[发明专利]一种基于三相电流突变量的时域波形相关分析的故障选线方法

说明书

技术领域

本发明涉及电力系统继电保护技术领域，具体说是一种基于三相电流突变量的时域波形相关分析的故障选线方法。

背景技术

中性点经消弧线圈接地的配电网发生单相接地故障时，故障暂态电流幅值远大于稳态电流，且不受消弧线圈影响。故障后的暂态分量与稳态分量相比有很大的优越性，因此利用暂态量进行选线的方法成为配网故障选线方法的主流。基于暂态量的选线方法，大多利用了故障线路和健全线路暂态量在突变方向、幅值等特征上表现的差异，并借助信号处理手段提取这些特征对故障进行辨识。

单相接地故障约占配电网故障的80%，学者对单相接地故障选线问题进行了大量研究但仍有许多难题有待解决。主要原因在于：1、故障边界复杂、故障随机性强。不同的故障条件，其暂态零序信号频率成分、衰减特性和频谱能量分布存在差异；2、电压过零点附近发生的单相接地故障引起的高频分量很小，高频暂态量选线方法灵敏度大大下降；3、电缆线路和架空线路电气特性差异较大，健全线路零序电流波形之间相似性降低；4、由于行波传播速度较快，而配电网线路较短，加之干扰信号较多，行波首波头不易可靠捕捉，致使行波法检测受限。 

基于暂态量的选线方法大多采用零序电流作为分析对象，但对于只安装三相电流互感器而未安装零序电流互感器的配电网，由于三相电流互感器传变特性的不一致，由三相电流合成的零序电流与真实情况往往存在较大偏差，这种方式往往影响了基于零序电流的故障选线方法的可靠性。

发明内容

    本发明的目的是提出一种基于三相电流突变量的时域波形相关分析的故障选线方法，针对某些只安装有三相电流互感器而未安装零序电流互感器的配电网，当其发生单相接地故障时，直接利用三相电流互感器测得的三相电流时域波形进行分析选线，而不经过相应变换将三相电流转换为零序电流进行故障检测，克服因三相电流互感器传变特性不一致导致转换过程中产生的偏差。

本发明基于三相电流突变量的时域波形相关分析的故障选线方法是：配电网发生故障后，选线装置立即启动，从测量端测得各馈线的三相突变电流；提取故障后短时窗内的三相突变电流时域波形，对其进行相关系数求解，得到各馈线相间相关系数，再求取各馈线突变电流量的综合相关系数；通过比较馈线综合相关系数最大、最小值之差与预设阀值的大小，进行选线判断；通过比较故障馈线各相间的相关系数与预设阀值的大小，进行选相判断。具体按下列过程实现：

（1）当馈出线路只安装了三相电流互感器而未安装零序电流互感器的配电网发生单相接地故障时，选线装置立即启动，从测量端测得各馈线的三相突变电流；

（2）提取故障后5ms短时窗内各馈线的三相突变电流时域波形，然后根据式                                                ，对其进行相关系数求解，得到各馈线相间相关系数；

式中，为离散信号，为离散信号的采样点个数，为相关信号的记录长度；i=1，2，3…，为系统的馈线编号；x,y=A,B,C，且x≠y ，A、B、C为馈线三个相的编号；

（3）由各馈线相间相关系数，根据公式，求取各馈线突变电流量的综合相关系数；其中，，为系统的馈线编号；

（4）通过仿真实验，设定馈线综合相关系数阀值，按以下条件进行选线判断：

若，则馈线故障，故障馈线编号为，

若，则母线故障，

式中，为各馈线综合相关系数中的最大值，为各馈线综合相关系数中的最小值；

（5）通过仿真实验，设置故障馈线各相间的相关系数阀值，按以下条件进行选相判断：

若，则、为健全相，另一相为故障相；

式中，为故障馈线各相间的相关系数，为故障馈线的编号，，且。

本发明中，综合相关系数阀值和故障馈线各相间的相关系数阀值的设定，都是通过大量的系统仿真实验，最终找出恰当的数值，作为比较的依据。

本发明的原理是：

一、理论分析

对于图1所示配电网系统，当馈线某处发生单相接地故障时，其故障附加等效电路如图2所示，故障相故障点处叠加一电压源，与故障前该点电压的大小相等、方向相反。

由图1可知，对于故障发生前各条馈线的各相，有：

                                           (1)