一种新型小电流接地系统暂态选线方法技术方案

本发明专利技术公开了一种新型小电流接地系统暂态选线方法，包括以下步骤：故障选线逻辑启动；采集母线上所有支路故障暂态电流数据；计算线路及母线零序故障暂态电流；计算线路及母线的谱峭度；根据线路及母线的谱峭度进行选线。本发明专利技术具有很强的抗噪能力，理论上能够完全抑制白噪声。当故障角较小或接地电阻大时，故障暂态电流较小，造成首半波法、能量法和小波法等基于暂态分量的选线方法选线困难，本发明专利技术是以信号的非平稳性和非高斯性为特征量进行判断，克服了这种影响，实现正确选线，提高了选线的准确性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及小电流接地系统单相接地故障选线方法，尤其是涉及一种小电流接地系统发生单相接地故障时利用暂态信号进行选线的方法。
技术介绍
小电流接地方式在我国配电网得到广泛采用，这种接地方式在发生单相接地故障时不形成低阻抗短路回路，接地电流很小，所以可带故障运行1～2小时，但长时间单相接地运行，可能造成两相接地短路，尤其在发生间歇性弧光接地时，能够引起弧光过电压，系统绝缘受到威胁，因此应尽快找到并切除故障线路。在庞清乐编著，电子工业出版社2010年8月出版的专著《小电流接地故障选线与定位技术》第3页至第9页公开了目前主要的故障选线方法，主要分为被动式选线方法和主动式选线方法。主动式选线方法由于需要增加设备，系统复杂而限制了其应用。被动式选线方法又分为稳态分量法选线方法和暂态分量法选线方法。稳态分量法选线方法由于单相接地故障时零序电流中稳态分量小，同时对于通过消弧线圈接地的系统，稳态分量法常常失效，因此，稳态分量法选线的准确度不高。单相接地故障时零序电流中暂态分量一般是稳态分量的几十倍，同时蕴涵大量的信息可供分析利用，因此基于暂态分量的选线方法得到较广泛的应用。基于暂态分量的选线方法主要有首半波法、小波法和能量法等，由于暂态信号中首半波极性关系成立的时间很短，且首半波极性受到线路参数、故障初相角、过渡电阻大小因素的影响，首半波法选线准确度受到影响。小波法易受外界电磁干扰和过渡电阻的影响，在过渡电阻大或故障初相角较小时准确度不高。能量法本质是瞬时功率的累积，由于无功分量的积分为交替变化的周期函数，而有功分量的积分呈发散状，影响能量法选线准确度。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题在于：首半波法、小波法和能量法这些基于暂态分量的选线方法由于受到电磁干扰、过渡电阻及故障初相角的影响而导致准确度不高。为解决上述技术问题，本专利技术采用基于短时傅立叶变换的谱峭度方法对小电流接地系统单相接地故障暂态信号进行处理，以暂态电流的谱峭度作为选线的判据，降低了电磁干扰、过渡电阻及故障初相角的影响，从而提高了选线准确度。本方法采取的技术方案包括以下步骤：步骤1、故障选线逻辑启动；步骤2、采集母线上所有支路故障暂态电流数据；步骤3、计算线路及母线零序故障暂态电流；步骤4、计算线路及母线的谱峭度：对各条线路及母线的零序暂态电流数据进行基于短时傅立叶变换的峭度谱计算，求出各条线路的谱峭度。步骤5、根据线路及母线的谱峭度进行选线。谱峭度是在峭度的概念上发展起来的一种分析暂态信号的方法，是一个四阶累积量，该方法的主要原理是通过计算每一根谱线的峭度值，从而发现信号中的非平稳成分。谱峭度理论上能够完全抑制高斯噪声，表征信号中的非平稳和非高斯信号，并且能够确定其在频带上的位置。谱峭度方法凭借其良好的统计特性已经在机械振动系统的故障诊断、电力局部放电信号提取得到广泛应用，并取得了很好的成果。小电流接地系统发生单相接地故障时，对于非故障线路，其检测点测量的是本线路的零序暂态电流，而对于故障线路，其检测点测量的是所有健全线路零序暂态电流之和，从信号的非平稳性和非高斯性观察，故障线路具有最大的非平稳性和非高斯性，因此，故障线路将具有最大的谱峭度。本专利技术所采用的谱峭度方法能够表征信号中的非平稳和非高斯信号，并且能够确定其在频带上的位置，同时理论上能够完全抑制白噪声。本专利技术技术效果在于：1)本专利技术具有很强的抗噪能力，理论上能够完全抑制白噪声。2)当故障角较小或接地电阻大时，故障暂态电流较小，造成首半波法、能量法和小波法等基于暂态分量的选线方法选线困难，本专利技术是以信号的非平稳性和非高斯性为特征量进行判断，克服了这种影响，实现正确选线，提高了选线的准确性。附图说明图1是本专利技术实现的流程图；图2为线路故障时系统的零序网络等效图；图3为母线故障时系统的零序网络等效图；图4是110kV/10kV配电线路仿真模型图。具体实施方式下面结合附图和实例对专利技术做进一步描述，本专利技术包含具体以下步骤：步骤1、故障选线逻辑启动：当系统正常运行时，小电流接地系统零序电压为零，三相相电压平衡，当发生单相接地故障时，其零序电压大于零，故障相电压降低，非故障相电压升高，因此，可以以母线零序电压瞬时值大于零序电压设定值以及非故障相电压升高超过设定值，来进行判断，当条件均满足时故障选线装置启动；其中零序电压设定值为0.15倍的母线相电压，非故障相电压设定值为1.1倍母线相电压。步骤2、选线装置启动后，采集故障前2个周波和故障后15个周波数据，提取故障前半个周波和故障后一个半周波数据共两个周波数据作为暂态量数据，提取故障后5～15个周波数据作为稳态量数据。步骤3、计算线路及母线故障暂态零序电流：线路故障暂态零序电流为线路故障暂态三相电流之和。根据基尔霍夫电流理论，母线故障暂态零序电流等于所有与母线连接的所有支路的故障暂态零序电流之和。当母线未发生接地故障时，由于母线既没有电源也没有负荷，所有支路的零序电流之和为零，即母线的故障暂态零序电流为零，如图2所示。当母线发生单相接地故障时，零序电源位于母线上，母线的故障暂态零序电流等于所有支路的故障暂态零序电流和消弧线圈故障暂态电流之和，如图3所示。步骤4、基于短时傅立叶变换的谱峭度方法计算各条线路及母线故障暂态零序电流的谱峭度，该方法的主要思想是首先对信号进行短时傅立叶变换，得到该信号的时频分布，然后根据频谱计算出瞬时谱矩，从而得到信号的谱峭度。1)对暂态信号Y(t)进行短时傅立叶变换：首先确定一个一定时间长度的窗口，并且在时间窗口内对暂态信号进行傅里叶变换获得其频谱，然后沿时间轴移动时间窗口，可以得到不同时段的频谱特性。设Y(t)为一随机过程，其离散形式为Y(n)，n＝1，2，…，N Y w ( k p , f ) = Σ n = - ∞ ∞ Y ( n ) w ( n - k p ) e - j 2 π n f - - - ( 1 ) ]]>其中，w(n)为窗函数，Nw表示窗函数的长度，P为时间步长，k表示的时间步骤数。2)求Yw(kp,f)的2n阶谱矩定义Yw(kp,f)的2n阶谱矩为:S2nY＝<|Yw(kp,f)|2n>k (2)其中<﹒>表示的是k阶时平均。3)计算峭度谱根据谱峭度的定义，当n分别为1和2时，基于短时傅立叶变换的峭度谱表示为: K Y 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种新型小电流接地系统暂态选线方法，实现的过程为：(1) 故障选线逻辑启动；(2) 采集故障暂态数据；(3)根据故障暂态数据计算系统每条线路的暂态特征量；(4)根据暂态特征量的比较进行选线；其特征是：(5)所选择的暂态特征量是零序暂态电流的谱峭度。

【技术特征摘要】
1.一种新型小电流接地系统暂态选线方法，实现的过程为：(1) 故障选线逻辑启动；(2) 采集故障暂态数据；(3)根据故障暂态数据计算系统每条线路的暂态特征量；(4)根据暂态特征量的比较进行选线；其特征是：(5)所...

【专利技术属性】
技术研发人员：顾民，葛良全，蒋开明，李琳琳，胡传皓，杨小峰，
申请(专利权)人：成都理工大学，
类型：发明
国别省市：四川;51