專利名稱：一種選線定位方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電網(wǎng)運(yùn)行故障診斷技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種選線定位方法。
背景技術(shù)：
電カ系統(tǒng)常用的系統(tǒng)接地方式有多種中性點(diǎn)直接接地、中性點(diǎn)不接地、中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地、中性點(diǎn)經(jīng)電阻接地。在《電氣安全名詞術(shù)語》GB/T 4776 - 1984標(biāo)準(zhǔn)中，將上述四種中性點(diǎn)接地方式歸納為兩類中性點(diǎn)有效接地系統(tǒng)(system with effectivelyearthed neutral):中性點(diǎn)直接接地或經(jīng)ー低值電阻接地。此類系統(tǒng)也可稱為大接地電流系統(tǒng)；中性點(diǎn)非有效接地系統(tǒng)(system with non-effectively earthed neutral):中性點(diǎn)不接地或經(jīng)高值阻抗接地或經(jīng)消弧線圈接地。此類系統(tǒng)也可稱為小接地電流系統(tǒng)，大量文獻(xiàn)亦稱之小電流接地系統(tǒng)。在我國，對于IlOkv及以上電網(wǎng)，一般都采用大接地電流的接地方式。對于66kV及以下配電網(wǎng)及大型エ礦企業(yè)的供電系統(tǒng)，屬于小接地電流系統(tǒng)，并以采用中性點(diǎn)不接地或經(jīng)消弧線圈接地的運(yùn)行方式居多。如上所述小接地電流系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是單相接地電流較小，単相接地不形成短路回路，并可繼續(xù)運(yùn)行f2h。但是，電網(wǎng)長時間帶接地故障運(yùn)行極容易引發(fā)相繼的電氣故障，使健全相絕緣薄弱處發(fā)生對地?fù)舸?，造成兩相接地故障。所以，?dāng)故障發(fā)生以后，應(yīng)盡快確定故障線路并予以切除，并且，是選擇性的切除。也就是說當(dāng)電網(wǎng)的某一線路發(fā)生接地故障時，接地保護(hù)裝置僅使開關(guān)切除或發(fā)出信號指示接地故障所在線路，保證非接地線路的正常供電。這樣有利于非故障線路和設(shè)備繼續(xù)運(yùn)行，縮小停電范圍，對保證電網(wǎng)安全、可靠運(yùn)行和提高勞動生產(chǎn)率顯然極為有利。這就要求我們快速有效地進(jìn)行選線定位，及時準(zhǔn)確地找到發(fā)生接地故障線路和準(zhǔn)確位置。當(dāng)前的主要選線方法穩(wěn)態(tài)零序電流幅值及相位比較法不能排除CT不平衡電流及過渡電阻大小的影響；穩(wěn)態(tài)諧波電流方向比較法由于5次諧波含量相對基波而言要小得多，數(shù)值很小，極易混入干擾成份，測量精度不易保證；五次諧波分量法由于系統(tǒng)本身可能存在諧波源，以及在負(fù)荷不對稱，特別是當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生相間短路或三相短路吋，由于測量回路的元件飽和而產(chǎn)生大量的5次諧波，勢必使得基于諧波分量比較法的判線判據(jù)失敗，實(shí)際中應(yīng)用5次諧波分量進(jìn)行故障選線的裝置效果很不理想；小波包模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型與算法對樣本的選擇有著嚴(yán)格的限制，選取樣本時應(yīng)考慮各種情況下的故障模式，在實(shí)際應(yīng)用中受到了限制；Prony擬合方法，Prony算法可以提取信號的衰減特性和相位特性，因此如果能對故障時多條線路的故障瞬時電流進(jìn)行采樣和Prony擬合，然后再比較它們的相位和衰減特性，就可以找到故障線路，然而由于Prony算法本身的計算量比較大，需要復(fù)雜的高階矩陣運(yùn)算，致使這種分析方法不能得到有效的推廣，同吋，由于算法對噪聲的影響十分敏感，在干擾噪聲背景下，該模型的嚴(yán)格求解是ー個高度非線性的最優(yōu)化 問題，這也極大地限制了 Prony模型的應(yīng)用；基于小波分析的方法，所有非故障線路零序電流突變的極性相同，故障線路零序電流突變的極性與非故障線路零序電流突變極性相反，據(jù)此可判斷故障線路，有著采用的網(wǎng)絡(luò)收斂速度快、具有極好的魯棒性，不受負(fù)荷諧波源、故障點(diǎn)位置和過渡電阻的影響等優(yōu)點(diǎn)，然而，該方法對樣本的選擇有著嚴(yán)格的限制，選取樣本時應(yīng)考慮各種情況下的故障模式，在實(shí)際應(yīng)用中受到了限制；S注入法由于單相接地故障多為間歇性電弧接地，過渡電阻變化范圍很大，當(dāng)接地弧光電阻較大，處于區(qū)間2kQ~4ぬ吋，與分布電容產(chǎn)生的容抗相當(dāng)，選線就很困難了，容易誤判、漏判。當(dāng)前的主要定位方法行波法，可靠性、抗干擾能力和適應(yīng)性較差；信號注入法，在系統(tǒng)故障時向系統(tǒng)注入信號電流是信號注入法的基本原理，故障定位則是通過注入信號特征和路徑的檢測、跟蹤來實(shí)現(xiàn)，是目前単相接地故障檢測在中低壓電網(wǎng)中ー種行之有效的方法，靈活性是信號注入法最大的優(yōu)點(diǎn)，各種接線方式和結(jié)構(gòu)的配電系統(tǒng)都適用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種能夠排除干擾、準(zhǔn)確性高、適用范圍廣的選線定位方法。
為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的所采用的技術(shù)方案是一種選線定位方法，包括以下步驟
a.采用Prony算法擬合得到故障數(shù)據(jù)；
b.結(jié)合傅里葉分解一小波分析法進(jìn)行故障選線；
c.使用注入法進(jìn)行故障定位，實(shí)現(xiàn)選線定位的需求。本發(fā)明采用Prony算法擬合得到故障數(shù)據(jù)充分利用了 Pixmy算法最突出的優(yōu)點(diǎn)能夠分析出信號中的模態(tài)阻尼因子，能對故障時多條線路的故障瞬時電流進(jìn)行采樣和Prony擬合，得到精確的故障數(shù)據(jù)；結(jié)合傅里葉分解一小波分析法進(jìn)行故障選線是因?yàn)樗蟹枪收暇€路零序電流突變的極性相同，故障線路零序電流突變的極性與非故障線路零序電流突變極性相反，據(jù)此可以準(zhǔn)確地判斷出故障線路；確定故障線路之后再使用注入法進(jìn)行故障定位，通過注入信號特征和路徑的檢測、跟蹤來實(shí)現(xiàn)故障定位，最終實(shí)現(xiàn)選線定位的需求。本發(fā)明充分利用Prony算法、傅里葉分解一小波分析法和注入法的各自優(yōu)點(diǎn)，使本發(fā)明具有排除干擾、準(zhǔn)確性高、適用范圍廣的特點(diǎn)，且有很大的推廣價值。


下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)ー步的說明
圖I是基本小波的伸縮及參數(shù)O和&對分析范圍的控制 圖2是信號波形及FFT 圖3是信號波形及DB 12小波分解 圖4是對第4、6尺度進(jìn)行對比 圖5是對故障線路和非故障線路零序電流進(jìn)行FFT 圖6是對故障線路和非故障線路零序電流進(jìn)行小波分解 圖7是第7尺度進(jìn)行模極大值比較 圖8是信號注入法原理示意圖。
具體實(shí)施例方式各種方案優(yōu)缺點(diǎn)比較及優(yōu)化方案的提出
I.各種方案優(yōu)缺點(diǎn)比較總結(jié)如下
I)穩(wěn)態(tài)零序電流幅值及相位比較法由于中性點(diǎn)接入了消弧線圈，特別一般工作在過補(bǔ)償情況下，故障線路零序電流與非故障線路相比，已沒有中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)中幅值最大的的特征。并且，故障線路與非故障線路相位相同，超如系統(tǒng)零序電壓90度。但該方法不能排除CT不平衡的影響，受線路長短、系統(tǒng)運(yùn)行方式及過渡電阻大小的影響，且系統(tǒng)中可能存在某條線路的電容電流大于其它線路電容電流之和的情況，可見此法在理論上就是不完備的。對于中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)，由于消弧線圈提供的電感電流補(bǔ)償了電網(wǎng)對地的電容電流，使流過故障線路的零序電流大大減小，此時很難用零序電流保護(hù)原理來獲得保護(hù)的選擇性。由于種種缺點(diǎn)，零序電流比幅法目前已較少使用。后
來在此基礎(chǔ)上提出了群體比幅比相法，其原理是先進(jìn)行各條線路的ん比較，選出幾個幅值
較大的作為候選線路，然后在此基礎(chǔ)上進(jìn)行相位比較，選出方向與其他不同的，即為故障線路。該方法在一定程度上解決了前兩種方法存在的問題，但同樣不能排除CT不平衡電流及過渡電阻大小的影響。
2 )穩(wěn)態(tài)諧波電流方向比較法
測量數(shù)據(jù)顯示，5次諧波為除基波外含量最大，一般為19T8%。由于5次諧波含量相對基波而言要小得多，數(shù)值很小，極易混入干擾成份，測量精度不易保證；以此原理構(gòu)成的接地保護(hù)其零序電壓動作值往往較高，靈敏度較低，在接地點(diǎn)存在一定過渡電阻值下將出現(xiàn)拒動現(xiàn)象。3)五次諧波分量法
由于系統(tǒng)本身可能存在諧波源，以及在負(fù)荷不對稱，特別是當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生相間短路或三相短路吋，由于測量回路的元件飽和而產(chǎn)生大量的5次諧波，勢必使得基于諧波分量比較法的判線判據(jù)失敗。因此實(shí)際中應(yīng)用5次諧波分量進(jìn)行故障選線的裝置效果很不理想。4) Prony 擬合方法
Prony算法可以提取信號的衰減特性和相位特性，因此如果能對故障時多條線路的故障瞬時電流進(jìn)行采樣和Prony擬合，然后再比較它們的相位和衰減特性，就可以找到故障線路。5)小波包模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型與算法
該方法有著采用的網(wǎng)絡(luò)收斂速度快、具有極好的魯棒性，不受負(fù)荷諧波源、故障點(diǎn)位置和過渡電阻的影響等優(yōu)點(diǎn)。然而，該方法對樣本的選擇有著嚴(yán)格的限制，選取樣本時應(yīng)考慮各種情況下的故障模式，在實(shí)際應(yīng)用中受到了限制。6)基于小波分析的暫態(tài)零序電流比較法
根據(jù)小波變換的模極大值理論可知，出現(xiàn)故障和噪聲會導(dǎo)致信號奇異，而小波變換的模極大值點(diǎn)對應(yīng)著采樣信號的奇異點(diǎn)，由于噪聲的模極大值隨著尺度的増加而衰減，所以經(jīng)過適當(dāng)?shù)某叨确纸夂?，即可忽視噪聲影響得到較理想的暫態(tài)短路信號。所有非故障線路零序電流突變的極性相同，故障線路零序電流突變的極性與非故障線路零序電流突變極性相反，據(jù)此可判斷故障線路。7) S注入法
檢測裝置中的電流探測器必須具有很高的品質(zhì)因數(shù)、很窄的通帶寬度和很高的通帶放大倍數(shù)，以隔離掉相鄰次諧波，把有用信號檢測出來，實(shí)現(xiàn)正確選線。通常選擇位于エ頻n次與n+1次諧波之間的某一特定電流信號作為注入信號。
由于單相接地故障多為間歇性電弧接地，過渡電阻變化范圍很大。當(dāng)接地弧光電阻較大，處于區(qū)間2ifレ4たQ時，與分布電容產(chǎn)生的容抗相當(dāng)，選線就很困難了，容易誤判、漏判。8)行波測距
行波法比阻抗法定位的精確度高，但可靠性、抗干擾能力和適應(yīng)性較差。特別是由于配電網(wǎng)線路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，負(fù)荷分散[41]，行波在各段線路聯(lián)接處、各個一次設(shè)備產(chǎn)生非常復(fù)雜的折射和反射，行波信號的識別受到了嚴(yán)重的影響。此外，行波信號的提取也會受到較大負(fù)載的影響。9)信號注入法
在系統(tǒng)故障時向系統(tǒng)注入信號電流是信號注入法的基本原理，故障定位和選線則是通過注入信號特征和路徑的檢測、跟蹤來實(shí)現(xiàn)，是目前単相接地故障檢測在中低壓電網(wǎng)中一種行之有效的方法。靈活性是信號注入法最大的優(yōu)點(diǎn)，各種接線方式和結(jié)構(gòu)的配電系統(tǒng)都適用。2.優(yōu)化方案的提出
綜合比較各種方法的優(yōu)缺點(diǎn)，可以看出改進(jìn)的Prony算法在數(shù)據(jù)擬合方面可以很好地逼近真實(shí)值，基于小波分析的選線方式可以很好地得到所需頻率的暫態(tài)信號隨時間變化情況，而基于信號注入法的定位方法能夠適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜性的需求，因此采用以下步驟
a.采用Prony算法擬合得到故障數(shù)據(jù)；
b.結(jié)合傅里葉分解一小波分析法進(jìn)行故障選線；
c.使用注入法進(jìn)行故障定位，實(shí)現(xiàn)選線定位的需求。采用Prony算法擬合得到故障數(shù)據(jù)
Prony算法無需解特征方程，無需估計樣本自相關(guān)，僅通過線性方程組和多項式方程，便可求得信號的模態(tài)信息。與傳統(tǒng)的算法相比，Prony算法最突出的優(yōu)點(diǎn)是能分析出信號中的模態(tài)阻尼因子。由于Prony變換是利用阻尼諧波對信號進(jìn)行分解，因此其運(yùn)算量較大，也只有在計算機(jī)技術(shù)高度發(fā)展的今天，才能得以應(yīng)用。算法對于噪聲的影響十分敏感，在干擾噪聲背景下，該模型的研究求解是ー個高度非線性的最優(yōu)化問題，這也極大地限制了 Prony算法的實(shí)際應(yīng)用。但隨著研究的不斷深入和技術(shù)的發(fā)展，Prony方法將得到越來越廣泛的關(guān)注和應(yīng)用?？疾焓?br> 權(quán)利要求
1.一種選線定位方法，其特征在于包括以下步驟a.采用Prony算法擬合得到故障數(shù)據(jù)；b.結(jié)合傅里葉分解一小波分析法進(jìn)行故障選線；c.使用注入法進(jìn)行故障定位，實(shí)現(xiàn)選線定位的需求。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種能夠排除干擾、準(zhǔn)確性高、適用范圍廣的選線定位方法。利用了Prony算法最突出的優(yōu)點(diǎn)能夠分析出信號中的模態(tài)阻尼因子，能對故障時多條線路的故障瞬時電流進(jìn)行采樣和Prony擬合，得到精確的故障數(shù)據(jù)；結(jié)合傅里葉分解—小波分析法進(jìn)行故障選線是因?yàn)樗蟹枪收暇€路零序電流突變的極性相同，故障線路零序電流突變的極性與非故障線路零序電流突變極性相反，據(jù)此可以準(zhǔn)確地判斷出故障線路；確定故障線路之后再使用注入法進(jìn)行故障定位，通過注入信號特征和路徑的檢測、跟蹤來實(shí)現(xiàn)故障定位。本發(fā)明具有排除干擾、準(zhǔn)確性高、適用范圍廣的特點(diǎn)，且有很大的推廣價值。
文檔編號G01R31/08GK102654553SQ20121013800
公開日2012年9月5日 申請日期2012年5月7日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月7日
發(fā)明者張楠, 李冬雪, 李吉浩, 王修龐, 王肖劍, 趙曉 申請人:河南省電力公司南陽供電公司