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专利名称：小电流接地系统单相接地故障区段定位方法
技术领域：
本发明涉及配电网故障诊断技术，特别是涉及一种小电流接地系统单相接地故障区段定位方法。
背景技术：
近年来，高压输电线路的故障测距研究工作取得了较大发展，已研制出的测距装置并在全国电网得到了推广使用，取得了良好效果。但是，小电流接地系统相对于高压输电网而言，分支线路较多、网络拓扑结构复杂、易受过渡电阻等的影响，且小电流接地系统输电距离较短，尚无法实现高精度的故障定位。目前，申请号200910094432. 2，名称为“利用S变换能量相对熵的配电网故障选线方法”的中国专利申请中，根据小电流接地系统中各分支线路零序电流在所有频率点fn的暂态能量Wi n以及小电流接地系统所有线路的暂态能量和\，将暂态能量最大时对应的频率点fk作为小电流接地系统的特征频率，获取每条分支线路的综合相对熵值；选取综合相对熵值中最大的三个值，按从大到小的顺序依次为Ma、Mb、Mc ；当满足Ma > Mb+Mc吋，Ma对应的分支线路为故障线路，否则，判为母线故障。因此，该发明虽然可以判定小电流接地系统中发生单相接地故障的分支线路，却无法确定分支线路上単相接地故障点的具体位置。由此可见，在现有技术中，尚没有ー种方法用于确定小电流接地系统中分支线路上単相接地故障点的具体位置，检测精度较低。

发明内容
有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种检测精度较高的小电流接地系统单相接地故障区段定位方法。为了达到上述目的，本发明提出的技术方案为—种小电流接地系统单相接地故障区段定位方法，包括如下步骤步骤I、当小电流接地系统发生単相接地故障时，根据一整条馈线上各检测装置或各馈线自动化终端记录的単相接地故障时刻前ー个周期与后ー个周期的零模电流信号，获取零模电流纯故障分量信号。步骤2、根据各检测装置或各馈线自动化终端的零模电流纯故障分量信号，提取各检测装置或各馈线自动化终端的暂态零模电流纯故障分量后，对暂态零模电流纯故障分量进行S变换，得到各检测装置或各馈线自动化终端对应的S变换模矩阵。步骤3、根据各S变换模矩阵，依次获取其对应的各检测装置或各馈线自动化终端在所有频率点的暂态零模电流能量、各检测装置或各馈线自动化终端的特征频率序列、一整条馈线上所有检测装置或馈线自动化终端在特征频率序列频段内各频率点的暂态零模电流能量和；根据各检测装置或各馈线自动化终端在所有频率点的暂态零模电流能量与一整条馈线上所有检测装置或馈线自动化终端在特征频率序列频段内各频率点的暂态零模电流能量和之比，获取各检测装置或各馈线自动化终端在一整条馈线上的能量比重。
步骤4、在一整条馈线上，获取各检测装置或各馈线自动化终端对应于其余相邻检测装置或馈线自动化终端的能量相对熵值。步骤5、将任意两个相邻检测装置或相邻馈线自动化终端的能量相对熵值进行多重组合并比较大�。�将比较值最大的两个相邻检测装置或相邻馈线自动化终端之间的区段作为可能故障区段；在多重组合中，出现次数最多的可能故障区段即为故障区段。综上所述，小电流接地系统中，一整条馈线为一条分支线路，在每条分支线路上间隔装设若干个检测装置或馈线自动化终端。本发明所述小电流接地系统单相接地故障区段定位方法中，当一条馈线发生单相接地故障时，根据各检测装置或馈线自动化终端的记录获取暂态零模电流纯故障分量信号；通过暂态零模电流纯故障分量信号的S变换，获得该条馈线上各检测装置或馈线自动化终端对应的S变换模矩阵；进而，获取各检测装置或各馈线自动化终端在一整条馈线上的能量比重、各检测装置或馈线自动化终端对应于该馈线上其余相邻检测装置或馈线自动化终端的能量相对熵值；通过馈线上任两个相邻检测装置或馈线自动化终端的能量相对熵值进行多重组合并比较大�。�确定可能故障区段；最后，将出现次数最多的可能故障区段确定为故障区段。由此可见，本发明的检测精度较高。


图I为本发明所述小电流接地系统单相接地故障区段定位方法的总体流程示意图。图2为本发明所述步骤2的具体流程示意图。图3为本发明所述步骤3中获取各检测装置或各馈线自动化终端在一整条馈线上的能量比重的流程示意图。图4为本发明所述步骤5的具体流程示意图。图5为本发明实施例所述小电流接地系统架空线路输电模型示意图。图6为本发明实施例所述各检测装置暂态零模电流能量特征频率序列。图7为本发明实施例所述一整条馈线系统的暂态零模电流能量和特征频率序列。图8为本发明实施例所述0° ,20Q时所有组合条件下暂态零模电流能量相对熵值比较示意图。
具体实施例方式为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。图I为本发明所述小电流接地系统单相接地故障区段定位方法的总体流程示意图。如图I所示，本发明所述小电流接地系统单相接地故障区段定位方法，包括如下步骤步骤I、当小电流接地系统发生单相接地故障时，根据一整条馈线上各检测装置或各馈线自动化终端记录的单相接地故障时刻前一个周期与后一个周期的零模电流信号，获取零模电流纯故障分量信号。实际应用中，在小电流接地系统中，一整条馈线为一条分支线路。步骤2、根据各检测装置或各馈线自动化终端的零模电流纯故障分量信号，提取各检测装置或各馈线自动化终端的暂态零模电流纯故障分量后，对暂态零模电流纯故障分量进行S变换，得到各检测装置或各馈线自动化终端对应的S变换模矩阵。步骤3、根据各S变换模矩阵，依次获取其对应的各检测装置或各馈线自动化终端在所有频率点的暂态零模电流能量、各检测装置或各馈线自动化终端的特征频率序列、一整条馈线上所有检测装置或馈线自动化终端在特征频率序列频段内各频率点的暂态零模电流能量和；根据各检测装置或各馈线自动化终端在所有频率点的暂态零模电流能量与一整条馈线上所有检测装置或馈线自动化终端在特征频率序列频段内各频率点的暂态零模电流能量和之比，获取各检测装置或各馈线自动化终端在一整条馈线上的能量比重。步骤4、在一整条馈线上，获取各检测装置或各馈线自动化終端对应于其余相邻检测装置或馈线自动化终端的能量相对熵值。步骤5、将任意两个相邻检测装置或相邻馈线自动化终端的能量相对熵值进行多重组合并比较大�。�将比较值最大的两个相邻检测装置或相邻馈线自动化終端之间的区段作为可能故障区段；在多重组合中，出现次数最多的可能故障区段即为故障区段。总之，实际的小电流接地系统中，可在每条馈线上间隔装设若干个检测装置或馈 线自动化終端。本发明所述小电流接地系统单相接地故障区段定位方法中，首先，当一条馈线发生単相接地故障时，根据该条馈线上各检测装置或馈线自动化终端的记录获取暂态零模电流纯故障分量信号；其次，通过暂态零模电流纯故障分量信号的S变换，获得该条馈线上各检测装置或馈线自动化终端对应的S变换模矩阵；进而，获取各检测装置或各馈线自动化终端在一整条馈线上的能量比重、各检测装置或馈线自动化终端对应于该馈线上其余相邻检测装置或馈线自动化终端的能量相对熵值；再次，通过馈线上任两个相邻检测装置或馈线自动化终端的能量相对熵值进行多重组合并比较大�。�确定可能故障区段；最后，将出现次数最多的可能故障区段确定为故障区段。由此可见，本发明的检测精度较高。实际应用中，步骤I之前还包括如下步骤步骤a、判断uQ(t) > 0. 15Un是否成立如果成立,则执行步骤b ;否则,贝U返回步骤a ;其中，U0(t)为小电流接地系统的零序电压，Un为母线额定电压。步骤b、判断电压互感器是否断线当电压互感器发生断线时，则发出电压互感器断线警告信息；当电压互感器没有发生断线时，则执行步骤C。步骤C、判断消弧线圈是否发生串联谐振当消弧线圈发生串联谐振时，则调节消弧线圈以防止其发生串联谐振；当消弧线圈没有发生串联谐振时，则判定小电流接地系统发生接地故障。实际应用中，在小电流接地系统中，当某一条馈线的零序电压超过母线额定电压的0. 15倍且电压互感器没有发生断线、消弧线圈也没有发生串联谐振的情况下，确定该条馈线发生単相接地故障；否则，该条馈线处于正常工作状态。步骤I中，所述获取零模电流纯故障分量信号包括如下步骤步骤11、単相接地故障发生时，各检测装置或各馈线自动化终端记录单相接地故障发生时刻前ー个周期的零模电流与后ー个周期的零模电流信号。步骤12、将单相接地故障发生时刻后ー个周期的零模电流信号减去前ー个周期的零模电流信号即得零模电流纯故障分量。实际应用中，获得单相接地故障时刻的零模电流纯故障分量Icma的方法如下ich0A = ia0A-ib0A
其中，Icma为第\个检测装置或馈线自动化终端的零模电流纯故障分量；ia(lA为单相接地故障发生后第I个采样周期的第X个检测装置或馈线自动化终端的零模电流信号；ib(u为单相接地故障发生时前I个周期的第、个检测装置或馈线自动化终端的零模电流号。图2为本发明所述步骤2的具体流程示意图。如图2所示，本发明所述步骤2具体包含以下步骤步骤21、对各检测装置或各馈线自动化终端，取故障发生时刻起1/4周期内的零模电流纯故障分量作为暂态零模电流纯故障分量i-“。步骤22、对暂态零模电流纯故障分量信号采样后，得到暂态零模电流纯故障分量离散信号(kT);对暂态零模电流纯故障分量离散信号iA (kT)进行离散傅里叶变换，
获得暂态零模电流纯故障分量离散傅里叶变换序列h~。
\_NT_步骤23、根据S变换与傅里叶变换之间的对应关系，利用暂态零模电流纯故障分
量离散傅里叶变换序列i, ，获得暂态零模电流纯故障分量信号的一维离散S变换矩
\_NT\
阵 Sx fiT,- ONT步骤24、对暂态零模电流纯故障分量信号的一维离散S变换矩阵"(中
L NT _
各元素求模，得到S变换模矩阵。图3为本发明所述步骤3中获取各检测装置或各馈线自动化终端在一整条馈线上的能量比重的流程示意图。如图3所示，本发明步骤3中，所述根据各检测装置或各馈线自动化终端在所有频率点的暂态零模电流能量，与一整条馈线上所有检测装置或馈线自动化终端在特征频率序列频段内各频率点的暂态零模电流能量和之比，获取各检测装置或各馈线自动化终端在一整条馈线上的能量比重，具体包含以下步骤步骤31、根据各检测装置或各馈线自动化终端的S变换模矩阵，获取各检测装置或各馈线自动化终端在单相接地故障后各个频率点fn下的暂态能量值Ea n，将最大暂态能量值￡_对应的频率点ft作为基准频率点，并根据选定的数据窗，获得各检测装置或各馈线自动化终端特征频率序列。步骤32、将一整条馈线系统上所有检测装置或馈线自动化终端的特征频率序列内各频率点的暂态零模电流能量值对应求和，得到一整条馈线系统的暂态零模电流能量和
F
Lsumo步骤33、在特征频率序列内，各检测装置或各馈线自动化终端在频率点fn下的暂态零模电流能量值Ea n与一整条馈线系统的暂态零模电流能量和Esum之比，得到各检测装置或各馈线自动化终端在一整条馈线系统中所占的能量比重。本发明方法中，步骤4中，所述获取各检测装置或各馈线自动化终端对应于其余相邻检测装置或馈线自动化终端的能量相对熵值如下
权利要求
1.一种小电流接地系统单相接地故障区段定位方法，其特征在于，所述单相接地故障区段定位方法包括如下步骤 步骤I、当小电流接地系统发生单相接地故障时，根据一整条馈线上各检测装置或各馈线自动化终端记录的单相接地故障时刻前一个周期与后一个周期的零模电流信号，获取零模电流纯故障分量信号； 步骤2、根据各检测装置或各馈·线自动化终端的零模电流纯故障分量信号，提取各检测装置或各馈线自动化终端的暂态零模电流纯故障分量后，对暂态零模电流纯故障分量进行S变换，得到各检测装置或各馈线自动化终端对应的S变换模矩阵； 步骤3、根据各S变换模矩阵，依次获取其对应的各检测装置或各馈线自动化终端在所有频率点的暂态零模电流能量、各检测装置或各馈线自动化终端的特征频率序列、一整条馈线上所有检测装置或馈线自动化终端在特征频率序列频段内各频率点的暂态零模电流能量和；根据各检测装置或各馈线自动化终端在所有频率点的暂态零模电流能量与一整条馈线上所有检测装置或馈线自动化终端在特征频率序列频段内各频率点的暂态零模电流能量和之比，获取各检测装置或各馈线自动化终端在一整条馈线上的能量比重； 步骤4、在一整条馈线上，获取各检测装置或各馈线自动化终端对应于其余相邻检测装置或馈线自动化终端的能量相对熵值； 步骤5、将任意两个相邻检测装置或相邻馈线自动化终端的能量相对熵值进行多重组合并比较大小，将比较值最大的两个相邻检测装置或相邻馈线自动化终端之间的区段作为可能故障区段；在多重组合中，出现次数最多的可能故障区段即为故障区段。
2.根据权利要求I所述的一种小电流接地系统单相接地故障区段定位方法，其特征在于，所述步骤I之前还包括如下步骤 步骤a、判断Utl⑴> O. 15仏是否成立如果成立，则执行步骤b ;否则，则返回步骤a ;其中，Utl(t)为小电流接地系统的零序电压，Un为母线额定电压； 步骤b、判断电压互感器是否断线当电压互感器发生断线时，则发出电压互感器断线警告信息；当电压互感器没有发生断线时，则执行步骤c ； 步骤C、判断消弧线圈是否发生串联谐振当消弧线圈发生串联谐振时，则调节消弧线圈以防止其发生串联谐振；当消弧线圈没有发生串联谐振时，则判定小电流接地系统发生接地故障。
3.根据权利要求I所述的一种小电流接地系统单相接地故障区段定位方法，其特征在于，步骤I中，所述获取零模电流纯故障分量信号包括如下步骤 步骤11、单相接地故障发生时，各检测装置或各馈线自动化终端记录单相接地故障发生时刻前一个周期的零模电流与后一个周期的零模电流信号； 步骤12、将单相接地故障发生时刻后一个周期的零模电流信号减去前一个周期的零模电流信号即得零模电流纯故障分量。
4.根据权利要求I所述的小电流接地系统单相接地故障区段定位方法，其特征在于，所述步骤2具体包含以下步骤 步骤21、对各检测装置或各馈线自动化终端，取故障发生时刻起1/4周期内的零模电流纯故障分量作为暂态零模电流纯故障分量IhCUt ; 步骤22、对暂态零模电流纯故障分量信号采样后，得到暂态零模电流纯故障分量离散信号^ (kT);对暂态零模电流纯故障分量离散信号込(kT)进行离散傅里叶变换，获得暂态零模电流纯故障分量离散傅里叶变换序列
5.根据权利要求I所述的小电流接地系统单相接地故障区段定位方法，其特征在于，步骤3中，所述根据各检测装置或各馈线自动化终端在所有频率点的暂态零模电流能量与一整条馈线上所有检测装置或馈线自动化终端在特征频率序列频段内各频率点的暂态零模电流能量和之比，获取各检测装置或各馈线自动化终端在一整条馈线上的能量比重，具体包含以下步骤 步骤31、根据各检测装置或各馈线自动化终端的S变换模矩阵，获取各检测装置或各馈线自动化终端在单相接地故障后各个频率点fn下的暂态能量值Ελ n，将最大暂态能量值Efflax对应的频率点ft作为基准频率点，并根据选定的数据窗，获得各检测装置或各馈线自动化终端特征频率序列； 步骤32、将一整条馈线系统上所有检测装置或馈线自动化终端的特征频率序列内各频率点的暂态零模电流能量值对应求和，得到一整条馈线系统的暂态零模电流能量和Esum ；步骤33、在特征频率序列内，各检测装置或各馈线自动化终端在各频率点4下的暂态零模电流能量值Ελ n与一整条馈线系统的暂态零模电流能量和Esm之比，得到各检测装置或各馈线自动化终端在一整条馈线系统中所占的能量比重。
6.根据权利要求I所述的小电流接地系统单相接地故障区段定位方法，其特征在于，步骤4中，所述获取各检测装置或各馈线自动化终端对应于其余相邻检测装置或馈线自动化终端的能量相对熵值如下
7.根据权利要求I所述的小电流接地系统单相接地故障区段定位方法，其特征在于，所述步骤5具体包括如下步骤 步骤51、按照同一方向，将一整条馈线上所有相邻检测装置或相邻馈线自动化终端的能量相对熵值组成一组数据序列后比较大�。�将能量相对熵值最大的两个相邻检测装置或相邻馈线自动化终端之间的区段作为可能故障区段； 步骤52、按照所有方向，将一整条馈线系统上所有相邻检测装置或相邻馈线自动化终端的能量相对熵数值所组成的所有数据序列进行比较。若步骤51中定义的可能故障区段的能量相 对熵值仍为最大，则该可能故障区段即为故障区段，故障判定过程结束； 步骤53、若出现可能故障区段不一致情况，即某一区段在一种组合方式下的能量相对熵值小于其他区段的能量相对熵值，但同时该区段在剩余的组合方式下的能量相对熵值又均大于其他区段的能量相对熵值时，则在所有的组合方式比较完毕后，将出现次数最多的可能故障区段判定为故障区段，故障判定过程结束。
全文摘要
本发明提供一种小电流接地系统单相接地故障区段定位方法，包括当小电流接地系统发生单相接地故障时，记录该故障时刻前一个周期与后一个周期的零模电流信号，获取零模电流纯故障分量信号；将一整条馈线上各检测装置或馈线自动化终端测得的暂态零模电流纯故障分量进行S变换；获取各检测装置或馈线自动化终端在各频率点的暂态零模电流能量、该条馈线系统在频率段内各频率点的暂态能量和；获取检测装置或馈线自动化终端的能量相对熵值；将任意相邻两检测装置或馈线自动化终端的能量相对熵值进行多重组合并比较大小，将出现次数最多的可能故障区段判定为故障区段。本发明具有检测精度高、通用性好的特点，可广泛应用于电力系统中。
文档编号G01R31/08GK102768324SQ20121011237
公开日2012年11月7日 申请日期2012年4月10日 优先权日2012年4月10日
发明者余建芮, 封海潮, 张涛, 张玉均, 朱贞卫, 李玉东, 杨晓邦, 王晓卫, 田书, 高杰, 魏向向 申请人:河南理工大学