本發(fā)明涉及配電網(wǎng)故障選線技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種傳統(tǒng)配電網(wǎng)單相斷線故障選線方法。

背景技術(shù)：

斷線故障因故障電流不明顯，故障特征量難以檢測，對輸變電設(shè)備危害小，在電網(wǎng)運行維護中受重視的程度遠不如短路故障。由于配電線路自身的特點，當某饋線發(fā)生單相斷線故障時，引起的母線相電壓、相電流變化不明顯，從而不易被發(fā)現(xiàn)，但持續(xù)不對稱運行將對用戶產(chǎn)生不利影響。非全相運行時，雖然與短路故障相比后果一般較小，但是對電力系統(tǒng)的影響還是不應小視，應盡快確定故障線路并及時報警。目前中壓配電網(wǎng)一般不會配置專門反應斷線故障的保護裝置，當斷線故障發(fā)生時，只通過人工判斷并進行相應的處理，往往帶故障運行很長時間由用戶反映后供電部門才發(fā)現(xiàn)故障，這與配電網(wǎng)自動化發(fā)展的趨勢和智能配電網(wǎng)的發(fā)展并不相稱。在實際運行維護中，因斷線故障發(fā)生次數(shù)少，維護人員的相關(guān)經(jīng)驗也少，不能進行準確判斷，延誤事故處理，不利于電網(wǎng)安全運行。

近幾年來斷線故障發(fā)生頻率呈現(xiàn)增高趨勢，己不可忽視，需要對斷線故障重視起來。隨著用戶對電能質(zhì)量要求的提高，如何快速、準確地反應斷線故障是供電部門應該考慮的一個課題。

傳統(tǒng)的配電網(wǎng)多采用單電源輻射狀供電網(wǎng)絡(luò)。配電線路發(fā)生單相斷線故障時，由于饋線的三相負荷不平衡，系統(tǒng)3U0電壓一般會高于正常值。傳統(tǒng)的配電網(wǎng)單相斷線故障處理方法是以線運班巡線為主，線操班分段試拉饋線桿刀和測量部分配變低壓側(cè)三相電壓為輔的方法來判定斷線位置。然而，當線路較長時，線運班的巡線周期較長，桿變?nèi)嚯妷旱膶嶋H測量也比較耗時，分段試拉桿刀定位故障區(qū)域的方法有時并不準確。

斷線故障選線方面，已有如下方法：

(1)利用配電網(wǎng)發(fā)生單相斷線故障時負序電流的一般變化規(guī)律，將負序電流和故障相電壓乘積并對其進行前向積分，將積分值作為能量測度進行故障選線。

(2)以負序電壓幅值為單相斷線判據(jù)，結(jié)合負荷監(jiān)測點到電源點的最小路徑分析，從負荷監(jiān)測儀獲得數(shù)據(jù)，通過劃定發(fā)生單相斷線故障的可能區(qū)域和不可能區(qū)域，同時將這兩個區(qū)域作差集運算，得出最小斷線故障區(qū)域。

(3)在線路的監(jiān)測點安裝斷線監(jiān)測裝置，周期性地三相同步采樣配電線路三相電壓、三相電流波形，通過計算比較電壓電流的幅值相位關(guān)系來判斷是否發(fā)生單相斷線故障。

(4)對于單相斷線及其斷線加接地故障，以負序電流與正序電流的變化量為故障保護判據(jù)，考慮到在不對稱短路與TA斷線時系統(tǒng)中也含有負序電流與正序電流變化量，采用相電流變化量為輔助判據(jù)，實現(xiàn)對單相斷線加接地復雜故障的檢測功能，同時避免了不對稱短路或TA斷線時保護誤動。對多相斷線及其斷線加接地復雜故障，用正序電流的變化量為故障保護判據(jù)，采用故障后相電流值為輔助判據(jù)，實現(xiàn)對多相斷線故障的檢測功能。

以上斷線選線方法均利用斷線時的相電壓、相電流、負序電流和正序電流的變化特征，由兩種或兩種以上的特征量構(gòu)成斷線保護判據(jù)。但斷線故障引起的電壓、電流變化不明顯，使依據(jù)上述電氣量變化特征構(gòu)成的斷線保護判據(jù)的靈敏度不高。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的就是為了解決上述難題，提供了一種傳統(tǒng)配電網(wǎng)單相斷線故障選線方法，該方法深入挖掘斷線故障電氣特征量信息，通過對故障電氣量進行數(shù)字信號處理，提取判據(jù)特征量，從而間接放大故障特征量，構(gòu)成靈敏度高的斷線保護判據(jù)。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的具體方案如下：

一種傳統(tǒng)配電網(wǎng)單相斷線故障選線方法，包括：

(1)假設(shè)變電站母線共帶有n條饋線，采集各饋線出口處的三相相電流，計算各饋線的負序電流；

(2)將計算得到的各饋線的負序電流的幅值與負序整定值進行比較，當負序電流的幅值大于負序整定值時啟動步驟(3)；否則，返回步驟(1)；

(3)對各饋線的負序電流進行EMD分解，得到各階本征模態(tài)分量IMF；并計算各階本征模態(tài)分量IMF對應的瞬時幅值波形；

(4)分別計算各饋線設(shè)定階數(shù)的本征模態(tài)分量IMF在故障前、后各m個周波的瞬時幅值之和，以及各饋線在故障前、后各m個周波的瞬時幅值之和的變化量；

(5)根據(jù)各饋線在故障前、后各m個周波的瞬時幅值之和的變化量的大小判斷出斷線故障線路。

進一步地，所述步驟(2)中，負序整定值根據(jù)躲過其他饋線單相斷線故障時本饋線上產(chǎn)生的負序電流進行整定。

進一步地，所述負序整定值I_2.set＝k_k|i₂|；其中，k_k為可靠系數(shù)。

進一步地，所述步驟(3)中對各階本征模態(tài)分量IMF分別進行Hilbert變換，得到其相應的瞬時幅值波形。

進一步地，所述步驟(4)中，分別計算各饋線二階本征模態(tài)分量IMF₂在故障前和故障后的瞬時幅值之和。

進一步地，所述步驟(5)中，將各饋線在故障前、后各m個周波的瞬時幅值之和的變化量由大到小進行排序，選取前三條饋線作為疑似斷線故障線路。

進一步地，所述步驟(5)中，將各饋線在故障前、后各m個周波的瞬時幅值之和的變化量由大到小進行排序，選取變化量最大者為斷線故障線路。

本發(fā)明的有益效果：

在架空配電線路單相斷線故障選線中，以負序電流和負序電流希爾伯特-黃變換的二階本征模態(tài)分量結(jié)合構(gòu)成選線判據(jù)，有以下應用效果：

(1)單相斷線故障發(fā)生后，故障線路產(chǎn)生的負序電流由故障點流向母線，與非故障線路上的負序電流方向相反，故障線路上的負序電流大于非故障線路上的負序電流，特征明顯。

(2)采用希爾伯特-黃變換，取負序電流二階本征模態(tài)分量在故障前后各m個周波的瞬時幅值之和的突變量作為判據(jù)，該判據(jù)特征量在故障前后變化量增大，且能與非故障線路可靠區(qū)分，靈敏度高。而且調(diào)整m的數(shù)值，可以調(diào)整靈敏度。m值越大，靈敏度越高。

(3)單相斷線故障后產(chǎn)生的負序電流不受中性點運行方式的影響，因此本發(fā)明選用的選線判據(jù)在各種中性點接地方式下均有效。

(4)該方法不受負荷性質(zhì)的影響，在線路帶動力負荷、非動力負荷以及綜合性負荷情況下均能有效地檢測出單相斷線故障，可靠性高。

附圖說明

圖1為單相斷線故障系統(tǒng)接線示意圖；

圖2為本發(fā)明斷線故障選線流程示意圖；

圖3為10kV配電系統(tǒng)仿真模型示意圖；

圖4(a)為針對動力負荷的仿真結(jié)果:負序電流IMF2的瞬時幅值；

圖4(b)為針對動力負荷的仿真結(jié)果:故障前和故障后負序電流的S_IMF；

圖5(a)為針對非動力負荷的仿真結(jié)果:負序電流IMF2的瞬時幅值；

圖5(b)為針對非動力負荷的仿真結(jié)果:故障前和故障后負序電流的S_IMF；

圖6(a)為針對綜合性負荷的仿真結(jié)果:負序電流IMF2的瞬時幅值；

圖6(b)為針對綜合性負荷的仿真結(jié)果:故障前和故障后負序電流的S_IMF。

具體實施方式：

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明進行詳細說明：

架空配電線路發(fā)生單相斷線故障時的簡化系統(tǒng)如附圖1所示。經(jīng)理論推導發(fā)現(xiàn)，線路發(fā)生單相斷線故障后，保護安裝處的相電壓和相電流變化不明顯。故障線路的斷線相負序電流變化顯著，數(shù)值上要比非故障相的負序電流大得多。若Z_H1＝Z_H2(非動力負荷)，故障相的負序電流變化量和正序電流的變化量相等；若Z_H1>Z_H2(動力負荷或綜合性負荷)，則負序電流變化量的值要大于正序電流變化量的值。此時，若利用負序電流變化量作為斷線故障的保護判據(jù)要比利用正序電流具有更大的優(yōu)越性。

在配電網(wǎng)的各種負荷類型中，無外乎動力負荷、非動力負荷以及綜合性負荷三種，因此，在單相斷線故障發(fā)生后，均有負序電流變化量大于等于其正序電流變化量。從理論上來講，直接對故障發(fā)生瞬間的負序電流變化量進行分析比較即可識別出故障線路，但有時靈敏度不夠高。因此本發(fā)明從負序電流中提取斷線故障前后變化明顯的特征量作為單相斷線選線判據(jù)，提高斷線保護的靈敏度。

希爾伯特-黃變換具有良好的自適應性、快速性，在處理非線性、非平穩(wěn)信號具有無可比擬的優(yōu)越性，因此非常適合分析配電線路發(fā)生單相斷線故障時產(chǎn)生的暫態(tài)突變信號。

本發(fā)明對斷線故障前后的負序電流進行希爾伯特-黃變換，把負序電流二階本征模態(tài)分量在故障前后各m個周波的瞬時幅值之和的突變量作為判據(jù)，實現(xiàn)高靈敏度的單相斷線故障選線。

本發(fā)明提出的架空配電線路單相斷線故障選線流程如附圖2所示。設(shè)變電站母線共帶有n條饋線，選線過程具體描述如下：

(1)采集各饋線出口處的三相相電流，應用對稱分量法計算出各饋線的負序電流i_2k(k＝1,2,...n)；

(2)各饋線的負序電流的幅值|i_2k|與負序整定值I_2.set比較，大于定值時啟動步驟(3)；否則，回到步驟(1)。該整定值按躲過其他饋線單相斷線故障時本饋線上產(chǎn)生的負序電流i₂進行整定，即I_2.set＝k_k|i₂|，其中k_k為可靠系數(shù)。

(3)對各饋線的負序電流i_2k進行EMD分解，得到各階本征模態(tài)分量IMF。

(4)取各階IMF進行Hilbert變換，得其相應的瞬時幅值波形。經(jīng)驗證發(fā)現(xiàn)，二階本征模態(tài)分量IMF₂的瞬時幅值在故障前和故障后變化最為顯著；

(5)分別計算各饋線IMF_2.k在故障前后各m個周波的瞬時幅值之和，計算公式如下：

其中：為第k條饋線故障前m個周波的IMF₂瞬時幅值之和；為第k條饋線故障后m個周波的IMF₂瞬時幅值之和；N為一個周波內(nèi)的采樣點數(shù)。由于本文中配電系統(tǒng)工作頻率為50Hz，采樣頻率設(shè)為1000Hz，因此N＝20。

(6)計算每條饋線故障前后各m個周波的瞬時幅值之和的變化量Δ_IMF2.k。

(7)可有兩種方式判斷斷線故障線路：第一種，Δ_IMF2.k最大者為斷線故障線路；第二種，各饋線的變化量Δ_IMF2.k按從大到小順序排序，前三個對應疑似斷線故障線路。

以PSCAD/EMTDC作為仿真建模工具，以MATLAB作為算法處理工具，采用附圖3所示的10kV配電系統(tǒng)仿真模型，分別在系統(tǒng)帶動力負荷、非動力負荷和綜合性負荷三種不同的情況下，對10kV架空線路單相斷線故障進行仿真。其中，以型號為Y160M2-2的三相異步電動機作為動力負荷，以2.5MW阻性負載作為非動力負荷，以恒功率負載2.5MW+0.2Mvar作為綜合性負荷；t＝0.4s時L1線路A相發(fā)生斷線故障。

由希爾伯特黃變換原理可知，前幾階本征模態(tài)分量IMF包含了原始信號的主要信息。當線路發(fā)生單相斷線故障時，對負序電流進行EMD分解，可以得到若干階IMF。這里選用前四階IMF進行分析。采樣前四階IMF在故障前后各一個周期內(nèi)的瞬時幅值之和分別如圖4(b)、圖5(b)和圖6(b)所示?？梢钥闯觯瑹o論是動力負荷、非動力負荷還是綜合性負荷，發(fā)生單相斷線故障后，二階本征模態(tài)分量在一個周期內(nèi)的瞬時幅值之和變化得最為明顯。因此選用S_IMF2的變化量作為判斷單相斷線故障的特征量。

負序電流二階本征模態(tài)IMF2的瞬時幅值分別如圖4(a)、圖5(a)和圖6(a)所示。由圖可知，發(fā)生故障后，IMF2瞬時幅值迅速增大，并隨著時間逐漸趨于穩(wěn)定。因此，可采樣故障發(fā)生前后各m個周波的IMF2的瞬時幅值作為研究對象，其中m＝1，2，3，......。

故障線路與非故障線路中二階本征模態(tài)分量IMF2的瞬時幅值在m個周期內(nèi)采樣值之和及其故障前后的變化量分別如附表1和附表2所示，表中共取了故障前后各1至10個周波內(nèi)瞬時幅值之和及其變化量。由附表1和附表2可見，取的周期數(shù)越多，故障線路故障前后瞬 時幅值之和的變化量越大，保護就越靈敏。而非故障線路的變化量在故障前后變化明顯小于故障線路的。

附表1 故障線路二階本征模態(tài)分量IMF2的瞬時幅值在m個周期內(nèi)采樣值之和(其中，m＝1,2,...,10)

附表2 非故障線路二階本征模態(tài)分量IMF2的瞬時幅值在m個周期內(nèi)采樣值之和(其中，m＝1,2,...,10)

為便于比較本發(fā)明所提斷線保護判據(jù)的靈敏性，列出故障線路與非故障線路中負序電流幅值在故障前后的變化量如附表3和附表4所示。從附表3和附表4可見，故障線路的負序電流幅值及其故障前后的變化量也大于非故障線路的，但與本發(fā)明所提出的判據(jù)的變化量的相比，小得多。因此，選用負序電流二階本征模態(tài)分量IMF在故障前后各m個周波的瞬時幅值之和的變化量作為判斷，能夠可靠地選出斷線線路，具有很高的靈敏度。

附表3 故障線路負序電流幅值在故障前后的變化

附表4 非故障線路負序電流幅值在故障前后的變化

上述雖然結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式進行了描述，但并非對本發(fā)明保護范圍的限制，所屬領(lǐng)域技術(shù)人員應該明白，在本發(fā)明的技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本領(lǐng)域技術(shù)人員不需要付出創(chuàng)造性勞動即可做出的各種修改或變形仍在本發(fā)明的保護范圍以內(nèi)。