一种基于电压检测的短路故障早期辨识方法技术

本发明专利技术涉及一种基于电压检测的短路故障早期辨识方法，对各个层级首、末端相电压、线电压进行固定采样频率的A/D采样；然后对首端电压信号进行数据处理，得到实时的电压相角，同时，对末端电压信号进行算法处理，提取末端电压信号特征量，进行实时在线短路故障早期检测；然后，通过短路故障早期检测，判断当前得到的末端电压特征量与故障电压初相角是否都满足短路判定条件；若是，则判断线路上发生了短路故障，立即发出触发信号；若都不是，则重新开始检测。本方法先对线路首、末端电压进行A/D采样，再利用末端电压信号奇异性特征进行短路故障早期检测与辨识，辨识后发出触发信号以便快速分断机构动作，由此实现短路故障电流的快速分断。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于电气线路故障检测领域，特别是涉及短路故障的早期检测辨识的一种 基于电压检测的短路故障早期辨识方法。
技术介绍
现有电力系统中短路故障的保护相对于故障发生时刻有较大的滞后，一般从故障 发生到故障切除需经理几十毫秒甚至上百毫秒。近年来，随着我我国生产与生活水平的提 高，各电压等级网络的短路电流不断增长，短路容量及短路峰值水平的提高，对线路、设备 及开关本身的动热稳定性提出了越来越高的要求。若能在短路电流尚未充分发展前将其检 测出来，并配合快速分断机构，则可在短路故障早期将其切除，这将大幅度改善短路保护的 速动性，提高系统的保护性能，进而降低系统对配电线路设备动热稳定性的要求。其中，短 路故障早期检测与辨识是关键技术。 近年来，国内外学者先后提出了几种短路故障的快速或早期检测辨识方法。其中， 电流瞬时值或真有效值法最早应用于低压配电系统短路故障检测，但受到线路阻抗、短路 初始状态的影响，短路电流须经一段时间才能达到预设阈值，导致该方法的检测时间较长。 电流变化率法在理论上克服了电流瞬时值法检测速度慢的缺点，但难以剔除线路或设备噪 声的干扰，其安全性、可靠性无法得到保证。 现有学者提出全相角短路电流小波包细节分解的早期故障检测方法，解决了小波 变换对个别故障初相角区间无法有效识别的问题。其次，针对负载启动与短路故障状态电 流信号奇异性，在故障后〇.lms仿真实现全相角短路故障早期快速检测及有效的状态辨 识。但难以剔除线路噪声或设备启动时的脉冲噪声的干扰，鲁棒性不强。 本专利技术对通过各个层级首、末端相电压、线电压综合分析的检测方法实现对短路 故障的早期检测与故障辨识，当判断确有短路故障发生时，将快速分断机构接入线路，以达 到快速切除故障，减轻短路电流对电力系统及其电气设备造成的损坏。同时，对线路、设备 及开关本身的动热稳定性的要求降低，克服了常规短路判据的判定时间过长且能对已辨识 出故障的首、末端电压进行故障类型判断。同时，首、末端电压信号中噪声小，不会受到噪声 干扰，其安全性、可靠性高。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供，通过该方法 可以有效地实现对短路故障的早期检测与故障辨识，在此基础上短路早期投入快速分断机 构，则可在短路故障早期将其切除，大幅度改善短路保护的速动性，提高系统的保护性能， 进而降低系统对配电线路设备动热稳定性的要求。 为实现上述目的，本专利技术的技术方案是：一种基于电压检测的短路故障早期辨识 方法，包括如下步骤， S01 :对电力系统进行层级划分，并对各个层级首、末端相电压、线电压进行固定采样频 率的A/D采样； 502 :对首端电压信号进行数据处理：采集一个数据点，采样计数加1，判断电压是 否过上升沿零点，即前一个电压值小于0,后一个电压值大于0,若是，则相角计数k清 〇;判断电压是否过下降沿零点，即前一个电压值大于〇,后一个电压值小于〇;若是，则 将上升下降沿零点时的采样计数相减的绝对值赋值给相角计数k;设短路信号频率为 _，采样频率为||，然后判断当前相角计数k是否为_遞，若是，则相角计数k清0 ;最后， 根据比例换算，即得到实时的电压相角503 :对末端电压信号进行处理，即提取末端电压信号变化率及其与上一周期相应相角 下的末端电压差值； 504 :计算末端电压绝对值小于阈值Μ的连续个数N; 505 :通过短路故障早期检测，判断当前得到的末端电压变化率是否大于阈值Α，同时 与上一周期相应相角下末端电压的差值是否大于阈值C，Ν是否超过设定的阈值Β，且判断 此时的电压相角与0°、180°和360°之间的差值绝对值是否超过阈值D，若条件都满足， 则判断线路上发生了短路故障，立即发出触发信号；或者判断当前得到的末端电压与上一 周期相应相角下末端电压的差值是否大于阈值C，Ν是否超过设定的阈值Β，且判断此时的 电压相角与0°、180°和360°之间的差值绝对值是否不超过阈值D，若条件都满足，则判 断线路上发生了短路故障，立即发出触发信号以便快速分断机构动作；否则，直接返回步骤 S01 ； 506 :对已辨识出故障的首、末端电压进行故障类型判断确定短路故障类型： 若仅是某相相电压辨识出故障，则是该相发生单相短路；若末端电压线电压有且仅有 一个辨识出故障，则是发生两相短路；若是三个线电压均辨识出故障，则是三相短路。 在本专利技术一实施例中，所述方法能够与快速分断机构或普通断路器配合，且与快 速分断机构配合更具有优越性。 在本专利技术一实施例中，所述方法适用于各类短路故障，包括三相短路、两相短路或 单相短路故障，还适合于各类接地型式。 在本专利技术一实施例中，所述方法适用于的电压等级包括：低压、中压、高压甚至于 超尚压电力系统。 在本专利技术一实施例中，所述方法应用于低压电力系统中，保留低压电力系统中常 规的故障保护整定；在低压电力系统正常运行时，短路故障保护动作由所述方法和常规的 故障保护一起加以控制。 相较于现有技术，本专利技术具有以下有益效果：本方法先对线路首、末端电压进行 A/D采样，再利用末端电压信号奇异性特征进行短路故障早期检测与辨识，辨识后发出触发 信号以便快速分断机构动作，由此实现短路故障电流的快速分断。【附图说明】 图1为本专利技术方法流程图。 图2为实际低压配电系统架构仿真模型图。 图3为低压配电系统实型短路故障的仿真波形图。 图4为单相短路故障首、末端相电压及保护触发信号波形图。 图5为两相短路故障首、末端线电压及保护触发信号波形图。 图6为三相短路故障首、末端线电压及保护触发信号波形图。 图7为短路故障测控实验原理与接线图。【具体实施方式】 下面结合附图，对本专利技术的技术方案进行具体说明。 如图1所示，本专利技术的，包括如下步 骤， 501 :对电力系统进行层级划分，并对各个层级首、末端相电压、线电压进行固定采样频 率的A/D采样； 502 :对首端电压信号进行数据处理：采集一个数据点，采样计数加1，判断电压是否过 上升沿零点，即前一个电压值小于〇,后一个电压值大于〇,若是，则相角计数k清0;判断电 压是否过下降沿零点，即前一个电压值大于0,后一个电压值小于0 ;若是，则将上升下降沿 零点时的采样计数相减的绝对值赋值给相角计数k;设短路信号频率为办，采样频率为名 ，然后判断当前相角计数k是否为，若是，则相角计数k清0;最后，根据比例换算，即 得到实时的电压相角503 :对末端电压信号进行处理，即提取末端电压信号变化率及其与上一周期相应相角 下的对末端电压差值； 504 :计算末端电压绝对值小于阈值Μ的连续个数N; 505 :通过短路故障早期检测，判断当前得到的末端电压变化率是否大于阈值Α，同时 与上一周期相应相角下对末端电压的差值是否大于阈值C，Ν是否超过设定的阈值Β，且判 断此时的电压相角与0°、180°和360°之间的差值绝对值是否超过阈值D，若条件都满 足，则判断线路上发生了短路故障，立即发出触发信号；或者判断当前得到的末端电压与上 一周期相应相角下对末端电压的差值是否大于阈值C，Ν是否超过设定的阈值Β，且判断此 时的电压相角与0°、180°和360°之间的差值绝对值是否不超过阈值D，若条件都满足， 则判断线路上发生了短路故障，立即发出触发信号以便快速分断机构动作；本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于电压检测的短路故障早期辨识方法，其特征在于：包括如下步骤，S01：对电力系统进行层级划分，并对各个层级首、末端相电压、线电压进行固定采样频率的A/D采样；S02：对首端电压信号进行数据处理：采集一个数据点，采样计数加1，判断电压是否过上升沿零点，即前一个电压值小于0，后一个电压值大于0，若是，则相角计数k清0；判断电压是否过下降沿零点，即前一个电压值大于0，后一个电压值小于0；若是，则将上升下降沿零点时的采样计数相减的绝对值赋值给相角计数k；设短路信号频率为，采样频率为，然后判断当前相角计数k是否为，若是，则相角计数k清0；最后，根据比例换算，即得到实时的电压相角；S03：对末端电压信号进行处理，即提取末端电压信号变化率及其与上一周期相应相角下的末端电压差值；S04：计算末端电压绝对值小于阈值M的连续个数N；S05：通过短路故障早期检测，判断当前得到的末端电压变化率是否大于阈值A，同时与上一周期相应相角下末端电压的差值是否大于阈值C，N是否超过设定的阈值B，且判断此时的电压相角与0°、180°和360°之间的差值绝对值是否超过阈值D，若条件都满足，则判断线路上发生了短路故障，立即发出触发信号；或者判断当前得到的末端电压与上一周期相应相角下末端电压的差值是否大于阈值C，N是否超过设定的阈值B，且判断此时的电压相角与0°、180°和360°之间的差值绝对值是否不超过阈值D，若条件都满足，则判断线路上发生了短路故障，立即发出触发信号以便快速分断机构动作；否则，直接返回步骤S01；S06：对已辨识出故障的首、末端电压进行故障类型判断确定短路故障类型：若仅是某相相电压辨识出故障，则是该相发生单相短路；若末端电压线电压有且仅有一个辨识出故障，则是发生两相短路；若是三个线电压均辨识出故障，则是三相短路。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：缪希仁，产焰萍，蔡传庆，吴晓梅，
申请(专利权)人：福州大学，
类型：发明
国别省市：福建;35