专利名称：基于暂态信号小波变换的配电网单相接地故障定位方法及定位装置的制作方法
技术领域：
本发明属于电力系统自动化技术领域，具体涉及一种配电网单相接地故障的区段定位方法以及基于该定位方法的定位装置，适用于3 60kV中性点非有效接地电网，能够在单相接地故障发生时，准确定位故障区段。
背景技术：
我国3 60kV配电网广泛采用中性点非有效接地方式，又称为小电流接地系统，小电流接地系统的故障绝大多数是单相接地故障。发生单相接地故障时，接地电流很小，可以在故障情况下继续运行I 2个小时，但是必须尽快找到故障点，这就提出了故障定位问题。配电网故障定位问题长期以来没有得到很好的解决，现场往往还在采用人工巡线的方法，人工巡线不仅耗费了大量人力物力，而且延长了停电时间，影响供电安全。目前现场有三种方法进行自动定位，第一种方法是从PT注入高频信号，沿线路检测该信号确定故障位置，但是由于线路分布电容对高频信号形成通路，因此在经电阻接地时定位不准确。第二种方法是利用故障指示器的方法，由于故障指示器只能测量相电流，不能测量零序电流，所以对于短路故障效果较好，但是对于单相接地故障定位准确率很低。第三种方法是安装内置CT的智能开关，虽然该方法可以测量零序电流，但是市场上运行的终端和主站算法简单，仅仅判断稳态零序电流是否超过定值，对于中性点经消弧线圈接地系统定位正确率很低。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术上的不足，提出新的定位方法，并提供一种针对配电网故障的定位装置。该定位方法充分利用了零序电流暂态分量进行定位，由于零序电流暂态分量中，含有丰富的故障特征，且暂态分量幅值较大、易于判断，因此本发明能够快速、准确地确定故障区段。本发明适用于中性点不接地系统和中性点经消弧线圈接地系统，适用于金属性接地、经电弧接地、经过渡电阻接地等多种故障情况。本发明的技术方案如下一种基于暂态信号小波变换的配电网单相接地故障区段定位方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤(I)安装在输电线路多个位置的终端实时检测安装位置处的电流互感器二次合成零序电流；(2)当任一终端所检测的零序电流幅值超过预设的启动值后，各终端立刻捕捉零序电流超过启动值前2个周期和超过启动值后2个周期的零序电流暂态信号，(3)终端对4个周期的零序电流暂态信号进行小波变换，所述小波变换采用Mallat算法,将所述零序电流暂态信号通过Mallat算法分解到第3尺度，求各个尺度上细节系数的模极大值％k，其中，j为尺度下标，k为j尺度上不同的模极大值点，利用第一尺度和第二尺度下细节系数的模极大值点Mm和M2il，记录这两个点的数据，然后通过比较选出模较大的点，该点所在的时刻即为故障发生时刻Ttl ；(4)选择Ttl为积分起点，以IOms时间为积分长度，对零序电流暂态信号在第一尺度上的近似分量进行积分，将积分值上传给主站；(5)主站综合比较各个终端传来的积分值符号，根据不同情况作出判断①如果所有终端传来的积分值符号都相同，判断为同一母线没有安装终端的其他线路出现故障；②如果某条线路有一个或若干个终端传来的积分值符号与其他线路终端传来的积分值符号相反，其中，所述一个或若干个终端的数量相比较其它终端数量为少，则判断故障点在该一个或若干个终端所在的线路区段上，然后标记该条线路区段为可能的故障线路 区段，然后从可能的故障线路区段上离母线最近的终端开始，依次往下搜寻，直到找出积分值符号相异的两个相邻终端，确定故障就发生在这两个相邻终端之间的线路区段上；③如果步骤②搜寻结果显示可能的故障线路上所有终端传来的积分值符号均一致，那么可判断故障产生在故障线路离母线最远终端的下游，也就是最远终端和负荷之间的线路区段上。本申请还进一步公开了一种利用所述的单相接地故障区段定位方法的配电网单相接地故障区段定位装置，所述单相接地故障定位装置由主站和终端两个部分组成，其特征为所述终端安装在架空线路杆塔上或者电缆环网柜内，其输入端架空线路和/或电缆CT 二次侧的相电流信号合成得到零序电流信号，并与主站通过光纤通信或者移动通信连接；所述主站安装在变电站内或调度中心，接收终端发送的信号。所述终端包括顺次连接的电流变换器、A/D转换模块、CPU模块、光纤通信模块、移动通信模块。主站为一台工业控制计算机，包含光纤通信模块和移动通信模块，接收终端发送的数据。本申请的故障定位装置通过以下方法实现故障定位所述终端安装在架空线路杆塔上或者电缆环网柜内，其输入端接收配电线路(包括架空线路和电缆)CT 二次侧的相电流信号合成得到零序电流信号，并与主站通过光纤通信或者移动通信连接。终端对4个周期的零序电流暂态信号进行小波变换，分解到第3层，利用第一尺度和第二尺度下细节系数的模极大值，来确定故障发生时刻I；。所述主站安装在变电站内或调度中心，接收终端发送的信号。正常运行时终端计算电流幅值并将结果上传给主站，由主站显示；发生故障后，主站综合比较各个终端传来零序电流第一尺度近似系数积分值的符号①如果所有终端传来的积分值符号都相同，判断为同一母线没有安装终端的其他线路出现故障；②如果某条线路有一个或若干个终端传来的积分值符号与其他线路终端传来的积分值符号相反，其中，所述一个或若干个终端的数量相比较其它终端数量为少，则判断故障点在该一个或若干个终端所在的线路区段上，然后标记该条线路区段为可能的故障线路区段，然后从可能的故障线路区段上离母线最近的终端开始，依次往下搜寻，直到找出积分值符号相异的两个相邻终端，确定故障就发生在这两个相邻终端之间的线路区段上；③如果步骤②搜寻结果显示可能的故障线路上所有终端传来的积分值符号均一致，那么可判断故障产生在故障线路离母线最远终端的下游，也就是最远终端和负荷之间的线路区段上。本申请的优点如下I、利用故障发生后零序电流的暂态分量进行定位，相比传统的稳态量定值比较法，暂态信号的幅值相位特征明显，在定位中有明显的优势。2、采用小波分析的方法对暂态电流信号进行处理，结合小波理论中的模极大值理论形成判据，处理后的故障特征明显，易于选出故障区段。3、能够确定故障点所在区域，终端间距越小，定位越准确。4、终端安装在线路上，无需人工沿线路巡视。5、可以在带故障运行情况下定位，提高系统运行的可靠性。6、技术成熟、可靠性高，适用于3 60kV中性点不接地或中性点经消弧线圈接地的配电网，适用于金属性接地、经电弧接地、经过渡电阻接地等多种故障情况。
图I是本申请的单相接地故障定位装置的结构示意图；图2是单相接地故障时零序暂态电流分布情况的等值电路图； 图3是本申请基于暂态信号小波变换的配电网单相接地故障定位方法流程图；图4是原始零序电流信号图；图5是原始零序电流经小波变换后细节分量和近似分量；图6是终端的原理图。
具体实施例方式下面结合说明书附图，通过具体实施例对本申请的技术方案作进一步详细说明。本申请提出的一种新的定位方法，其原理是在线路带单相接地故障运行的情况下，对各终端测得的零序电流信号进行小波变换，利用变换后各个终端电流信号的差别，进行故障定位。所述终端安装在架空线路杆塔上或者电缆环网柜内，其输入端接收配电线路(包括架空线路和电缆)CT 二次侧的相电流信号合成得到零序电流信号，并与主站通过光纤通信或者移动通信连接。所述主站安装在变电站内或调度中心，接收终端发送的信号。正常运行时终端计算电流幅值并将结果上传给主站，由主站显示；发生故障后，主站综合比较各个终端传来零序电流第一尺度近似分量积分值的符号①如果所有终端传来的积分值符号都相同，判断为同一母线没有安装终端的其他线路出现故障；②如果某条线路有一个或若干个终端传来的积分值符号与其他线路终端传来的积分值符号相反，其中，所述一个或若干个终端的数量相比较其它终端数量为少，则判断故障点在该一个或若干个终端所在的线路区段上，然后标记该条线路区段为可能的故障线路区段，然后从可能的故障线路区段上离母线最近的终端开始，依次往下搜寻，直到找出积分值符号相异的两个相邻终端，确定故障就发生在这两个相邻终端之间的线路区段上；③如果步骤②搜寻结果显示可能的故障线路上所有终端传来的积分值符号均一致，那么可判断故障产生在故障线路离母线最远终端的下游，也就是最远终端和负荷之间的线路区段上。如图I所示，定位装置由套接式架空线路CT C (当使用多组套接式架空线路CT时，分别使用C-l、C-2……C-n表示)、终端B (当使用多组与CT对应的终端时，多个终端分别使用Β-1、Β-2……B-n表示)和主站A三个部分组成，其中架空线路CT和终端配合使用，在线路的多个位置进行安装。架空线路CT为开口铁磁式结构，可以打开分为两半套接在架空线路上，避免了将架空线路断开的施工难度；CT精度达到I级，充分保证了测量的准确性。终端为适用于户外使用的低功耗微机型装置，安装于架空线杆塔上，与安装在ABC三相·上的高精度架空线路CT配合使用。终端用于测量相电流和零序电流信号及向主站发送故障信息，由电流变换器、A/D、移动通信模块和太阳能充电模块组成。主站为一台工业控制计算机，安装于变电站内或者调度中心，用于接收终端的信息并进行故障定位运算，由光纤通信模块、移动通信模块组成。单相接地故障时零序电流分布情况的等值电路如图2所示。在f点发生接地故障，由于线路上存在对地分布电容，零序电流以故障点到对地分布电容为通路，所以故障点前后及非故障分支都能检测到零序电流。故障线路零序电流大小等于所有非故障线路零序电流大小之和，且故障点上游零序电流的相位与非故障点下游零序电流的相位相差180度。在①②③④⑤五个终端’测得零序电流乜上力^上’箭头所示为各零序电流的流向。由于零序电流以对地电容为通路，呈容性，现以母线零序电压为参照，设定正方向为从母线流向线路，那么终端④检测出的 2与终端①②③⑤检测出的Il、 2、 3、 5在相位上相差180度，这是本申请所使用判据的理论基础。结合附图3所示的本发明基于暂态信号小波变换的配电网单相接地故障定位方法流程图，来详细介绍本发明的配电网单相接地故障定位方法。所述方法包括以下步骤( I)安装在输电线路多个位置的终端实时检测安装位置处的电流互感器二次合成零序电流；(2)当任一终端所检测的零序电流幅值超过预设的启动值后，各终端立刻捕捉零序电流超过启动值前2个周期和超过启动值后2个周期的零序电流暂态信号，(3)终端对4个周期的零序电流暂态信号进行小波变换，分解到第3尺度，求各个尺度上细节系数的模极大值I, (j为尺度下标，k为j尺度上不同的模极大值点)，利用第一尺度和第二尺度下细节系数的模极大值M1，1，和M2，1，来确定故障发生时刻Ttl ；这里的小波变换为小波理论中的Mallat算法，其过程相当于对输入信号序列进行双通道滤波，滤波器的输出分别对应输入信号的低频概貌和高频细节，称低频概貌信号为近似分量，高频细节信号为细节分量，原理如下对于一个函数f (X) e L2 CR),由于L2 (R)可以分解为一系列空间{W」}的直和，即
权利要求
1.一种基于暂态信号小波变换的配电网单相接地故障区段定位方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤 (1)安装在输电线路多个位置的终端实时检测安装位置处的电流互感器二次合成零序电流； (2)当任一终端所检测的零序电流幅值超过预设的启动值后，各终端立刻捕捉零序电流超过启动值前2个周期和超过启动值后2个周期的零序电流暂态信号， (3)终端对4个周期的零序电流暂态信号进行小波变换，所述小波变换采用Mallat算法，将所述零序电流暂态信号通过Mallat算法分解到第3尺度，求各个尺度上细节系数的模极大值M&，其中，j为尺度下标，k为j尺度上不同的模极大值点，利用第一尺度和第二尺度下细节系数的模极大值M1,!和M2,!，记录所述第一尺度和第二尺度下细节系数的模极大值的两个点的数据，然后通过比较选出模较大的点，该点所在的时刻即为故障发生时刻Ttl ； (4)选择Ttl为积分起点，以IOms时间为积分长度，对零序电流暂态信号在第一尺度上的近似分量进行积分，将积分值上传给主站； (5)主站综合比较各个终端传来的积分值符号，根据不同情况作出判断 ①如果所有终端传来的积分值符号都相同，判断为同一母线没有安装终端的其他线路出现故障； ②如果某条线路有一个或若干个终端传来的积分值符号与其他线路终端传来的积分值符号相反，其中，所述一个或若干个终端的数量相比较其它线路终端数量为少，则判断故障点在该一个或若干个终端所在的线路区段上，然后标记该条线路区段为可能的故障线路区段，然后从可能的故障线路区段上离母线最近的终端开始，依次往下搜寻，直到找出积分值符号相异的两个相邻终端，确定故障就发生在这两个相邻终端之间的线路区段上； ③如果步骤②搜寻结果显示可能的故障线路上所有终端传来的积分值符号均一致，那么可判断故障产生在故障线路离母线最远终端的下游，也就是最远终端和负荷之间的线路区段上。
2.一种利用权利要求I所述的单相接地故障区段定位方法的配电网单相接地故障区段定位装置，所述单相接地故障定位装置由主站和终端两个部分组成，其特征为 所述终端安装在架空线路杆塔上或者电缆环网柜内，其输入端架空线路和/或电缆CT二次侧的相电流信号合成得到零序电流信号，并与主站通过光纤通信或者移动通信连接； 所述主站安装在变电站内或调度中心，接收终端发送的信号。
3.根据权利要求2所述的配电网单相接地故障区段定位装置，其特征为 所述终端包括顺次连接的电流变换器、A/D转换模块、CPU模块、光纤通信模块、移动通信模块；终端对零序电流暂态信号进行小波变换，将分析结果上传给主站。
4.根据权利要求2所述的配电网单相接地故障区段定位装置，其特征为 主站为一台工业控制计算机，包含光纤通信模块和移动通信模块，接收终端发送的数据；主站综合比较各个终端传来零序电流故障特征，经过计算确定故障区段并显示给调度运行人员。
全文摘要
一种配电网单相接地故障的区段定位方法以及定位装置，通过安装在线路上不同位置的终端准确捕捉到零序电流超过启动值前2个周期和超过启动值后2个周期的零序电流暂态信号，终端对零序电流暂态信号进行小波变换与重构，根据重构后细节分量的近似系数积分值分析故障点所在的区段。本发明的定位装置由终端和主站两个部分组成，所述终端安装在架空线路杆塔上或者电缆环网柜内，其输入端接收配电线路CT二次侧的相电流信号合成得到零序电流信号，并与主站通过光纤通信或者移动通信连接；所述主站安装在变电站内或调度中心，包括光纤通信模块和移动通信模块，接收终端发送的信号。本发明技术成熟、可靠性高。
文档编号G01R31/08GK102944817SQ20121053144
公开日2013年2月27日 申请日期2012年12月10日 优先权日2012年12月10日
发明者牟景旭, 王增平, 赵庆杞, 齐郑, 郭昆亚, 郑涛 申请人:辽宁省电力有限公司沈阳供电公司, 华北电力大学, 国家电网公司