骤2：计算各区段的零序电流；
[0008]步骤3：运用同步挤压S变换对各区段零序电流进行挤压；
[0009]步骤4：计算各区段零序电流全频段重构信号的峭度因子，当峭度因子大于 启动阈值时，保护启动；
[0010]步骤5：保护启动后，计算各区段零序电流低频段重构信号的能量比值；
[0011]步骤6：判断能量比值最大的区段为故障区段。
[0012]步骤2进行各区段零序电流计算的具体方法为：
[0013]在配电网各个线路出口及分支处装设零序电流互感器，假设共有k个互感 器，可以将配电网分成n个区段。在保护启动后，提取各个区段流入流出的零 序电流，并上传到主站。再计算各区段的零序电流，定义m区段的零序电流表 达式i
S.m
为：
[0014]i
S.m
＝i
up.m
‑
i
down.m
,m＝1,2,
…
,n
ꢀꢀ
(1)
[0015]其中i
up.m
为流入区段m的零序电流，i
down.m
为流入区段m的零序电流。
[0016]步骤3对各区段零序电流进行同步挤压S变换的具体计算过程如下：
[0017]在步骤3计算出各区段的零序电流后，利用同步挤压S变化方法将各区段 的零序电流在频域中挤压，使微弱的故障电流增大，利于后续保护启动及区段 定位。区段零序电流i
S.m
是由N个信号叠加而成的，如式(8)所示。通过S变换可 以得到包含多个时频域信息的信号ST(f,a)和第n个频率的信号ST
in
(f
n
,a)，如式(9) 所示。其中，f
n
表示第n个叠加信号的频率，a表示控制窗口时间的位移，f表 示频率，t表示时间。
[0018][0019][0020]进行同步挤压S变换得到区段零序电流挤压信号SSST
i
(f
l
,a)的公式为(11),其 中f
i
(f,a)为对ST(f,a)求导后得到的瞬时频率，如式(10)所示，式中为δ冲激函数。
[0021][0022][0023]上式中，f
k
为离散采样频率点，Δf为采样间隔频率，f
l
为挤压后各频率区 段的中心频率，L
f
为以挤压后的频率为中心的区间半径。
[0024]同步挤压S变换的原理是将S变换得到的时频谱中各个频率区间 (f
l
‑
L
f
，f
l
+L
f
)内所有时频谱信息挤压叠加到同步挤压变换后的中心频率f
l
上，信 息的叠加使S变换的分辨率更高。同时在挤压变换过程中利用的是S变换结果 的绝对值，能更好的反映各频段的能量特性。
[0025]运用下式对同步挤压S变换得到的挤压信号SSST
i
(f
l
,a)进行重组，将挤压信 号在所需的频带(0～f
t
Hz)进行叠加，得到i
S.m
的重构信号
[0026][0027]重构后的信号相对于原始信号，频率信息更集中，通过频率挤压后信号特 征增强，有利于进行区段定位。通过上述方法可以将各区段的零序电流i
S.m
进行 同步挤压S变换得到具有丰富信息的挤压重构后的区段零序电流。可以根据不 同的特性对信号进行全频
段和低频段重构，用于保护启动和故障区段定位。
[0028]步骤4计算各区段零序电流全频段重构信号的峭度因子的具体方法为：
[0029]峭度因子的定义如式(14)所示。其中，为式(12)对区段零序电流全频 段(f
t
取最大分解频率)挤压重构后的值。
[0030][0031]根据仿真验证，系统发生故障时，峭度因子的数量级相对很大，可达1及 以上。为了增强系统的灵敏性，设定启动阈值K
r.q
＝10
‑2。当系统中某一区段零序 电流全频段重构信号的峭度因子大于K
r.q
，启动保护。
[0032]步骤5计算各区段零序电流低频段重构信号的能量比值的具体方法为：
[0033]利用式(15)仅对低本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.引入同步挤压S变化的保护启动及故障区段定位方法，其特征在于，具体操作步骤如下：步骤1：在各区段首端测量装置中获取各个区段流入流出的零序电流；步骤2：计算各区段的零序电流；步骤3：运用同步挤压S变换对各区段零序电流进行挤压；步骤4：计算各区段零序电流全频段重构信号的峭度因子，当峭度因子大于启动阈值时，保护启动；步骤5：保护启动后，计算各区段零序电流低频段重构信号的能量比值；步骤6：判断能量比值最大的区段为故障区段。2.根据权利要求1所述的引引入同步挤压S变化的保护启动及故障区段定位方法，其特征在于，步骤2进行各区段零序电流计算的具体方法为：在配电网各个线路出口及分支处装设零序电流互感器，假设共有k个互感器，可以将配电网分成n个区段，在保护启动后，提取各个区段流入流出的零序电流，并上传到主站；再计算各区段的零序电流，定义m区段的零序电流表达式i
S.m
为：i
S.m
＝i
up.m
‑
i
down.m
,m＝1,2,
…
,n
ꢀꢀꢀꢀ
(1)其中i
up.m
为流入区段m的零序电流，i
down.m
为流出区段m的零序电流。3.根据权利要求2所述的引入同步挤压S变化的保护启动及故障区段定位方法，其特征在于，步骤3对各区段零序电流进行同步挤压S变换的具体计算过程如下：在步骤3计算出各区段的零序电流后，利用同步挤压S变化方法将各区段的零序电流在频域中挤压，使微弱的故障电流增大，利于后续保护启动及区段定位，区段零序电流i
S.m
是由N个信号叠加而成的，如式(8)所示，通过S变换可以得到包含多个时频域信息的信号ST(f,a)和第n个频率的信号ST
in
(f
n
,a)，如式(9)所示；其中，f
n
表示第n个叠加信号的频率，a表示控制窗口时间的位移，f表示频率，t表示时间：表示控制窗口时间的位移，f表示频率，t表示时间：进行同步挤压S变换得到区段零序电流挤压信号SSST
i
(f
l
,a)的公式为(11),其中f
i
(f,a)为对ST(f,a)求导后得到的瞬时频率，如式(10)所示，式中为δ冲激函数；a)为对ST(f,a)求导后得到的瞬时频率，如式(10)所示，式中为δ冲激函数；上式中，f
...

【专利技术属性】
技术研发人员：段建东，颜琬滢，侯泽权，杜晓通，
申请(专利权)人：西安理工大学，
类型：发明
国别省市：