本发明涉及一种配网主站单相接地故障选线定位方法，尤其是一种基于暂态录波型故障指示器的配网主站单相接地故障选线定位方法。
背景技术
我国配电网广泛采用中性点非有效接地运行方式，主要是中性点不接地或经消弧线圈接地。发生单相接地故障时，由于线电压仍保持对称，因此一般允许继续运行1-2h，但为了防止因相电压升高导致的故障扩大，应该快速选线并定位故障。
目前故障选线定位所存在的问题是：(1)暂态录波型故障指示器存在经常性普遍性的误报情况，为保证对配网运行情况的有效监控，需增加对上报故障的甄别；(2)由于存在采样误差，且故障特征可能不明显，无法及时准确地选线定位。
技术实现要素：
本发明提出了一种配网主站单相接地故障选线定位方法，其所要解决的技术问题是：(1)避免误报情况；(2)及时准确地选线并定位故障。
本发明的技术方案如下：
一种配网主站单相接地故障选线定位方法，包括如下步骤：
步骤一：配网架空线路发生单相接地故障后，故障指示器启动录波，并在录波完成后向配网主站发送遥信变位；主站接收到该遥信后，根据故障指示器与线路设备的对应关系以及配网此时的开关状态，计算拓扑关系，根据拓扑关系判断是否为误报，如果不是误报则进入步骤二；
步骤二：主站向启动录波的故障指示器召唤本次故障的录波文件；根据实时拓扑关系，找到各线路中最靠近母线的故障指示器即始端故障指示器的录波文件，解析出a、b、c三相电场和三相电流，并合成零序电流；
步骤三：寻找故障起始点：先计算各线路始端故障指示器a、b、c三相电场的半个周波有效值，然后根据该有效值的变化确定故障起始时段，然后依据零序电流在故障起始时段的突变确定故障起始点；
步骤四：将各线路始端故障指示器零序电流故障起始点所在的一个周波的数据作为包含暂态的原始数据，通过一个线性相位的带通滤波器，滤掉原始数据中的稳态分量，得到故障后的暂态零序电流；
步骤五：分别计算各线路始端故障指示器故障后暂态零序电流的有效值，按暂态零序电流有效值由大到小排序；将暂态零序电流有效值最大的线路作为参考线路，依次计算其它线路与参考线路间暂态零序电流的相关系数；以故障线路与所有非故障线路极性相反即相关系数小于0、同时非故障线路间极性相同相关系数大于0为原则，得出故障选线结果；
步骤六：对选出的故障线路，从该线路始端故障指示器开始，依次计算每相邻的两个设备的暂态零序电流归一化相关系数；以故障点之前相邻设备间的暂态零序电流高度相关而故障点前后设备间的暂态零序电流低度相关为原则确定故障位置；所述设备的暂态零序电流计算方法同步骤二至四。
作为本发明的进一步改进：所述步骤一中判断是否误报的方法为：
如果一条母线所连线路的半数为3条以上且半数以上所连线路的故障指示器启动录波，则不为误报；
如果一条母线所连线路的半数小于3条且所连线路中有3个以上的故障指示器启动录波，则不为误报。
作为本发明的进一步改进：所述步骤三中寻找故障起始点的具体方法为：
(3-1)分别计算a、b、c三相电场半个周波的有效值，设uak-1、uak和uak+1分别表示a相电场第k-1、k和k+1个半周波有效值，计算突变量uak+1-uak-1，如果该突变量超过预设阈值，则k、k+1为故障起始时段；
(3-2)若a、b、c三相电场的半周波有效值突变量uak+1-uak-1、ubk+1-ubk-1、uck+1-uck-1都超过阈值，则判定第k和k+1半周波为故障起始点所在的周波；
(3-3)在零序电流的第k和k+1个半周波组成的周波内，计算零序电流的幅值最大值，该最大值对应的采样点为故障起始点。
作为本发明的进一步改进：所述步骤四中的带通滤波器为fir滤波器。
作为本发明的进一步改进：步骤五中相关系数的计算公式为：
作为本发明的进一步改进：步骤六中归一化相关系数的计算公式为：
相对于现有技术，本发明具有如下积极效果：(1)配网主站在收到故障指示器启动录波的遥信后，对是否为误报加以判断，避免了目前突出的故障指示器误报现象，判误的实现可利用配网主站已有的设备模型和拓扑计算模块，无需另外设计，投资少，利于维护；(2)使用电场有效值变化与电流突变相结合的方法寻找故障起始点，既能充分利用各物理量的故障特征，又能有效避免单一信号采样误差大和故障特征不明显对结果产生影响；(3)通过一个线性相位的带通滤波器精确得到故障后暂态零序电流，既保证信号不失真，又保证了后续算法的可靠性；(4)利用故障线路和非故障线路暂态容性电流幅值差大、相位相反的特点，先以有效值排序初步选出故障线路，再通过计算相关系数验证纠错；(5)最后利用故障点前后暂态零序电流幅值差大、极性相反的特征，用归一化相关系数确定故障位置。
综上，本发明提出了一种基于暂态录波型故障指示器的配网主站单相接地故障选线定位方法，该方法既能滤除非故障时的故指误报，又能在故障发生后及时准确地选线和定位，且不受中性点接地方式和单相接地故障方式的影响，选线定位效果可靠准确。
具体实施方式
下面详细说明本发明的技术方案：
一种配网主站单相接地故障选线定位方法，具体来说，是一种基于暂态录波型故障指示器的配网主站单相接地故障选线定位方法。
目前，配电网架空线路普遍安装了暂态录波型故障指示器。发生单相接地故障后，相电压的变化触发三相采集单元完成暂态故障录波，集合单元上传录波数据到配网主站。故障指示器在配电网中的高覆盖率，加上配网主站强大的数据存储和处理能力，使得提取故障指示器录波信号中的暂态分量实现单相接地故障选线和定位，具有较强的实用性。
本方法具体步骤如下：
步骤一：配网架空线路发生单相接地故障后，故障指示器启动录波，并在录波完成后向配网主站发送遥信变位；主站接收到该遥信后，根据故障指示器与线路设备的对应关系以及配网此时的开关状态，计算拓扑关系，根据拓扑关系判断是否为误报，如果不是误报则进入步骤二，否则结束；
判断是否误报的方法为：
如果一条母线所连线路的半数为3条以上且半数以上所连线路的故障指示器启动录波，则不为误报；
如果一条母线所连线路的半数小于3条且所连线路中有3个以上的故障指示器启动录波，则不为误报。
故障指示器上传到配网主站的录波数据包含不少于故障前4个周波和故障后8个周波的a、b、c三相电场和三相电流。
步骤二：主站向启动录波的故障指示器召唤本次故障的录波文件；根据实时拓扑关系，找到各线路中最靠近母线的故障指示器即始端故障指示器的录波文件，解析出a、b、c三相电场和三相电流，并合成零序电流。
步骤三：寻找故障起始点：先计算各线路始端故障指示器a、b、c三相电场的半个周波(指基波周波，下同)有效值，然后根据该有效值的变化确定故障起始时段，然后依据零序电流在故障起始时段的突变确定故障起始点；
寻找故障起始点的具体方法为：
(3-1)分别计算a、b、c三相电场半个周波的有效值，设uak-1、uak和uak+1分别表示a相电场第k-1、k和k+1个半周波有效值，计算突变量uak+1-uak-1，如果该突变量超过预设阈值，则k、k+1为故障起始时段；
(3-2)若a、b、c三相电场的半周波有效值突变量uak+1-uak-1、ubk+1-ubk-1、uck+1-uck-1都超过阈值，则判定第k和k+1半周波为故障起始点所在的周波；
(3-3)在零序电流的第k和k+1个半周波组成的周波内，计算零序电流的幅值最大值，该最大值对应的采样点为故障起始点。
由于单相接地故障时，零序稳态电气量幅值较小，利用零序稳态分量的故障选线方法准确率低。而暂态电流比稳态电流大几至十几倍，基于暂态信号来选线，准确率较高且不会受消弧线圈的影响。
步骤四：将各线路始端故障指示器零序电流故障起始点所在的一个周波的数据作为包含暂态的原始数据，通过一个线性相位的带通滤波器，滤掉原始数据中的稳态分量，得到故障后的暂态零序电流；具体地：
(4‐1)综合考虑上文提到的配网架空线路单相接地故障暂态电流的频率范围(300‐1500hz)，以及故障指示器的采样频率4096hz，设计一个线性相位的带通fir滤波器，保证滤波后的信号不失真；
(4‐2)将零序电流故障起始点前后近一个周波的数据作为输入信号，通过(4‐1)中设计的滤波器，得到暂态零序电流。
因绝缘被击穿而引起的单相接地故障经常发生在相电压的峰值附近，此时故障零序电流中的暂态电容电流分量较大。暂态电容电流自由振荡频率(主频率)与配电网线路长度、结构、接地电阻、接地点等相关，即主频率不固定。对于配网架空线路，暂态电流的自由振荡频率一般在300-1500hz范围内，线路越长，频率越低。目前暂态录波型故障指示器的采样频率通常是4096hz，由于是对正弦信号采样，所以采样最大有效频率为4096/3＝1365hz。a、b、c三相采样同步误差在100μs。在采样频率较低、高频信号分辨力差、相间同步误差大采样精度较低的情况下，使用有效值来进行判断，相较于使用瞬时值更为适宜。
步骤五：分别计算各线路始端故障指示器故障后暂态零序电流的有效值，按暂态零序电流有效值由大到小排序；将暂态零序电流有效值最大的线路作为参考线路，依次计算其它线路与参考线路间暂态零序电流的相关系数；以故障线路与所有非故障线路极性相反即相关系数小于0、同时非故障线路间极性相同相关系数大于0为原则，得出故障选线结果；
相关系数的计算公式为：
步骤六：对选出的故障线路，从该线路始端故障指示器开始，依次计算每相邻的两个设备的暂态零序电流归一化相关系数；以故障点之前相邻设备间的暂态零序电流高度相关而故障点前后设备间的暂态零序电流低度相关为原则确定故障位置；所述设备的暂态零序电流计算方法同步骤二至四；
归一化相关系数的计算公式为：
以上是本发明的一种实施方式，较为详细的描述了本发明的原理，凡依本发明技术方案所作的改变，均属于本发明的保护范围。本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。