专利名称：基于暂态信号prony算法的配电网单相接地故障区段定位方法及定位装置的制作方法
技术领域：
本申请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
本申请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，因此本申请能够快速、准确地确定故障区段。本申请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。本申请的技术方案如下一种基于暂态信号Prony算法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)当任一终端检测的零序电流幅值超过预设的启动值后，所有终端立刻准确捕捉到零序电流超过启动值前I个周期和超过启动值后4个周期的零序电流暂态信号；(3)各终端对4个周期的零序电流暂态信号进行Prony迭代计算，其中，所述终端对零序电流暂态信号的采样间隔为一个周波80个点，采样频率为4000Hz ；
(4 )通过对各终端所检测的零序电流暂态信号的Prony迭代计算，得到包括3_4个频率的零序电流暂态信号的波形拟合，选取其中的零序电流暂态高频分量信号，将相位信息上传给主站；(5)主站综合比较各个终端传来零序电流暂态高频分量信号的相位，根据不同情况作出判断①如果所有终端检测到的零序电流暂态高频分量信号的相位方向都相同，判断为同一母线上没有安装终端的其它线路出现故障；②如果有一个或若干个终端检测到的零序电流暂态高频分量信号的相位与当前线路其它终端检测到的零序电流暂态高频分量信号相位方向相反，所述一个或若干个终端是指其数量相对于其它终端数量为少，则判断故障点在该一个或若干个终端所在的线路区段上，首先标记该线路区段为可能的线路故障区段，然后从所述可能的线路故障区段上离母线最近的终端开始，依次往下搜寻，直到找出所检测的零序电流暂态高频分量信号相位 方向相反的两个相邻终端，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线路故障区段上所有终端检测的零序电流暂态高频分量信号相位方向均一致，那么可判断故障产生在所述可能的线路故障区段上离母线最远终端的下游，也就是最远终端和负荷之间的区段上。本申请还公开了一种利用上述配电网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；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；终端对零序电流暂态信号进行Prony拟合计算，将分析结果上传给主站。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。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Prony算法对暂态电流信号进行处理，处理后的故障特征明显，易于选出故障区段。3、可以直接在时域内求得信号的幅值、相位、衰减因子和频率，而无需从频域相应中来求，计算量大为减少。4、处理高阶系统的效果非常好，这对于电力系统非常有益，系统模型阶数的选择可以根据辨识的目的和需要等具体情况确定。5、能够确定故障点所在区域，终端间距越小，定位越准确。6、终端安装在线路上，无需人工沿线路巡视。7、可以在带故障运行情况下定位，提高系统运行的可靠性。8、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Prony迭代算法的配电网单相接地故障定位方法流程图；图4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。首先简单介绍Prony迭代算法。Prony迭代算法是用一组具有任意幅值、相位、频率和衰减因子的指数函数的线性组合来拟合等间隔采样数据，其一般表达式为
权利要求
1.一种基于暂态信号Prony算法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)当任一终端检测的零序电流幅值超过预设的启动值后，所有终端立刻准确捕捉到零序电流超过启动值前I个周期和超过启动值后4个周期的零序电流暂态信号； (3)各终端对4个周期的零序电流暂态信号进行Prony迭代计算，其中，所述终端对零序电流暂态信号的采样间隔为一个周波80个点，采样频率为4000Hz ； (4 )通过对各终端所检测的零序电流暂态信号的Prony迭代计算，得到包括3_4个频率的零序电流暂态信号的波形拟合，选取其中的零序电流暂态高频分量信号，将相位信息上传给主站； (5)主站综合比较各个终端传来零序电流暂态高频分量信号的相位，根据不同情况作出判断 ①如果所有终端检测到的零序电流暂态高频分量信号的相位方向都相同，判断为同一母线上没有安装终端的其它线路出现故障； ②如果有一个或若干个终端检测到的零序电流暂态高频分量信号的相位与当前线路其它终端检测到的零序电流暂态高频分量信号相位方向相反，所述一个或若干个终端是指其数量相对于当前线路其它终端数量为少，则判断故障点在该一个或若干个终端所在的线路区段上，首先标记该线路区段为可能的线路故障区段，然后从所述可能的线路故障区段上离母线最近的终端开始，依次往下搜寻，直到找出所检测的零序电流暂态高频分量信号相位方向相反的两个相邻终端，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线路故障区段上所有终端检测的零序电流暂态高频分量信号相位方向均一致，那么可判断故障产生在所述可能的线路故障区段上离母线最远终端的下游，也就是最远终端和负荷之间的区段上。
2.一种利用权利要求I所述配电网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，其输入端接收架空线路和/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Prony拟合计算，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
一种基于暂态信号Prony算法小电流接地故障的在线定位方法及定位装置，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1个周期和超过启动值后4个周期的零序电流暂态信号，运用Prony算法提取故障暂态信号中起主导作用的暂态高频分量信号，根据所述暂态高频分量信号分析故障点所在的区段。本申请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(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，包括光纤通信模块和移动通信模块，接收终端发送的信号。本申请技术成熟、可靠性高。
文档编号G01R31/08GK102967800SQ20121053553
公开日2013年3月13日 申请日期2012年12月10日 优先权日2012年12月10日
发明者王芝茗, 王增平, 姜万超, 齐郑, 王英男, 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