本發(fā)明屬于故障檢測領(lǐng)域，尤其涉及一種帶并聯(lián)阻尼調(diào)匝式消弧線圈單相接地故障測距方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

由于配電網(wǎng)是向負(fù)荷分配電能的末端環(huán)節(jié)，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，分支眾多，因此容易發(fā)生接地故障尤其是單相接地故障。當(dāng)發(fā)生單相接地故障后如果不及時處理，可能會引發(fā)故障擴(kuò)散，對電網(wǎng)的運(yùn)行造成危害。因此，快速、準(zhǔn)確的故障定位技術(shù)對配網(wǎng)安全運(yùn)行以及保證供電可靠性具有重要意義。

故障測距是指利用故障線路上的電氣信息對故障距離進(jìn)行直接計算，主要有阻抗法和行波法2類方法。阻抗法主要利用故障時線路上的電壓，電流信息計算線路阻抗，進(jìn)而推算故障距離，阻抗法應(yīng)用簡單，成本便宜，但容易受到接地電阻及負(fù)荷等因素的影響。行波法主要是利用發(fā)生故障時產(chǎn)生的暫態(tài)行波到達(dá)檢測點(diǎn)的時間來推算故障距離?？紤]到配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，分支眾多，使得暫態(tài)行波的折射波、反射波過多，不宜分辨，對測距的精度產(chǎn)生一定的影響。

我國中壓配網(wǎng)中性點(diǎn)廣泛采用經(jīng)消弧線圈接地運(yùn)行方式。近年來隨著容量、耐壓和可靠性的逐漸提高，電力電子開關(guān)器件因其動作的迅速性而開始應(yīng)用于諧振接地系統(tǒng)中消弧線圈的調(diào)節(jié)，如“調(diào)匝式”消弧線圈阻尼電阻的投切，“調(diào)容式”消弧線圈補(bǔ)償電容的投切等。

而現(xiàn)有的單相接地故障測距方法需要測量故障線路的正、負(fù)、零序電壓電流數(shù)據(jù)，根據(jù)電壓電流之間的關(guān)系列寫相關(guān)矩陣，根據(jù)迭代法計算故障距離。該方法使得實(shí)際測量中數(shù)據(jù)采集量多且速度慢，由于現(xiàn)有的單相接地故障測距方法采用迭代法計算故障距離，浪費(fèi)大量的時間，導(dǎo)致故障測距方法的實(shí)時性不足。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的第一目的是提供一種帶并聯(lián)阻尼調(diào)匝式消弧線圈單相接地故障測距方法。

帶并聯(lián)阻尼調(diào)匝式消弧線圈為并聯(lián)連接電感以及阻尼電阻，當(dāng)帶并聯(lián)阻尼調(diào)匝式消弧線圈的單相接地故障時，與阻尼電阻串聯(lián)的反并聯(lián)晶閘管一直處于關(guān)斷狀態(tài)。

本發(fā)明的一種帶并聯(lián)阻尼調(diào)匝式消弧線圈單相接地故障測距方法，具體包括：

步驟1：利用微處理器來控制反并聯(lián)晶閘管短時觸發(fā)導(dǎo)通，進(jìn)而產(chǎn)生擾動信號；所述擾動信號包括擾動電壓信號和擾動電流信號；

步驟2：在故障線路出口端提取擾動信號；

步驟3：對提取的擾動信號進(jìn)行傅里葉變換分析，根據(jù)擾動電壓和擾動電流在頻域內(nèi)的線性關(guān)系，得到帶并聯(lián)阻尼調(diào)匝式消弧線圈單相接地故障在不同頻率下的等效阻抗數(shù)據(jù)；

步驟4：將不同頻率下等效阻抗數(shù)據(jù)與帶并聯(lián)阻尼調(diào)匝式消弧線圈的單相接地故障的等效阻抗表達(dá)式聯(lián)立來構(gòu)建方程組，求解方程組即可得到故障距離。

本發(fā)明的該方法只需要提取故障線路的擾動電壓信號和擾動電流信號，這在實(shí)際測量中可以大大加快數(shù)據(jù)的采集速度，并且不需要使用迭代法計算，使得故障測距方法對實(shí)時性要求嚴(yán)格，縮短了計算時間，保證了故障測距方法的實(shí)時性，而且本發(fā)明在得到數(shù)據(jù)的同時，只需將數(shù)據(jù)整理即可算出故障距離。

在所述步驟4中的帶并聯(lián)阻尼調(diào)匝式消弧線圈的單相接地故障的等效阻抗表達(dá)式的求取過程為：

構(gòu)建帶并聯(lián)阻尼調(diào)匝式消弧線圈的單相接地故障模型；

再根據(jù)電阻等于電壓與電流的比值，計算單相接地故障模型的等效阻抗表達(dá)式。

本發(fā)明利用測量的擾動電壓和擾動電流，以及構(gòu)建的帶并聯(lián)阻尼調(diào)匝式消弧線圈的單相接地故障模型，能夠快速準(zhǔn)確地求解出單相接地故障模型的等效阻抗表達(dá)式。

該方法還包括對不同頻率下的等效阻抗數(shù)據(jù)進(jìn)行冗余處理。

對不同頻率下的等效阻抗數(shù)據(jù)進(jìn)行冗余處理，保證了數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，提高了故障距離計算的精度。

采用最小二乘法對不同頻率下的等效阻抗數(shù)據(jù)進(jìn)行冗余處理。利用最小二乘法能夠最大化準(zhǔn)確地處理數(shù)據(jù)冗余，提高計算阻抗的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性。

進(jìn)一步地，在故障線路出口端采用相鄰周波相減的方法來提取擾動信號。

在故障線路出口端可采用相鄰周波相減的方法提取擾動電壓和擾動電流信號，即通過含有擾動信號的波形與不含有擾動信號的正常波形相減，即可將疊加在背景波形上的擾動提取出來。該信號提取方法本質(zhì)上是一種非線性濾波，它可將背景中的各種周期性干擾濾除，進(jìn)而保證擾動提取的準(zhǔn)確性。

本發(fā)明的第二目的是提供一種帶并聯(lián)阻尼調(diào)匝式消弧線圈單相接地故障測距系統(tǒng)。

本發(fā)明的一種帶并聯(lián)阻尼調(diào)匝式消弧線圈單相接地故障測距系統(tǒng)，帶并聯(lián)阻尼調(diào)匝式消弧線圈為并聯(lián)連接電感以及阻尼電阻，當(dāng)帶并聯(lián)阻尼調(diào)匝式消弧線圈的單相接地故障時，與阻尼電阻串聯(lián)的反并聯(lián)晶閘管一直處于關(guān)斷狀態(tài)，該系統(tǒng)包括：

微處理器，其與反并聯(lián)晶閘相連；所述微處理器被配置為：控制反并聯(lián)晶閘管短時觸發(fā)導(dǎo)通，進(jìn)而產(chǎn)生擾動信號；所述擾動信號包括擾動電壓信號和擾動電流信號；

信號采集裝置，其用于采集故障線路始端的含有擾動信號的電信號以及不含有擾動信號的電信號并傳送至故障測距處理器；

故障測距處理器，其被配置為：

采用相鄰周波相減的方法來提取擾動信號；

對提取的擾動信號進(jìn)行傅里葉變換分析，根據(jù)擾動電壓和擾動電流在頻域內(nèi)的線性關(guān)系，得到帶并聯(lián)阻尼調(diào)匝式消弧線圈單相接地故障在不同頻率下的等效阻抗數(shù)據(jù)；

將不同頻率下等效阻抗數(shù)據(jù)與帶并聯(lián)阻尼調(diào)匝式消弧線圈的單相接地故障的等效阻抗表達(dá)式聯(lián)立來構(gòu)建方程組，求解方程組即可得到故障距離。

本發(fā)明的該系統(tǒng)不需要測量系統(tǒng)的正負(fù)零序信號，只需要提取故障線路的擾動電壓信號和擾動電流信號，這在實(shí)際測量中可以大大加快數(shù)據(jù)的采集速度，并且不需要使用迭代法計算，使得故障測距過程對實(shí)時性要求嚴(yán)格，縮短了計算時間，保證了故障測距過程的實(shí)時性，而且本發(fā)明在得到數(shù)據(jù)的同時，只需將數(shù)據(jù)整理即可算出故障距離。

進(jìn)一步地，所述故障測距處理器，還被配置為：

構(gòu)建帶并聯(lián)阻尼調(diào)匝式消弧線圈的單相接地故障模型；

再根據(jù)電阻等于電壓與電流的比值，計算單相接地故障模型的等效阻抗表達(dá)式。

本發(fā)明利用測量的擾動電壓和擾動電流，以及構(gòu)建的帶并聯(lián)阻尼調(diào)匝式消弧線圈的單相接地故障模型，能夠快速準(zhǔn)確地求解出單相接地故障模型的等效阻抗表達(dá)式。

進(jìn)一步地，所述故障測距處理器，還被配置為：對不同頻率下的等效阻抗數(shù)據(jù)進(jìn)行冗余處理。

對不同頻率下的等效阻抗數(shù)據(jù)進(jìn)行冗余處理，保證了數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，提高了故障距離計算的精度。

進(jìn)一步地，所述故障測距處理器，還被配置為：采用最小二乘法對不同頻率下的等效阻抗數(shù)據(jù)進(jìn)行冗余處理。利用最小二乘法能夠最大化準(zhǔn)確地處理數(shù)據(jù)冗余，提高計算阻抗的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性。

進(jìn)一步地，所述故障測距處理器，還被配置為：在故障線路出口端采用相鄰周波相減的方法來提取擾動信號。

在故障線路出口端可采用相鄰周波相減的方法提取擾動電壓和擾動電流信號，即通過含有擾動信號的波形與不含有擾動信號的正常波形相減，即可將疊加在背景波形上的擾動提取出來。該信號提取方法本質(zhì)上是一種非線性濾波，它可將背景中的各種周期性干擾濾除，進(jìn)而保證擾動提取的準(zhǔn)確性。

進(jìn)一步地，所述故障測距處理器還與顯示屏相連，所述顯示屏用于顯示故障距離。

進(jìn)一步地，所述故障測距處理器還與服務(wù)器相連，所述服務(wù)器與遠(yuǎn)程監(jiān)控終端相連。這樣使得遠(yuǎn)程監(jiān)控人員也能夠通過遠(yuǎn)程監(jiān)控終端實(shí)時獲取故障測距處理器計算出的故障距離。

本發(fā)明的有益效果為：

本發(fā)明不需要測量系統(tǒng)的正負(fù)零序信號，只需要提取故障線路的擾動電壓信號和擾動電流信號，這在實(shí)際測量中可以大大加快數(shù)據(jù)的采集速度，并且不需要使用迭代法計算，使得故障測距方法對實(shí)時性要求嚴(yán)格，縮短了計算時間，保證了故障測距方法的實(shí)時性，而且本發(fā)明在得到數(shù)據(jù)的同時，只需將數(shù)據(jù)整理即可算出故障距離。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的一種帶并聯(lián)阻尼調(diào)匝式消弧線圈單相接地故障電路圖；

圖2是采用相鄰周波相減的方法來提取擾動信號的示意圖；

圖3是帶并聯(lián)阻尼調(diào)匝式消弧線圈的單相接地故障模型；

圖4是本發(fā)明的一種帶并聯(lián)阻尼調(diào)匝式消弧線圈單相接地故障測距方法流程圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖與實(shí)施例對本發(fā)明做進(jìn)一步說明：

本發(fā)明所涉及的帶并聯(lián)阻尼調(diào)匝式消弧線圈為并聯(lián)連接電感以及阻尼電阻，如圖1所示。當(dāng)帶并聯(lián)阻尼調(diào)匝式消弧線圈的單相接地故障時，與阻尼電阻串聯(lián)的反并聯(lián)晶閘管一直處于關(guān)斷狀態(tài)，鑒于電力電子開關(guān)的可控性，此時若控制關(guān)斷的晶閘管短時觸發(fā)導(dǎo)通，等效于將阻尼電阻短時投入運(yùn)行，進(jìn)而引起故障饋線電壓、電流隨之發(fā)生輕微擾動，通過在饋線出口端對該擾動的檢測與分析即可計算故障點(diǎn)的距離。

本發(fā)明的處理對象是“帶并聯(lián)阻尼調(diào)匝式消弧線圈”，從工程實(shí)用性來說，本發(fā)明專利產(chǎn)生擾動的方法要比對比文件所用的方法簡單，不需要對電力電子器件進(jìn)行復(fù)雜的控制即可滿足要求工程上的要求。

本發(fā)明采用諧波阻抗測量技術(shù)將線路始端的擾動電壓電流信號進(jìn)行快速傅里葉分析得到系統(tǒng)諧波阻抗數(shù)據(jù)，根據(jù)系統(tǒng)諧波阻抗的表達(dá)式與得到的數(shù)據(jù)用數(shù)學(xué)方法計算得到故障距離。

一、帶并聯(lián)阻尼調(diào)匝式消弧線圈單相接地故障測距方法

圖4是本發(fā)明的一種帶并聯(lián)阻尼調(diào)匝式消弧線圈單相接地故障測距方法流程圖。

如圖4所示的帶并聯(lián)阻尼調(diào)匝式消弧線圈單相接地故障測距方法，具體包括：

步驟1：利用微處理器來控制反并聯(lián)晶閘管短時觸發(fā)導(dǎo)通，進(jìn)而產(chǎn)生擾動信號；所述擾動信號包括擾動電壓信號和擾動電流信號。

本發(fā)明通過對電力電子器件的控制，可實(shí)現(xiàn)對擾動信號的產(chǎn)生時間和幅值的控制，提高了信號可辨識度。

其中，微處理器可以為單片機(jī)或可編程邏輯控制器。

步驟2：在故障線路出口端提取擾動信號。

故障線路的出口端也就是故障線路的始端。

在故障線路出口端可采用相鄰周波相減的方法提取擾動電壓和擾動電流信號，即通過含有擾動信號的波形與不含有擾動信號的正常波形相減，即可將疊加在背景波形上的擾動提取出來，如圖2所示。該信號提取方法本質(zhì)上是一種非線性濾波，它可將背景中的各種周期性干擾濾除，進(jìn)而保證擾動提取的準(zhǔn)確性。

步驟3：對提取的擾動信號進(jìn)行傅里葉變換分析，根據(jù)擾動電壓和擾動電流在頻域內(nèi)的線性關(guān)系，得到帶并聯(lián)阻尼調(diào)匝式消弧線圈單相接地故障在不同頻率下的等效阻抗數(shù)據(jù)。

由于產(chǎn)生的擾動信號含有豐富的頻率成分，利用其可得到故障饋線在多個頻率下的頻域特性，進(jìn)而求得多個頻率下故障點(diǎn)距母線的距離。

為了保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，提高了故障距離計算的精度，本發(fā)明還對不同頻率下的等效阻抗數(shù)據(jù)進(jìn)行冗余處理。

優(yōu)選地，本發(fā)明采用最小二乘法對不同頻率下的等效阻抗數(shù)據(jù)進(jìn)行冗余處理。利用最小二乘法能夠最大化準(zhǔn)確地處理數(shù)據(jù)冗余，提高計算阻抗的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性。

本發(fā)明還可以采用其他的現(xiàn)有的方法對不同頻率下的等效阻抗數(shù)據(jù)進(jìn)行冗余處理。

步驟4：將不同頻率下等效阻抗數(shù)據(jù)與帶并聯(lián)阻尼調(diào)匝式消弧線圈的單相接地故障的等效阻抗表達(dá)式聯(lián)立來構(gòu)建方程組，求解方程組即可得到故障距離。

具體地，在所述步驟4中的帶并聯(lián)阻尼調(diào)匝式消弧線圈的單相接地故障的等效阻抗表達(dá)式的求取過程為：

構(gòu)建帶并聯(lián)阻尼調(diào)匝式消弧線圈的單相接地故障模型；

再根據(jù)電阻等于電壓與電流的比值，計算單相接地故障模型的等效阻抗表達(dá)式。

本發(fā)明利用測量的擾動電壓和擾動電流，以及構(gòu)建的帶并聯(lián)阻尼調(diào)匝式消弧線圈的單相接地故障模型，能夠快速準(zhǔn)確地求解出單相接地故障模型的等效阻抗表達(dá)式。

帶并聯(lián)阻尼調(diào)匝式消弧線圈的單相接地故障模型如圖3所示。

其中：M表示故障線路始端，F(xiàn)表示線路上單相接地故障發(fā)生點(diǎn)，表示故障相始端的擾動電壓，表示流過故障相的擾動電流，表示故障點(diǎn)F的擾動對地電壓，表示流過接地電阻的擾動電流，L_line表示基波頻率下線路的單位電感，X_C表示基波頻率下單位分布電容，R_f表示接地電阻，x表示故障距離。

在圖3中，基于擾動電壓和擾動電流在頻域內(nèi)的線性關(guān)系獲得其在各次頻率下的等效阻抗。設(shè)U_m(ω)和I_m(ω)分別為擾動電壓、電流信號和經(jīng)快速傅立葉變換后角頻率為ω的分量，則無源線性系統(tǒng)在角頻率ω下的等效阻抗Z_m(ω)為：

根據(jù)計算模型可知等效阻抗表達(dá)式為：

本發(fā)明的該方法不需要測量系統(tǒng)的正負(fù)零序信號，只需要提取故障線路的擾動電壓信號和擾動電流信號，這在實(shí)際測量中可以大大加快數(shù)據(jù)的采集速度，并且不需要使用迭代法計算，使得故障測距方法對實(shí)時性要求嚴(yán)格，縮短了計算時間，保證了故障測距方法的實(shí)時性，而且本發(fā)明在得到數(shù)據(jù)的同時，只需將數(shù)據(jù)整理即可算出故障距離。

二、帶并聯(lián)阻尼調(diào)匝式消弧線圈單相接地故障測距系統(tǒng)

本發(fā)明的一種帶并聯(lián)阻尼調(diào)匝式消弧線圈單相接地故障測距系統(tǒng)，包括：

(1)微處理器，其與反并聯(lián)晶閘相連；所述微處理器被配置為：控制反并聯(lián)晶閘管短時觸發(fā)導(dǎo)通，進(jìn)而產(chǎn)生擾動信號；所述擾動信號包括擾動電壓信號和擾動電流信號。

本發(fā)明通過對電力電子器件的控制，可實(shí)現(xiàn)對擾動信號的產(chǎn)生時間和幅值的控制，提高了信號可辨識度。

其中，微處理器可以為單片機(jī)或可編程邏輯控制器。

(2)信號采集裝置，其用于采集故障線路始端的含有擾動信號的電信號以及不含有擾動信號的電信號并傳送至故障測距處理器。

信號采集裝置包括電流互感器和電壓互感器，分別用來采集故障線路上的電壓信號和電流信號。其中，采集的故障線路上的電壓信號和電流信號包括含有擾動信號的電信號以及不含有擾動信號的電信號。

(3)故障測距處理器，其被配置為：

在故障線路出口端提取擾動信號；其中，可以采用相鄰周波相減的方法來提取擾動信號；

對提取的擾動信號進(jìn)行傅里葉變換分析，根據(jù)擾動電壓和擾動電流在頻域內(nèi)的線性關(guān)系，得到帶并聯(lián)阻尼調(diào)匝式消弧線圈單相接地故障在不同頻率下的等效阻抗數(shù)據(jù)；

將不同頻率下等效阻抗數(shù)據(jù)與帶并聯(lián)阻尼調(diào)匝式消弧線圈的單相接地故障的等效阻抗表達(dá)式聯(lián)立來構(gòu)建方程組，求解方程組即可得到故障距離。

在具體實(shí)施過程中，故障測距處理器可以采用CPU或其他現(xiàn)有型號的處理器來實(shí)現(xiàn)。

具體地，在故障線路出口端可采用相鄰周波相減的方法提取擾動電壓和擾動電流信號，即通過含有擾動信號的波形與不含有擾動信號的正常波形相減，即可將疊加在背景波形上的擾動提取出來，如圖2所示。該信號提取方法本質(zhì)上是一種非線性濾波，它可將背景中的各種周期性干擾濾除，進(jìn)而保證擾動提取的準(zhǔn)確性。

由于產(chǎn)生的擾動信號含有豐富的頻率成分，利用其可得到故障饋線在多個頻率下的頻域特性，進(jìn)而求得多個頻率下故障點(diǎn)距母線的距離。

為了保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，提高了故障距離計算的精度，本發(fā)明還對不同頻率下的等效阻抗數(shù)據(jù)進(jìn)行冗余處理。

優(yōu)選地，本發(fā)明采用最小二乘法對不同頻率下的等效阻抗數(shù)據(jù)進(jìn)行冗余處理。利用最小二乘法能夠最大化準(zhǔn)確地處理數(shù)據(jù)冗余，提高計算阻抗的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性。

帶并聯(lián)阻尼調(diào)匝式消弧線圈的單相接地故障模型如圖3所示。

其中：M表示故障線路始端，F(xiàn)表示線路上單相接地故障發(fā)生點(diǎn)，表示故障相始端的擾動電壓，表示流過故障相的擾動電流，表示故障點(diǎn)F的擾動對地電壓，表示流過接地電阻的擾動電流，L_line表示基波頻率下線路的單位電感，X_C表示基波頻率下單位分布電容，R_f表示接地電阻，x表示故障距離。

在圖3中，基于擾動電壓和擾動電流在頻域內(nèi)的線性關(guān)系獲得其在各次頻率下的等效阻抗。設(shè)U_m(ω)和I_m(ω)分別為擾動電壓、電流信號和經(jīng)快速傅立葉變換后角頻率為ω的分量，則無源線性系統(tǒng)在角頻率ω下的等效阻抗Z_m(ω)為：

根據(jù)計算模型可知等效阻抗表達(dá)式為：

本發(fā)明利用測量的擾動電壓和擾動電流，以及構(gòu)建的帶并聯(lián)阻尼調(diào)匝式消弧線圈的單相接地故障模型，能夠快速準(zhǔn)確地求解出單相接地故障模型的等效阻抗表達(dá)式。

進(jìn)一步地，故障測距處理器還與顯示屏相連，顯示屏用于顯示故障距離。

進(jìn)一步地，故障測距處理器還與服務(wù)器相連，服務(wù)器與遠(yuǎn)程監(jiān)控終端相連。這樣使得遠(yuǎn)程監(jiān)控人員也能夠通過遠(yuǎn)程監(jiān)控終端實(shí)時獲取故障測距處理器計算出的故障距離。

本發(fā)明的該系統(tǒng)不需要測量系統(tǒng)的正負(fù)零序信號，只需要提取故障線路的擾動電壓信號和擾動電流信號，這在實(shí)際測量中可以大大加快數(shù)據(jù)的采集速度，并且不需要使用迭代法計算，使得故障測距過程對實(shí)時性要求嚴(yán)格，縮短了計算時間，保證了故障測距過程的實(shí)時性，而且本發(fā)明在得到數(shù)據(jù)的同時，只需將數(shù)據(jù)整理即可算出故障距離。

上述雖然結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實(shí)施方式進(jìn)行了描述，但并非對本發(fā)明保護(hù)范圍的限制，所屬領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)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(hù)范圍以內(nèi)。