[发明专利]一种小电流接地系统的单相接地故障选线方法

说明书

技术领域

本发明涉及电力系统及其自动化领域，具体涉及一种小电流接地系统的单相接地故障选线方法。

背景技术

小电流接地系统单相接地故障选线方法，虽然经过了长期广泛的研究，但由于故障特征的不明显、噪声的干扰、配电网运行状况(如不对称性)的影响等问题，现有故障选线方法在可靠性与普适性方面仍存在不足。

基于所依据的特征量的不同，目前，单相接地故障选线方法可分为三类：信号注入法、稳态量选线法和暂态量选线法。其中，信号注入法和稳态量选线法都存在特征信号微弱，选线结果不可靠的问题。而暂态量选线法所依据的暂态特征比稳态值大几倍甚至几十倍，且不受消弧线圈的影响，因此具有更高的可靠性及应用价值。

然而，暂态量中除故障信号外，还混杂了多类型信号，直接利用，易引发误判。因此，故障暂态特征的有效提取与充分利用，就成为亟待解决的问题。小波变换，作为时频局部化、多分辨率分析的强有力工具，在仿真实验中被广泛应用于单相接地故障暂态特征量的提取，有效提高了故障选线可靠性，但仍存在不足：首先，特征频带是按能量最大的原则确定的，在严重噪声干扰或电网不平衡运行状态下，生成的特征频带有可能并非为有效的故障暂态量特征频带，引发误判；另外，特征频带是基于采集信号分析确定的，不能事先获知，根据香农采样定律，只能尽可能提高采样频率，以满足未知的特征频带所需，提高了对硬件设备的要求；同时，需要对采样数据进行大量逐层提取与分离，乘法运算量巨大，不利于嵌入式系统中实现；此外，根据信号极性定性区分故障与非故障线路，仅依靠人为判断，缺乏定量的科学描述，同样会引发误判。因此，目前，基于小波变换的单相接地故障选线方法实用化程度不高。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种小电流接地系统的单相接地故障选线方法，该方法通过对单相接地故障零序电路的分析，得到故障暂态特征量的频率特性，据此设计最优FIR滤波器，以提取故障特征明显的暂态容性零序电流分量，并去除噪声及电网不平衡运行状况的干扰；利用层次聚类算法，综合各馈线始端暂态容性零序电流的极性与幅值特征对馈线进行分类，最终选择暂态容性零序电流变化趋势易于其它馈线的单根馈线即为故障线路。该方法提高了选线可靠性，降低了信号采样频率需求，避免了多层次信号分解，节约计算资源，易于实现。

本发明的目的是采用下述技术方案实现的：

本发明提供一种小电流接地系统的单相接地故障选线方法，其改进之处在于，所述方法基于最优FIR滤波器与层次聚类，包括下述步骤：

（1）小电流接地系统的单相接地故障选线方法的准备工作；

（2）实时采集电网的运行信息，并判断母线零序电压是否超过阈值；

（3）对采集到的馈线始端零序电流输入到FIR滤波器滤波，得到暂态容性零序电流分量；

（4）对n条馈线分类，令聚类层次上的类个数k=n；

（5）确定k个类中任意两类间的距离，合并最小距离对应的两类，形成新的聚类层次；

（6）确定步骤（5）中聚类层次上的伪F；

（7）判断所有类是否聚为一类；

（8）基于聚类结果，确定故障馈线。

其中，所述步骤（1）中，准备工作包括：

<1>设计FIR滤波器；

<2>电网变电站装置配置。

其中，所述步骤<1>中，设计300～3000Hz的最优FIR带通滤波器，包括下述步骤：

A、FIR滤波器最小阶数估计：

FIR滤波器低频过渡带设计为280～300Hz，依据Kaiser方程，确定FIR滤波器最小阶数为500，Kaiser方程如下：