基于小波包分解的小电阻接地系统故障检测方法及系统

本发明涉及智能电网，特别是涉及一种基于小波包分解的小电阻接地系统故障检测方法。

背景技术：

1、电力输电线路内，当小电阻接地系统中的部分架空线路因架空高度较低，与树枝、沙土、水泥等介质接触，接地电阻往往可达几百甚至几千欧姆，此时将导致高阻接地故障。高阻接地故障现象不稳定、故障过渡电阻较大以及故障电流微弱等因素，导致故障线路电流小于传统的零序电流保护动作阈值，从而使得高阻接地故障不易检测与切除，高阻接地故障一般会长时间存在，极易引发不稳定接地电弧。不稳定接地电弧及接地点周围的高温甚至引发火灾等事故，极大可能酿成严重的系统设备事故以及人身安全事故。

2、当小电阻接地系统发生单相高阻接地故障时，故障线路与健全线路的零序电流与过渡电阻成负相关，线路零序电流较小，传统的零序电流保护极易无法识别，影响系统供电可靠性及运行安全。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是：现有技术中的零序电流保护系统在小电阻接地系统发生单相高阻接地故障时，对较小的线路零序电流极易无法识别，从而造成故障检测不准确的问题。

2、为解决上述技术问题，本发明提供的一种技术方案是：一种基于小波包分解的小电阻接地系统故障检测方法，包括以下步骤：s1、获取被采样信号带宽，并根据获取的被采样信号带宽确定采样频率，根据确定的采样频率对母线零序电压和各线路零序电流进行采样；

3、s2、利用coiflet4对母线零序电压、各线路零序电流进行5层小波包分解；

4、s3、以暂态量的突变为基础，通过步骤s2中利用coiflet4对零序电压进行5层小波包分解得到的共计32个频带，从中选择暂态量突变最明显的频带作为选线特征频带；

5、s4、分析线路零序电流与母线零序电压二者的小波包分解系数的符号关系，若线路零序电流的小波包分解系数的符号与母线零序电压小波包分解系数的符号相反，则初步判定为故障线路，否则为非故障线路；

6、s5、比较线路零序电流小波包分解系数的大小。若线路零序电流小波包分解系数的绝对值大于预设阈值，则最终判定为故障线路；若线路零序电流的小波包分解系数的绝对值小于预设阈值，则为非故障线路。

7、进一步的，所述步骤s1中，采样频率大于被采样信号带宽的两倍以上。

8、进一步的，所述步骤s2中，特征频带的获得方式为：计算各个频带内相邻两个小波包分解系数之差的绝对值，选取最大的绝对值作为该频带的特征值，通过比较各频带的特征值，选取特征值最大的频带作为特征频带。

9、进一步的，所述步骤s4中，对母线零序电压进行小波分解，选取模极大值点为初始节点，并选取初始节点后连续九个分解节点，比较线路零序电流与母线零序电压在十个节点处的小波包分解系数的符号。

10、进一步的，所述步骤s5中，为非故障线路的判断方式为：线路零序电流在十个节点的小波包分解系数的绝对值均小于预设阈值。

11、为解决上述技术问题，本发明提供的另一种技术方案是：一种基于小波包分解的小电阻接地系统故障检测系统，包括采样模块、控制模块、显示模块和报警模块，其特征是：所述控制模块与采样模块、显示模块和报警模块通过有线和/或无线连接；

12、采样模块：获取被采样信号带宽，并根据确定的采样频率对母线零序电压和各线路零序电流进行采样，把采样获得的数据发送到处理模块；

13、控制模块：根据采样模块获取的被采样信号带宽确定采样频率，并对采样模块获取的数据进行小波包分解，然后选择特征频带，并分析线路零序电流与母线零序电压二者的小波包分解系数的符号关系及比较线路零序电流小波包分解系数的大小，最终确定故障线路，从数据库调取与故障线路有关的参数信息并与生成的报警信号形成故障信息，并把故障信息发送到显示模块和报警模块；

14、显示模块：接收控制模块发送的故障信息，并对故障线路的有关参数信息进行显示。

15、报警模块：接收控制模块发送的故障信息，并进行声光报警。

16、进一步的，所述控制模块包括小波包分解模块、特征频带确定模块、故障初步判定模块和故障最终判定模块，其中，

17、小波包分解模块：利用coiflet4对母线零序电压、各线路零序电流进行5层小波包分解；

18、特征频带确定模块：以暂态量的突变为基础，利用coiflet4对零序电压进行5层小波包分解得到的共计32个频带，计算各个频带内相邻两个小波包分解系数之差的绝对值，选取最大的绝对值作为该频带的特征值，通过比较各频带的特征值，选取特征值最大的频带作为特征频带；

19、故障初步判定模块：分析线路零序电流与母线零序电压二者的小波包分解系数的符号关系，对母线零序电压进行小波分解，选取模极大值点为初始节点，并选取初始节点后连续九个分解节点，比较线路零序电流与母线零序电压在十个节点处的小波包分解系数的符号，若线路零序电流的小波包分解系数的符号与母线零序电压小波包分解系数的符号相反，则初步判定为故障线路，否则为非故障线路；

20、故障最终判定模块：比较线路零序电流小波包分解系数的大小，若线路零序电流小波包分解系数的绝对值大于预设阈值，则为故障线路；若线路零序电流在十个节点的小波包分解系数的绝对值均小于预设阈值，则为非故障线路。

21、进一步的，所述故障线路的有关参数信息包括故障线路的拓扑图、位置信息、运维人员信息及故障线路的运行参数。

22、本发明的有益效果为：

23、对母线零序电压和线路零序电流利用coiflet4进行5层小波包分解，分析特征频带内故线路零序电流与零序电压小波包分解系数的极性关系以及故障线路与非故障线路分解系数的大小关系，提出了两种故障判据，即线路零序电流小波包分解系数与母线零序电压小波包分解系数的极性相反，则初步判定为故障线路，否则为非故障线路；若线路零序电流小波包分解系数的绝对值大于设定值，则为故障线路，若均小于设定值则为非故障线路。当小电阻接地系统发生高阻接地故障时，通过小波包分解线路的零序电压与零序电流提取故障特征，从而进行故障检测，可以克服故障信号繁杂、波形畸变不明显等问题。

24、为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点更能明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附图示，做详细说明如下。

技术特征：

1.一种基于小波包分解的小电阻接地系统故障检测方法，包括以下步骤：s1、获取被采样信号带宽，并根据获取的被采样信号带宽确定采样频率，根据确定的采样频率对母线零序电压和各线路零序电流进行采样；

2.根据权利要求1所述的一种基于小波包分解的小电阻接地系统故障检测方法，其特征是：所述步骤s1中，采样频率大于被采样信号带宽的两倍以上。

3.根据权利要求2所述的一种基于小波包分解的小电阻接地系统故障检测方法，其特征是：所述步骤s2中，特征频带的获得方式为：计算各个频带内相邻两个小波包分解系数之差的绝对值，选取最大的绝对值作为该频带的特征值，通过比较各频带的特征值，选取特征值最大的频带作为特征频带。

4.根据权利要求3所述的一种基于小波包分解的小电阻接地系统故障检测方法，其特征是：所述步骤s4中，对母线零序电压进行小波分解，选取模极大值点为初始节点，并选取初始节点后连续九个分解节点，比较线路零序电流与母线零序电压在十个节点处的小波包分解系数的符号。

5.根据权利要求4所述的一种基于小波包分解的小电阻接地系统故障检测方法，其特征是：所述步骤s5中，为非故障线路的判断方式为：线路零序电流在十个节点的小波包分解系数的绝对值均小于预设阈值。

6.一种基于小波包分解的小电阻接地系统故障检测系统，包括采样模块、控制模块、显示模块和报警模块，其特征是：所述控制模块与采样模块、显示模块和报警模块通过有线和/或无线连接；

7.根据权利要求6所述的一种基于小波包分解的小电阻接地系统故障检测系统，其特征是：所述控制模块包括小波包分解模块、特征频带确定模块、故障初步判定模块和故障最终判定模块，其中，

8.根据权利要求6所述的一种基于小波包分解的小电阻接地系统故障检测系统，其特征是：所述故障线路的有关参数信息包括故障线路的拓扑图、位置信息、运维人员信息及故障线路的运行参数。

技术总结
本发明公开了一种基于小波包分解的小电阻接地系统故障检测方法，通过对母线零序电压和线路零序电流利用Coiflet4进行5层小波包分解，分析特征频带内故线路零序电流与零序电压小波包分解系数的极性关系以及故障线路与非故障线路分解系数的大小关系，确定两种故障判据，即线路零序电流小波包分解系数与母线零序电压小波包分解系数的极性相反，则初步判定为故障线路，否则为非故障线路；若线路零序电流小波包分解系数的绝对值大于设定值，则为故障线路，若均小于设定值则为非故障线路，当小电阻接地系统发生高阻接地故障时，通过小波包分解线路的零序电压与零序电流提取故障特征，从而进行故障检测，可以克服故障信号繁杂、波形畸变不明显等问题。

技术研发人员：褚亦遥
受保护的技术使用者：河南理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13