基于行波全波形的高阻接地故障檢測方法技術

本發明專利技術公開了一種基于行波全波形的高阻接地故障檢測方法，其步驟包括：步驟S1：檢測故障行波信號，對三相電壓行波信號進行凱倫貝爾相模變換，得到線模電壓和零模電壓；步驟S2：對步驟S1得到的線模分量利用連續小波變換，繪制出故障行波的時?頻波形，即行波全波形；步驟S3：計算一個時間窗內的行波全波形能量E

【技術實現步驟摘要】
基于行波全波形的高阻接地故障檢測方法
本專利技術主要涉及到配電網故障檢測
，特指一種基于行波全波形的高阻接地故障檢測方法。
技術介紹
配電網大多采用中性點非有效接地方式，配電網故障多為單相接地(SLG)故障，沒有故障電流回路，SLG故障電流幅值較小。當配電線路掉落接觸到如碎石、瀝青、樹木、沙礫等高阻性表面時，此時發生的故障被稱為高阻接地故障(HighImpedanceGroudingFault，HIGF)，是單相接地故障中一類常見的故障。高阻接地故障若不能及時切除，事故進一步擴大，危機人身安全，而且故障發生時伴隨的電弧會引起火災，燒毀設備。目前已有大量研究關注高阻接地故障問題，對于中性點非有效接地系統，根據采用故障特征量的不同，現有的高阻接地故障檢測方法分為穩態分量法、暫態分量法、行波法和人工智能法。由于中性點非有效系統穩態分量微弱，容易被噪聲和系統不平衡的分量淹沒，準確提取穩態分量的難度較大，容易造成誤判。發生高阻接地故障時，暫態信號幅值遠遠大于穩態信號，基于暫態分量的高阻接地故障檢測方法，主要通過一系列算法提取故障信號的諧波分量來實現高阻接地故障檢測，對1kΩ以上的過渡電阻檢測的正確率不高。基于故障瞬時突變的行波法，大多關注故障初始波頭的特征，對后續波頭的關注程度不夠，且現有技術對于初始波頭的準確識別存在一定困難。人工智能法對現場試驗數據的選取要求較嚴格，而實際應用中高阻接地故障數據采集困難，該方法適用性有限。綜上所述，現有方法對于配電網的高阻接地故障檢測存在一定的缺陷。現有的高阻接地故障檢測方法大多針對過渡電阻為1kΩ以下的高阻接地故障，且沒有分開構造故障啟動判據和故障檢測判據，容易造成誤判。因此研究有效可行的方法實現過渡電阻為1kΩ以上的高阻接地故障檢測十分必要。
技術實現思路
本專利技術要解決的技術問題在于：針對現有技術存在的技術問題，本專利技術提供一種原理簡單、易實現、能夠大幅提高檢測精度的基于行波全波形的高阻接地故障檢測方法。為解決上述技術問題，本專利技術采用以下技術方案：一種基于行波全波形的高阻接地故障檢測方法，其步驟包括：步驟S1：檢測故障行波信號，采用凱倫貝爾相模變換對三相電壓行波信號進行變換，得到線模電壓和零模電壓；步驟S2：對步驟S1得到的線模分量利用連續小波變換，繪制出故障行波的時-頻波形，即行波全波形；步驟S3：計算一個時間窗內的行波全波形能量E1；當行波全波形能量E1大于預設的啟動閾值ε時，進入步驟S4；步驟S4：基于行波全波形變化規律構造高阻故障檢測判據，判斷配電網是否發生高阻接地故障。作為本專利技術的進一步改進：在所述步驟S1中，通過相模變換得到相互獨立的模分量；當配電網線路上發生故障時，檢測到電壓行波信號，記為ua，ub，uc，采用凱倫貝爾公式進行相模變換，得到線模電壓和零模電壓，公式如下：式中，u0表示零模電壓行波分量，uα和uβ表示線模電壓行波分量。作為本專利技術的進一步改進：在所述步驟S2中，行波從故障點沿線路向兩側傳播，并在波阻抗不連續處產生折射和反射；從故障初始行波到達檢測點的時刻開始，截取一定時間窗T的波形，利用連續小波變換可繪制出在時間窗T內，故障行波時-頻波形，定義該波形為行波全波形，所述行波全波形中蘊含有故障信息和故障特征信息。作為本專利技術的進一步改進：所述故障信息包括時間、頻率、幅值和極性中的一項或多項。。作為本專利技術的進一步改進：所述故障特征信息包括網絡拓撲結構、故障點位置、故障初相角、故障過渡電阻、故障類型中的一項或多項。。作為本專利技術的進一步改進：所述步驟S3中，通過以下公式得到行波全波形能量E1：式中，f1和fn為行波全波形的起始和結束頻段，t1和tk為一定時間窗T1的起始與結束采樣點，u(f，t)為頻段f、采樣點t時的連續小波系數。作為本專利技術的進一步改進：在所述步驟S3中，當配電網中存在擾動時，行波全波形能量E1明顯發生突變，基于行波全波形能量突變構造高阻接地故障啟動判據。作為本專利技術的進一步改進：在所述步驟S3中，考慮到保留安全性裕度，啟動閾值ε取0.1；當E1<0.1時，判斷配電網處于正常運行狀態，當E1＞0.1時，判斷配電網有擾動發生，啟動高阻接地故障檢測裝置，構造故障檢測判據進一步判斷擾動是否為高阻接地故障。作為本專利技術的進一步改進：在所述步驟S4中，高阻接地故障與正常暫態擾動狀態在時頻域分布上存在較大差異，由于行波全波形具有時-頻域的變化特性，根據行波全波形變化規律構造高阻故障檢測判據；計算高阻故障檢測裝置啟動后連續3個時間窗內的行波全波形能量E2、E3、E4，若E1與后續行波全波形能量E2、E3、E4的比值的最小值小于閥值6，即：判定為高阻接地故障；否則判定為正常暫態擾動。作為本專利技術的進一步改進：所述步驟S4中，所述閥值δ取0.55。與現有技術相比，本專利技術的優點在于：1、本專利技術的基于行波全波形的高阻接地故障檢測方法，通過連續小波變換得到行波全波形，行波全波形具有時-頻域的變化特性，可以更為準確的反映高阻接地故障和正常暫態擾動的區別，可靠識別高阻接地故障。該方法無需檢測初始行波波頭，有效解決了由于配電網網絡結構以及不同故障條件導致行波波頭變緩從而造成誤判的問題。2、本專利技術的基于行波全波形的高阻接地故障檢測方法，根據行波全波形能量突變構造啟動判據，根據行波全波形變化規律構造高阻接地故障檢測判據。本專利技術原理簡單，解決了現有技術判斷高阻接地故障靈敏度低的問題，可以靈敏檢測高達5kΩ的配電網高阻接地故障。附圖說明圖1是本專利技術方法的流程示意圖。圖2是本專利技術在具體應用實例中于PSCAD搭建的配電網局部拓撲結構網絡示意圖。圖3是本專利技術在具體應用實例中在5種工況下在M端測得時域行波波形圖；圖中(a)為正常運行狀態下的示意圖；圖中(b)為高阻接地故障的示意圖；圖中(c)為負荷投入的示意圖；圖中(d)為電容器投入的示意圖；圖(e)為空載線路投入的示意圖。圖4是本專利技術在具體應用實例中各種工況下在M端測得故障行波全波形圖；圖中(a)為正常運行狀態下的示意圖；圖中(b)為高阻接地故障的示意圖；圖中(c)為負荷投入的示意圖；圖中(d)為電容器投入的示意圖；圖(e)為空載線路投入的示意圖。圖5是本專利技術在具體應用實例中4種工況下的頻域分布圖。具體實施方式以下將結合說明書附圖和具體實施例對本專利技術做進一步詳細說明。如圖1所示，本專利技術的基于行波全波形的高阻接地故障檢測方法，其步驟為：步驟S1：在配電網首端安裝行波傳感器和嵌入式行波采集模塊，檢測故障行波信號，采用凱倫貝爾相模變換對三相電壓行波信號進行變換，得到線模電壓和零模電壓；步驟S2：對上述線模分量利用連續小波變換，繪制出故障行波的時-頻波形，即行波全波形；步驟S3：計算一定時間窗內(如100us)的行波全波形能量E1；當行波全波形能量E本文檔來自技高網...

【技術保護點】
1.一種基于行波全波形的高阻接地故障檢測方法，其特征在于，步驟包括：/n步驟S1：檢測故障行波信號，對三相電壓行波信號進行凱倫貝爾相模變換，得到線模電壓和零模電壓；/n步驟S2：對步驟S1得到的線模分量利用連續小波變換，繪制出故障行波的時-頻波形，即行波全波形；/n步驟S3：計算一個時間窗內的行波全波形能量E

【技術特征摘要】
1.一種基于行波全波形的高阻接地故障檢測方法，其特征在于，步驟包括：
步驟S1：檢測故障行波信號，對三相電壓行波信號進行凱倫貝爾相模變換，得到線模電壓和零模電壓；
步驟S2：對步驟S1得到的線模分量利用連續小波變換，繪制出故障行波的時-頻波形，即行波全波形；
步驟S3：計算一個時間窗內的行波全波形能量E1；當行波全波形能量E1大于預設的啟動閾值ε時，進入步驟S4；
步驟S4：基于行波全波形變化規律構造高阻故障檢測判據，判斷配電網是否發生高阻接地故障。


2.根據權利要求1所述的基于行波全波形的高阻接地故障檢測方法，其特征在于，在所述步驟S1中，通過相模變換得到相互獨立的模分量；當配電線路發生故障時，檢測到電壓行波信號，記為ua，ub，uc，采用凱倫貝爾公式進行相模變換，得到線模電壓和零模電壓，公式如下：



式中，u0表示零模電壓行波分量，uα和uβ表示線模電壓行波分量。


3.根據權利要求1所述的基于行波全波形的高阻接地故障檢測方法，其特征在于，在所述步驟S2中，行波從故障點沿線路向兩側傳播，并在波阻抗不連續處產生折射和反射；從故障初始行波到達檢測點的時刻開始，截取一定時間窗T的波形，利用連續小波變換繪制出在時間窗T內，故障行波時-頻波形，定義該波形為行波全波形，所述行波全波形中蘊含有故障信息和故障特征。


4.根據權利要求3所述的基于行波全波形的高阻接地故障檢測方法，其特征在于，所述故障信息包括時間、頻率、幅值和極性中的一項或多項。


5.根據權利要求3所述的基于行波全波形的高阻接地故障檢測方法，其特征在于，所述故障特征信息包括網絡拓撲結構、故障點位置、故障初相角、故障過渡電阻、...

【專利技術屬性】
技術研發人員：鄧豐，徐帆，曾祥君，李鵬，袁智勇，于力，徐全，
申請(專利權)人：長沙理工大學，南方電網科學研究院有限責任公司，
類型：發明
國別省市：湖南;43