一種環(huán)網(wǎng)配電系統(tǒng)短路故障早期檢測(cè)、辨識(shí)及定線方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種環(huán)網(wǎng)配電系統(tǒng)短路故障早期檢測(cè)、辨識(shí)及定線方法，通過使用該方法可以實(shí)現(xiàn)環(huán)網(wǎng)配電系統(tǒng)短路故障早期檢測(cè)與辨識(shí)，并快速確定故障線路。該方法先對(duì)線路電流進(jìn)行A/D采樣，然后利用軟件濾波算法濾除噪聲干擾，進(jìn)而利用算法分析濾波后的電流信號(hào)的局部突變信息，提取短路故障特征量，利用該特征量實(shí)現(xiàn)環(huán)網(wǎng)配電系統(tǒng)短路故障初步早期檢測(cè)與辨識(shí)，最后根據(jù)相關(guān)線路的故障特征值，進(jìn)一步確認(rèn)短路故障，并確定發(fā)生短路故障的線路，實(shí)現(xiàn)短路故障的早期辨識(shí)及其短路故障定線。
【專利說明】一種環(huán)網(wǎng)配電系統(tǒng)短路故障早期檢測(cè)、辨識(shí)及定線方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于電氣線路故障檢測(cè)領(lǐng)域，特別是涉及環(huán)網(wǎng)配電系統(tǒng)短路故障早期檢測(cè)、辨識(shí)及定線方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前環(huán)網(wǎng)配電系統(tǒng)中短路故障的保護(hù)有兩種方式，一種是由負(fù)荷開關(guān)熔斷器組合電器實(shí)現(xiàn)，一種是由斷路器實(shí)現(xiàn)。用斷路器或熔斷器提供短路保護(hù)存在共同問題，它們所提供的保護(hù)相對(duì)于故障發(fā)生時(shí)刻有一定的滯后，一般從故障發(fā)生到故障切除需經(jīng)歷幾十毫秒、甚至上百毫秒。隨著電力系統(tǒng)容量不斷增大，短路容量及短路電流也不斷上升，為了能夠長(zhǎng)時(shí)間承受強(qiáng)大的短路電流，對(duì)線路、設(shè)備及開關(guān)本身的動(dòng)熱穩(wěn)定性提出了越來越高的要求。
[0003]顯然，無限度的提高設(shè)備的動(dòng)熱穩(wěn)定性是不經(jīng)濟(jì)的也是不實(shí)際的，為了降低短路電流的威脅，如何在短路故障發(fā)生早期限制短路電流的發(fā)展或快速切斷短路故障成為研究熱點(diǎn)，這方面的研究包括故障限流器(FCL)、快速動(dòng)作的混合式斷路器等。其中，短路故障的早期檢測(cè)與辨識(shí)是關(guān)鍵技術(shù)。
[0004]目前尚無針對(duì)環(huán)網(wǎng)配電系統(tǒng)的短路故障早期檢測(cè)與辨識(shí)方法。本發(fā)明將解決中壓環(huán)網(wǎng)配電系統(tǒng)中短路故障早期檢測(cè)與辨識(shí)的問題，在一個(gè)配電結(jié)點(diǎn)中，通過對(duì)多條線路的同步在線監(jiān)測(cè)，根據(jù)電流信號(hào)的局部突變信息，提取故障特征值，實(shí)現(xiàn)短路故障早期檢測(cè)。在研究分析相關(guān)配電線路的故障特征的基礎(chǔ)上，相互驗(yàn)證，提高短路故障早期檢測(cè)的準(zhǔn)確性，并快速確定故障線路。
[0005]

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是提供了一種環(huán)網(wǎng)配電系統(tǒng)短路故障早期檢測(cè)辨識(shí)的方法，通過該方法可以有效地實(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)網(wǎng)配電線路短路故障的早期檢測(cè)與辨識(shí)，同時(shí)避免因?yàn)闄z測(cè)速度過快導(dǎo)致的誤判斷。
[0007]本發(fā)明采用以下方案實(shí)現(xiàn):一種環(huán)網(wǎng)配電系統(tǒng)短路故障早期檢測(cè)、辨識(shí)及定線方法，其特征在于:包括以下步驟:
1)對(duì)環(huán)網(wǎng)配電節(jié)點(diǎn)各線路電流分別進(jìn)行固定采樣頻率的A/D采樣，同時(shí)利用軟件濾波算法濾除噪聲干擾；
2)分析濾波后電流信號(hào)的局部突變信息，提取故障特征值；
3)判斷各線路當(dāng)前得到的故障特征值是否超過短路故障的閾值；若是，初步判斷該線路上發(fā)生了短路故障，進(jìn)行步驟4);若否，回到步驟I)繼續(xù)監(jiān)測(cè)；
4)結(jié)合相關(guān)線路的故障特征值，進(jìn)一步確認(rèn)短路故障，并確定發(fā)生短路故障的線路，實(shí)現(xiàn)定線。
[0008]在本發(fā)明一實(shí)施例中，所述的短路故障早期檢測(cè)、辨識(shí)方法是通過對(duì)電流信號(hào)局部突變信息加以分析實(shí)現(xiàn)的，即通過相關(guān)算法，對(duì)電流信號(hào)局部突變信息進(jìn)行分析，得到故障特征量，根據(jù)特征制定相應(yīng)閾值規(guī)范，實(shí)現(xiàn)短路故障的早期檢測(cè)與辨識(shí)。
[0009]在本發(fā)明一實(shí)施例中，所述的相關(guān)算法包括小波分解、小波包分解和波形曲率。
[0010]在本發(fā)明一實(shí)施例中，所述短路故障定線方法是通過將相關(guān)線路的故障特征信息進(jìn)行綜合分析與比較，然后判定故障特征最明顯的線路即為發(fā)生故障的線路。
[0011]在本發(fā)明一實(shí)施例中，所述方法是對(duì)中壓環(huán)網(wǎng)配電系統(tǒng)進(jìn)行短路故障檢測(cè)、辨識(shí)及定線；其保護(hù)終端處于線路結(jié)點(diǎn)。
[0012]在本發(fā)明一實(shí)施例中，所述保護(hù)終端是環(huán)網(wǎng)柜或開關(guān)站。
[0013]在本發(fā)明一實(shí)施例中，所述短路故障包括:三相短路和兩相短路。
[0014]
【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1為典型環(huán)網(wǎng)配電系統(tǒng)結(jié)點(diǎn)
圖2為典型環(huán)網(wǎng)配電系統(tǒng)發(fā)生短路故障的仿真波形圖3為利用小波包分解來檢測(cè)短路故障電流信號(hào)局部突變信息的示意圖圖4為出線Cl發(fā)生三相短路故障時(shí)，不同故障初相角下的線路Jl (進(jìn)線1)、J2 (進(jìn)線
2)、C1 (出線1)、C2 (出線2)的故障特征值的絕對(duì)值的對(duì)比情況圖5為本發(fā)明的軟件處理流程
【具體實(shí)施方式】
[0016]下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說明。
[0017]本實(shí)施例在環(huán)網(wǎng)柜中實(shí)現(xiàn)環(huán)網(wǎng)配電系統(tǒng)短路故障早期檢測(cè)、辨識(shí)及定線。且本實(shí)施例中采用小波包細(xì)節(jié)分解算法對(duì)短路電流的突變信息進(jìn)行分析，以由小波分解后的第四尺度細(xì)節(jié)分量再分解得到的細(xì)節(jié)分量(即附圖3中的dd5值)作為短路故障特征量。
[0018]環(huán)網(wǎng)柜是環(huán)網(wǎng)配電系統(tǒng)中的重要結(jié)點(diǎn)，系統(tǒng)電源向環(huán)網(wǎng)中注入電能，由環(huán)網(wǎng)柜分配到用電支線中。典型環(huán)網(wǎng)柜如附圖1所示，這是環(huán)網(wǎng)柜的一個(gè)仿真模型，由二進(jìn)二出四條線路構(gòu)成，從上到下依次是進(jìn)線Jl、出線Cl、出線C2和進(jìn)線J2，均為電纜線路；電源為IOkV電源，采用Y接類型，中性點(diǎn)不接地。通過故障模塊設(shè)置短路故障類型，進(jìn)行環(huán)網(wǎng)配電系統(tǒng)短路故障仿真。
[0019]附圖2是在出線Cl處發(fā)生三相短路時(shí)，環(huán)網(wǎng)柜中四路支線共12路電流的仿真波形。從圖中可以看出，當(dāng)短路故障發(fā)生時(shí)，電流信號(hào)在故障瞬間發(fā)生突變，這一局部突變比系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)劇烈得多，且這個(gè)變化是在短路故障剛發(fā)生的瞬間就有的，因此可以根據(jù)電流信號(hào)的局部突變信息作為短路故障早期檢測(cè)與辨識(shí)的依據(jù)。附圖3為利用小波包細(xì)節(jié)分解來檢測(cè)短路故障電流信號(hào)中局部突變信息的示意圖，由此看出利用適合的算法可以在故障早期將該局部突變信息檢測(cè)出來，進(jìn)而判斷故障的發(fā)生。
[0020]此外，在中壓環(huán)網(wǎng)配電網(wǎng)絡(luò)中，當(dāng)某條線路發(fā)生故障時(shí)，會(huì)對(duì)網(wǎng)絡(luò)上的其它線路造成影響，使其負(fù)載電流發(fā)生增大或減小的變化。由附圖2我們可以觀察到，當(dāng)出線Cl發(fā)生三相短路故障時(shí)，進(jìn)線Jl的電流變大了，而出線C2和進(jìn)線J2的電流變小了，說明在故障發(fā)生時(shí)，四條線路的電流信號(hào)局部突變信息都表現(xiàn)出了故障特征，但事實(shí)上短路故障只發(fā)生在線路Cl上。因此，為了正確判斷故障點(diǎn)，需綜合分析其它相關(guān)線路的故障特征信息，再進(jìn)一步確定故障發(fā)生的同時(shí)確定故障發(fā)生的位置。附圖4為出線Cl附近發(fā)生三相短路故障時(shí)，不同故障初相角下的線路Jl、J2、Cl、C2的故障特征值的絕對(duì)值的對(duì)比情況，由該圖可以看出，當(dāng)出線Cl處發(fā)生短路故障時(shí)，雖然線路J1、J2、C2的電流也發(fā)生了較大的變化，但真正的故障線路Cl的電流信號(hào)的變化均比其他相關(guān)線路大得多，即在任何故障初相角下故障線路Cl的故障特征值最大。因此，通過比較同一時(shí)刻相關(guān)線路的故障特征值，找出其中故障特征最明顯的線路即為發(fā)生故障的線路。
[0021]通過上述分析，本實(shí)施例制定的具體軟件處理流程如下:
(1)對(duì)電流信號(hào)進(jìn)行固定采樣頻率的A/D采樣，采用軟件濾波的方法濾除采樣信號(hào)中的干擾信息；
(2)分析濾波后電流信號(hào)的局部突變信息，利用相關(guān)算法提取故障特征值；本實(shí)施例中，所述的相關(guān)算法包括小波分解、小波包分解和波形曲率及其它具備信號(hào)奇異性辨識(shí)能力的算法；
(3)判斷當(dāng)前得到的故障特征值是否超過短路故障的閾值；若超過，初步判斷線路上發(fā)生了短路故障進(jìn)行步驟(4)，否則直接回到步驟(I)；
(4)比較各條線路的故障特征值，找到故障特征最明顯的線路；
(5)繼續(xù)檢測(cè)后續(xù)兩個(gè)采樣點(diǎn)的故障信息，找到故障特征最明顯的線路；
(6)判斷是否連續(xù)三次故障特征值都超過閾值，并且故障特征最大的線路是同一條。如果是，則確定發(fā)生短路故障，且故障發(fā)生在故障特征值最大的線路上。如果不是，即沒有連續(xù)三次故障特征超過閾值或者有連續(xù)三次故障特征超過閾值但故障特征最明顯的線路不是同一線路，則不能判定為發(fā)生短路故障，回到步驟I。
[0022]本發(fā)明不局限于以上具體的實(shí)施方式，只要采用了本發(fā)明的環(huán)網(wǎng)柜短路故障早期辨識(shí)所涉及的軟件處理流程及使用電流信號(hào)局部突變信息實(shí)現(xiàn)短路故障早期檢測(cè)、辨識(shí)及定線方法，無論采用何種濾波算法或特征量提取算法，都落入本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種環(huán)網(wǎng)配電系統(tǒng)短路故障早期檢測(cè)、辨識(shí)及定線方法，其特征在于:1)對(duì)環(huán)網(wǎng)配電節(jié)點(diǎn)各線路電流分別進(jìn)行固定采樣頻率的A/D采樣，同時(shí)利用軟件濾波算法濾除噪聲干擾；2)分析濾波后電流信號(hào)的局部突變信息，提取故障特征值；3)判斷各線路當(dāng)前得到的故障特征值是否超過短路故障的閾值；若是，初步判斷該線路上發(fā)生了短路故障，進(jìn)行步驟4);若否，回到步驟I)繼續(xù)監(jiān)測(cè)；4)結(jié)合相關(guān)線路的故障特征值，進(jìn)一步確認(rèn)短路故障，并同時(shí)確定發(fā)生短路故障的線路，實(shí)現(xiàn)定線。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的環(huán)網(wǎng)配電系統(tǒng)短路故障早期檢測(cè)、辨識(shí)及定線方法，其特征在于:所述的短路故障早期檢測(cè)、辨識(shí)方法是通過對(duì)電流信號(hào)局部突變信息加以分析實(shí)現(xiàn)的，即通過相關(guān)算法，對(duì)電流信號(hào)局部突變信息進(jìn)行分析，得到故障特征量，根據(jù)特征制定相應(yīng)閾值規(guī)范，實(shí)現(xiàn)短路故障的早期檢測(cè)與辨識(shí)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的環(huán)網(wǎng)配電系統(tǒng)短路故障早期檢測(cè)、辨識(shí)及定線方法，其特征在于:所述的相關(guān)算法包括小波分解、小波包分解和波形曲率。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的環(huán)網(wǎng)配電系統(tǒng)短路故障早期檢測(cè)、辨識(shí)及定線方法，其特征在于:所述短路故障定線方法是通過將相關(guān)線路的故障特征信息進(jìn)行綜合分析與比較，然后判定故障特征最明顯的線路即為發(fā)生故障的線路。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的環(huán)網(wǎng)配電系統(tǒng)短路故障早期檢測(cè)、辨識(shí)及定線方法，其特征在于:所述方法是對(duì)中壓環(huán)網(wǎng)配電系統(tǒng)進(jìn)行短路故障檢測(cè)、辨識(shí)及定線；其保護(hù)終端處于線路結(jié)點(diǎn)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的環(huán)網(wǎng)配電系統(tǒng)短路故障早期檢測(cè)、辨識(shí)及定線方法，其特征在于:所述保護(hù)終端是環(huán)網(wǎng)柜或開關(guān)站。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的環(huán)網(wǎng)配電系統(tǒng)短路故障早期檢測(cè)、辨識(shí)及定線方法，其特征在于:所述短路故障包括:三相短路和兩相短路。
【文檔編號(hào)】G01R31/02GK103454549SQ201310426689
【公開日】2013年12月18日 申請(qǐng)日期:2013年9月18日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月18日
【發(fā)明者】繆希仁, 陳俊杰, 吳曉梅, 林蘇斌, 郭謀發(fā) 申請(qǐng)人:福州大學(xué)