[发明专利]基于行波法和暂态主频法的变电站电缆出线故障监测方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种变电站电缆出线的故障监测方法，具体地说是一种基于行波法和暂态主频法的变电站电缆出线故障监测方法，属于电缆故障选线技术领域。

背景技术

我国配电网广泛采用中性点非有效接地方式，这种接地方式具有供电可靠性高的优点，其单相接地故障发生率最高。当发生单相接地故障后，非故障相电压升高为原来的1.732倍，个别情况下，接地电容电流可能引起故障点电弧飞越，瞬时出现比相电压大4-5倍的过电压，导致绝缘击穿，进一步扩大成两点或多点接地短路；故障点的电弧还会引起全系统过电压，常常烧毁电缆甚至引起火灾。因此，配电网的单相接地故障严重威胁这配电网的安全可靠性，为防止事故扩大，运行中希望尽快选择出故障线路并进行处理。但是由于单相接地是通过电源绕组和输电线路而对地分布电容形成的短路回路，故障点的接地电流很小，单相接地故障选线和故障定位问题长期以来没有得到很好地解决。

为了找出故障点，过去采用的是人工拉路的选线方法，受各种因素的影响，这种方法找出故障线路需要很长时间，降低了供电的质量，使得供电单位与用户的经济效益受到了影响。而且电网容易受到开关断开和闭合的冲击，会导致操作过电压和谐振过电压，开关的反复动作同样使得其使用寿命降低。随着无人值守变电站的增多和综合自动化水平的提高，一是某些时候集控中心工作人员发现和处理接地信号的时间较长，尤其是晚上出现的故障信号，会出现带故障长时间运行的情况；二是逐条拉路选线需要远方遥控操作，加大了设备的负担。

当前实际工作中，配电网普遍采用暂态零序电流法进行选线，利用故障线路的暂态零模电流初始行波的极性与非故障线路的极性相反这一原理判断故障线路，该方法具有可靠性高的优点。但是实际运行中模量行波的获取增加了现场应用的困难。获取零模电流行波需要现场配备合适的零序电流互感器，而仅为了故障选线增加零序电流互感器不经济并且利用零模选线的方法无法实现选相。若不使用零序互感器，线模电流行波获取是通过两相电流互感器，接线复杂且容易出错，这样使故障选线更加困难。

快速准确地故障选线一方面有利于提高供电可靠性，提高供电部门和用户的经济效益，另一方面有利于维护用电设备，因此，迫切需要一种有效的变电站电缆出线故障监测方法。

发明内容

为克服上述现有技术存在的不足，本发明提供了一种基于行波法和暂态主频法的变电站电缆出线故障监测方法，其能够解决当前小电流接地系统选线困难的问题，有效实现变电站电缆出线及其配电线路的故障选线。

本发明解决其技术问题所采取的技术方案是：基于行波法和暂态主频法的变电站电缆出线故障监测方法，其特征是，包括以下步骤：

建立变电站电缆出线故障仿真模型：根据变电站电缆出线及配网模型建立变电站电缆出线故障仿真模型，所述变电站电缆出线故障仿真模型包括变压器，在变压器的出线侧连接有三条出线线路，每条出线线路中均包含电缆线路和架空线路，所述电缆线路一端与变压器相连，另一端与架空线路一端相连，架空线路的另一端悬空，在每条出线线路中均设置有仿真线路故障；

获取训练样本：分别对变电站电缆出线故障仿真模型中各条出线线路设置不同故障距离、不同过渡电阻以及不同故障初相角进行仿真，提取各条出线线路的电流初始行波和暂态信号；根据电流初始行波零模分量的幅值、极性以及暂态主频的幅值、相位，得到训练样本；

BP神经网络训练：利用训练样本对BP神经网络模型进行训练；

确定故障线路：在变电站的每条出线线路中设置零序电流互感器，通过零序电流互感器获取各条出线线路的电流初始行波和暂态信号，将电流初始行波和暂态信号输入训练好的BP神经网络进行选取故障线路。

上述方法中，所述故障路线的选取过程包括以下步骤：

获取电流初始行波零模分量的模极大值及极性：利用零序电流互感器获取各条线路的零模电流，通过小波分析方法提取初始行波波头的模极大值和极性；

提取暂态主频幅值和相位：利用零序电流互感器获取零模电流暂态波形，通过FFT算法得到各条线路暂态主频的幅值和相位；

通过神经网络进行故障选线：将提取出的初始电流行波的模极大值、极性和暂态主频的幅值、极性输入训练好的BP神经网络,确定故障线路。

上述方法中，采用ATP仿真软件进行建立变电站电缆出线仿真模型。

上述方法中，所述出线线路采用三芯结构，电缆线路的金属屏蔽层双端直接接地的方式，并且架空线路的末端悬空。

上述方法中，每条出线线路中设置的线路故障与其它两条出线线路设置的线路故障不同。