一种配电网单相接地故障识别与信息融合选线方法及系统与流程

1.本发明属于配电技术领域，具体涉及一种配电网单相接地故障识别与信息融合选线方法及系统。


背景技术：

2.单相接地故障是配电网的一类常见故障，据相关资料统计，在近期某六年间，仅某地市域配电网就发生单相接地故障1553次，其中三分之一由电缆及其引线引发，且成逐年上升趋势，造成了严重危害，因此迫切需要在第一时间迅速完成选线并排除故障。而在通常应用中大部分配电网使用消弧线圈限制接地电流，这类配电网系统又被称为谐振接地系统。在此类谐振接地系统中，系统受补偿电流的影响，其故障零序特征相比于无消弧线圈的不接地系统弱，给选线进而彻底切除故障线路带来了障碍。同时谐振接地系统容量也受消弧线圈容量的限制，在电网规模发展时难以突破消弧线圈容量的瓶颈；并且受消弧线圈的影响，在系统容量不断增长的背景下发生串联谐振的风险相比于不接地系统大大升高。因而经可靠选线装置加装改造后的不接地系统具有巨大的潜力，有必要进一步分析多种主要因素下故障特征的变化以确保复杂工况下选线装置的高可靠程度。
3.同时，典型选线装置却在当下的现实应用中存在可靠性问题。以重庆杨家坪供电局近期所做统计为例，该局共安装典型选线装置170台，但因选线效果极差其退出运行率高达86％。这类现象的根源在于典型选线装置故障判据单一，容易受到系统中负荷投切等复杂工况的干扰使得选线结果失真或不成功。对于可靠性问题集中的高阻故障区段，由于其零序电流特征不明显或其零序电流变化幅值过小使得故障零序特征淹没在线路正常运行所产生的零序电流噪声中而难以分辨，且受限于传统方法对于故障线的判定往往基于故障线路发生故障时单次的零序电压和零序电流特征，使得选线程序时序不可控，进一步加重了信号受干扰的风险，因此在高阻故障区段典型的选线方法往往无法做出可靠判定。


技术实现要素：

4.本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种配电网单相接地故障识别与信息融合选线方法及系统，通过将单相接地故障持续过程中的尽可能多的故障数据进行融合，计算出单次故障度和连续故障度，得出最可靠的选线结果；使选线系统面向全局获得故障信息，让少数受到严重干扰而可能导致误选的信号不会对选线结果造成重大影响，显著提高选线结果的准确度。
5.本发明采用以下技术方案：
6.一种配电网单相接地故障识别与信息融合选线方法，包括以下步骤：
7.s1、采集各支路零序电流信号i
0i
以及零序电压un；
8.s2、对步骤s1采集的各支路零序电流信号i
0i
以及零序电压un信号做特征提取处理；
9.s3、根据步骤s2提取的特征计算单次故障度mi并记录；
10.s4、根据步骤s3计算的单次故障度mi计算多次故障度mn；
11.s5、利用步骤s4得到的多次故障度mn判断零序电压互感器所采集的零序电压是否大于阈值δ；
12.s6、当零序电压大于阈值δ时，启动全时段录波，并将全时段录波所采集的故障波形数据上传故障波形数据库，确定故障线路；
13.s7、上报故障线路，完成配电网单相接地故障识别与信息融合选线。
14.具体的，步骤s1中，通过中性点零序电压互感器tpm实时采集配电网中性点位移电压un，并同时通过安装在各条出线上的零序电流互感器tal1至taln实时采集配电网主变压器各条出线上的电压获得各条出线的零序电流i
01
至i
0n
。
15.具体的，步骤s3中，根据提取的特征计算单次故障度并记录，计算得到每条出线的初始单次故障度，将初始单次故障度通过归一化处理后，得到每条出线的单次故障度。
16.进一步的，第i条出线的单次故障度mi为：
17.mi＝i
0i
+αδi
0i
18.其中，i＝1，2
…
7，i
0i
为第i条出线的零序电流，δi
0i
为第i条出线的零序电流变化值。
19.具体的，步骤s4中，对一段时间内的单次故障度进行融合累积，得到每条出线的多次故障度mn。
20.具体的，步骤s5中，如果零序电压小于阈值δ，返回步骤s1。
21.具体的，步骤s6中，当选线计算机判断零序电压互感器所采集的零序电压确实大于阈值6，启动全时段录波，并将故障波形数据上传故障波形数据库，而后上报故障线路并继续采集零序电压信号和各支路零序电流信号，回复初始状态；若小于阈值δ，继续采集零序电压信号和各支路零序电流信号。
22.本发明的另一技术方案是，一种配电网单相接地故障识别与信息融合选线系统，包括选线计算机pb，选线计算机pb通过电压信号线lu0与变电站母线上的电压传感器连接；选线计算机pb通过与母线出线数量对应的电流信号线lin与变压站母线支路上的电流传感器连接；选线计算机pb通过通用通讯线lm与上级网络通讯服务器连接。
23.具体的，零序电压信号线lu0和零序电流信号线li1至lin均为1至4mm2导线。
24.具体的，零序电流信号线li1至lin的数量n与母线出线数量相同。
25.与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：
26.本发明一种配电网单相接地故障识别与信息融合选线方法，将单相接地故障持续过程中的尽可能多的故障数据进行融合，计算出单次故障度和连续故障度，得出最可靠的选线结果。只要故障没有消失，选线结果就不断地进行刷新。通过信息融合环节将多个单次故障度进行有效融合得到连续故障度，则计算结果反映了针对多个时段故障数据各条线路可能是故障线路的程度。因而可以让应用了本发明的选线系统面向全局获得故障信息，少数受到严重干扰而导致误选的信号不会对选线结果造成重大影响，保证了选线结果更加准确。
27.进一步的，通过设置中性点零序电压互感器tpm可实时采集配电网中性点位移电压un，并同时通过安装在各条出线上的零序电流互感器tal1至taln实时可采集配电网主变压器各条出线上的电压获得各条出线的零序电流i
01
至i
0n
。通过以上两类装置，该系统可实
时获取配电网内部的各类故障特征。
28.进一步的，根据提取的特征计算单次故障度并记录，在通过计算得到每条出线的初始单次故障度，将初始单次故障度通过归一化处理后，得到每条出线的单次故障度。通过该步骤可为获取多次故障度做铺垫。
29.进一步的，通过第i条出线的单次故障度，可量化各条出线的单次故障度，为进一步计算多次故障度做准备。
30.进一步的，对一段时间内的单次故障度进行融合累积，可得到每条出线的多次故障度mn。该多次故障度可反映各条线路可能是故障线路的程度。因而可以让应用了本发明的选线系统面向全局获得故障信息，少数受到严重干扰而导致误选的信号不会对选线结果造成重大影响，保证了选线结果更加准确。
31.进一步的，如果零序电压小于阈值δ，返回步骤s1，以避免系统误操作。
32.进一步的，当选线计算机判断零序电压互感器所采集的零序电压确实大于阈值δ，启动全时段录波，并将故障波形数据上传故障波形数据库，而后上报故障线路并继续采集零序电压信号和各支路零序电流信号，回复初始状态；若小于阈值δ，继续采集零序电压信号和各支路零序电流信号。以确保系统循环运行，并对整个动作过程留下记录。
33.一种配电网单相接地故障识别与信息融合选线系统，包括选线计算机pb，选线计算机pb通过电压信号线lu0与变电站母线上的电压传感器连接；选线计算机pb通过与母线出线数量对应的电流信号线lin与变压站母线支路上的电流传感器连接；选线计算机pb通过通用通讯线lm与上级网络通讯服务器连接。选线计算机pb用于系统控制和故障算法运行。电压传感器和电流传感器用于实时监测配电网系统故障判据，为算法提供数据支持。通用通讯线、电压信号线和电流信号线用于系统信号内部传导。
34.进一步的，零序电压信号线lu0和零序电流信号线li1至lin均为1至4mm2导线，可保证系统组件通用性、可代替性，用以节省成本。
35.进一步的，零序电流信号线li1至lin的数量n与母线出线数量相同，可保证系统获取整个配电网系统全出线的实施故障特征。
36.综上所述，本发明将单相接地故障持续过程中的尽可能多的故障数据进行融合，计算出单次故障度和连续故障度，得出最可靠的选线结果。只要故障没有消失，选线结果就不断地进行刷新；通过信息融合环节将多个单次故障度进行有效融合得到连续故障度，则计算结果反映了针对多个时段故障数据各条线路可能是故障线路的程度。因而可以让应用了本发明的选线系统面向全局获得故障信息，少数受到严重干扰而导致误选的信号不会对选线结果造成重大影响，保证了选线结果更加准确。本系统可以完全保证对于低阻典型故障的判别准确，并可在一定程度上解决高阻接地、间歇性弧光接地故障的问题。
37.下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
38.图1为本发明流程图；
39.图2为配电网案例图。
具体实施方式
40.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
41.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。
42.还应当理解，在本发明说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本发明。如在本发明说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。
43.还应当进一步理解，在本发明说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。
44.在附图中示出了根据本发明公开实施例的各种结构示意图。这些图并非是按比例绘制的，其中为了清楚表达的目的，放大了某些细节，并且可能省略了某些细节。图中所示出的各种区域、层的形状及它们之间的相对大小、位置关系仅是示例性的，实际中可能由于制造公差或技术限制而有所偏差，并且本领域技术人员根据实际所需可以另外设计具有不同形状、大小、相对位置的区域/层。
45.本发明提供了一种配电网单相接地故障识别与信息融合选线系统，包括中性点电压互感器tpm、选线计算机pb以及各条出线的零序电流互感器tal1至taln。
46.选线计算机pb通过电压信号线lu0与变电站母线上的电压传感器相连，通过与母线出线数量对应的电流信号线lin与变压站母线支路上的电流传感器相连，通过通用通讯线lm与上级网络通讯服务器相连。零序电压信号线lu0和零序电流信号线li1至lin均为1至4mm2导线，零序电流信号线li1至lin的数量n与母线出线数量相同。
47.请参阅图1，本发明一种配电网单相接地故障识别与信息融合选线方法，包括以下步骤：
48.s1、选线计算机采集各支路零序电流信号i
0i
以及零序电压un；
49.在配电网正常运行时，选线计算机通过中性点零序电压互感器tpm实时采集该配电网中性点位移电压un，并同时通过安装在各条出线上的零序电流互感器tal1至taln实时采集该配电网主变压器各条出线上的电压获得各条出线的零序电流i
01
至i
0n
。
50.s2、选线计算机对步骤s1采集的各支路零序电流信号i
0i
以及零序电压un信号做特征提取处理；
51.s3、选线计算机根据步骤s2提取的特征计算单次故障度mi并记录；
52.对于单次故障度的计算，应首先定义其值处于[0，1]，并通过以下方法计算求得每条出线的初始单次故障度：
[0053]
mi＝i
0i
+αδi
0i
[0054]
其中，i＝1，2
…
7，mi为第i条出线的单次故障度，i
0i
为第i条出线的零序电流，δi
0i
为第i条出线的零序电流变化值。上式计算的初始单次故障度通过归一化处理之后，即可得到每条出线的单次故障度。
[0055]
s4、选线计算机根据步骤s3计算的单次故障度mi计算多次故障度mn；
[0056]
对于多次故障度，是对一段时间内的单次故障度进行融合累积，得到每条出线的多次故障度mn。
[0057]
s5、选线计算机利用多次故障度mn判断零序电压互感器所采集的零序电压是否大于阈值δ，若否，回到步骤s1，若是，进入下一步；
[0058]
s6当零序电压大于阈值δ时，启动全时段录波，并将全时段录波所采集的故障波形数据上传故障波形数据库，确定故障线路；
[0059]
当选线计算机判断零序电压互感器所采集的零序电压确实大于阈值δ，则启动全时段录波，并将故障波形数据上传故障波形数据库，而后上报故障线路并继续采集零序电压信号和各支路零序电流信号，回复初始状态；若小于阈值δ，则继续采集零序电压信号和各支路零序电流信号。
[0060]
s7、选线计算机上报故障线路返回步骤s1。
[0061]
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中的描述和所示的本发明实施例的组件可以通过各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0062]
下面结合图2具体案例阐述该发明的可行性及有益效果。
[0063]
本发明一种基于多次故障度的配电网单相接地故障识别与信息融合选线方法，在图2所示案例中由中性点电压互感器tpm、选线计算机pb以及各条出线的零序电流互感器tal1至tal7组成。
[0064]
选线计算机pb通过电压信号线lu0与变电站母线上的电压传感器相连，通过与母线出线数量对应的电流信号线li1至li7与变压站母线支路上的电流传感器相连，通过通用通讯线lm与上级网络通讯服务器相连。零序电压信号线lu0和零序电流信号线li1至li7均为1至4mm2导线。
[0065]
在配电网正常运行时，选线计算机通过中性点零序电压互感器tpm实时采集该配电网中性点位移电压un，并同时通过安装在各条出线上的零序电流互感器tal1至tal7实时采集该配电网主变压器各条出线上的电压获得各条出线的零序电流i
01
至i
07
。
[0066]
通过上述案例实施，选线装置可将该配电网单相接地故障持续过程中的尽可能多的故障数据进行融合，计算出单次故障度和连续故障度(单次故障度是指针对一个时段的故障数据进行的一次计算，计算结果为各条线路可能是故障线路的定量描述)，得出最可靠的选线结果。只要故障没有消失，选线结果就不断地进行刷新。并通过信息融合环节将多个单次故障度进行有效融合得到连续故障度，其目的是反映针对多个时段故障数据各条线路可能是故障线路的程度。通过上述案例，可总结出使用故障信息融合连续选线的优势是：面向全局获得故障信息，少数受到严重干扰而导致误选的信号不会对选线结果造成重大影响，保证了选线结果更加准确。
[0067]
在图2所示案例中使用非利用故障信息融合连续选线技术的一般选线装置，并将
其选线结果与使用本发明装置所获选线结果比较，可发现一般选线装置的选线敏感度仅为本发明选线技术装置的30％，误报率则是本发明所示选线装置的5倍。
[0068]
综上所述，本发明一种配电网单相接地故障识别与信息融合选线方法及系统，具有融合各支路故障信息的能力，可在选线过程中计算出单次故障度和连续故障度，并得出最可靠的选线结果，其计算结果反映了针对多个时段故障数据各条线路可能是故障线路的程度，因而相对于一般选线装置而言更具准确性优势。
[0069]
以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。