基于行波幅值测度的配电网电缆故障监测方法_3

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[0091] 图13为实施例1中馈线4的小波变换系数示意图。
[0092] 图14为实施例1中故障初相角90°时馈线5的零模初始电流行波示意图;
[0093] 图15为实施例1中馈线5的小波变换系数示意图。
[0094]图16为实施例1中故障初相角90°时馈线6的零模初始电流行波示意图;
[0095]图17为实施例1中馈线6的小波变换系数示意图。
【具体实施方式】
[0096] 下面结合说明书附图和实施例对本发明作进一步限定,但不限于此。
[0097] 实施例1
[0098] 建立中性点非有效接地系统的ATP仿真模型,中性点非有效接地系统包括: 110kV/10. 5kV的变电站,6条馈线,0. 4kV/10kV的接地变压器,开关K,消弧线圈Kp,6条馈线 采用分布参数模型,即图4中标号1、2、3、4、5、6,0. 4kV/10kV的接地变压器中性点通过开关 K连接消弧线圈Kp,开关K打开时为中性点不接地系统,开关K闭合时为谐振接地系统。如 图4所示。
[0099] 中性点非有效接地系统的馈线参数如下:馈线正序阻抗Z1= (0. 17+jO. 38)Q/ km,馈线零序阻抗ZQ= (0. 23+jl.72)Q/km;正序对地导纳1^= (j3. 045)ys/km,零序对地 导纳bQ= (jl. 884)ys/km,10kV电压等级下馈线输电距离的大致范围为6~20km。6条 馈线的长度分别为:6km、9km、12km、15km、18km、20km;
[0100] 中性点非有效接地系统的0. 4kV/10kV的接地变压器参数如下:额定容量: 40000kVA,空载损耗:35. 65kW。原、副边单相对中性点线圈电阻:0. 4Q、0. 006Q;原、副边 单相对中性点线圈的电感:12. 2Q、0. 183Q;励磁电流:0. 675A,励磁磁通:202. 2WB,磁路 电阻:400kQ。
[0101] 中性点非有效接地系统的负荷参数如下:只考虑负荷的正序阻抗,负荷的负序、零 模阻抗设置为无穷大,各出线的等效负荷阻抗统一采用Z1= (360+j30)Q。
[0102] 中性点非有效接地系统的消弧线圈的参数:在谐振接地系统中,补偿度确定为 8%,LP=6. 126H,其串联电阻Rp= 192Q。仿真软件ATP的计算步长为:lys,即1X10 6s。
[0103] 基于行波幅值测度的配电网电缆故障监测方法,应用于中性点非有效接地系统的 ATP仿真模型,故障条件分别为:(1)故障初相角,分别为30°、60°和90° ;(2)过渡电阻, 分别为10Q、100Q和500Q; (3)故障点位置,分别为距离母线4km、5km、6km处,具体步骤 包括:
[0104] (1)采集各条馈线的三相初始电流行波信号:通过电流互感器对配电网的各条馈 线米集二相的初始电流行波彳目号;
[0105] (2)获取各条馈线的零模初始电流行波信号:通过相模变换,将步骤(1)获取的三 相的初始电流行波信号转变为零模初始电流行波信号;六条馈线零模初始电流行波波形示 意图如图5所示;故障初相角90°时,馈线1、馈线2、馈线3、馈线4、馈线5、馈线6的零模 初始电流行波分别如图6、图8、图10、图12、图14、图16所示;
[0106] (3)获取各条馈线的零模初始电流行波小波模极大值m(j):对各条馈线的零模初 始电流行波信号进行小波变换,馈线1、馈线2、馈线3、馈线4、馈线5、馈线6的小波变换系 数示意图分别如图7、图9、图11、图13、图15、图17所示;得到各条馈线的零模初始电流行 波小波模极大值m(j),jG[1,N];故障初相角分别为30°、60°和90°时,各条馈线的零 模初始电流行波小波模极大值如表1所示:
[0107]表1
[0108]
[0109] (4)计算各条馈线的行波幅值测度C(j),所述行波幅值测度C(j)的定义公式如式 (I)所示:
[0110]
(:I)
[0111] 式(I)中,c(j)表示第j条馈线行波幅值测度,即表示故障发生第j条馈线 的可能性;c(j)的取值范围为[0, 1] ;M(j)表示第j条馈线零模初始电流行波小波模极 m 大值的幅值,M(j) > 0,即M(j) = |m(j) | ;M(l)表示第1条馈线零模初 始电流行波小波模极大值的幅值,M(l) > 0,即M(l) = |m(l) |,1G[1,N]且1乒j;函 数sgn[M(j)-M(l)]用来反映某两条馈线零模初始电流行波小波模极大值的幅值差值的 大小,取值为 1、〇 或-1,当M(j) >M(l)时,sgn[M(j)-M(l)] = 1 ;当M(j) =M(l)时, sgn[M(j)-M(l)] = 0 ;当M(j) <M(1)时,sgn[M(j)-M(l)] =-1 ;故障初相角分别为 30°、 60°和90°时,各条馈线的行波幅值测度如表2所示:
[0112] 表 2
[0113]
[0114] (5)根据步骤⑷计算的各条馈线的行波幅值测度C(j)输出小电流接地故障选线 的结果:第1条馈线为故障馈线;其它馈线为健全馈线。
[0115] 仿真结果验证了该方法的有效性。
[0116] 式(I)定义式由行波幅值测度定义式一和行波幅值测度定义式二组合而成,行 波幅值测度定义式一用Q(j)来表示,行波幅值测度定义式二用C2(j)来表示;式(I)的 推导过程为:
[0117] 假设单相接地故障发生在第k条馈线,该馈线的零模初始电流行波小波模极大值 幅值用M(k)表示,与其它馈线的零模初始电流行波小波模极大值幅值相比,M(k)最大,且 满足关系式(VID):
[0118] M(k) = (N-l)M(j) (VID)
[0119] 式(VID)中,M(j)是指除第k条馈线以外的任一健全馈线零模初始电流行波小波 模极大值的幅值,即,jG[1,N]且j乒k;
[0120] 将各条馈线零模初始电流行波小波模极大值的幅值的累加得到Sum,即式(IX):
[0121]
(IX)
[0122] Sum与故障所在的第k条馈线零模初始电流行波小波模极大值的幅值M(k)的关系 为:
[0123] 行波幅值测度定义式一Q(j)如式(XI)所示:
[0124]
CXI)
[0125] 依照故障测度的概念要求,行波幅值测度定义式一Cjj)需要满足故障馈线与健 全馈线的结果能够得到较为明显地区分的要求。
[0126] 若第j条馈线发生了单相接地故障,则有M(j) = 0. 5Sum,Q(j) = 0. 5 ;若第j条 馈线没有发生单相接地故障,则有M(j)小于0. 5Sum,0 <Q(j) < 0. 5 ;
[0127] 故障与非故障馈线借助行波幅值测度定义式一Cjj)的结果,能够较好地判别出 来。
[0128] 行波幅值测度定义式二的构造如下:
[0129] 故障馈线零模初始电流行波小波模极大值的幅值远远大于健全馈线的零模初始 电流行波小波模极大值的幅值,推出与零模初始电流行波小波模极大值有关的行波幅值测 度定义式二C2(j),即:
[0130]
[0131] 其中,sgn〇为符号函数,具体定义式为
[0132] -1 vt'U
V
[0133] 由符号函数的定义可知,所谓符号函数sgn[M(j)_M(l)],是用来反映某两条馈线 零模初始电流行波小波模极大值的幅值差值的大小,取值为1、〇或-1 ;
[0134] ①若M(j)_M(l) > 0,即通过比较两条馈线零模初始电流行波小波模极大值的幅 值之后,得出第j条馈线零模初始电流行波小波模极大值的幅值M(j)大于第k条馈线零模 初始电流行波小波模极大值的幅值1(1),则符号函数吨11[11(」)^(1)]的取值为1;
[0135] ②若M(j)_M(l) < 0,即通过比较两条馈线零模初始电流行波小波模极大值的幅 值之后,得出第j条馈线零模初始电流行波小波模极大值的幅值M(j)小于第k条馈线零模 初始电流行波小波模极大值的幅值M(1),则符号函数sgn[M(j
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