一種應(yīng)用于ftu的分布式饋線自動化保護新方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)繼電保護領(lǐng)域，具體涉及一種應(yīng)用于FTU的分布式饋線自動 化保護新方法。適用于中性點非有效接地系統(tǒng)單相接地保護。
【背景技術(shù)】
[0002] 我國66kV及以下電壓等級的配電網(wǎng)大都采用中性點非有效接地方式，常將這種 系統(tǒng)稱為小電流接地系統(tǒng)。該方式下電網(wǎng)發(fā)生單相接地故障時，故障電流?。ㄌ貏e是經(jīng)消 弧線圈接地系統(tǒng)），盡管規(guī)程允許繼續(xù)運行1~2小時，但是故障后非接地相的電壓變成 線電壓，對系統(tǒng)絕緣帶來隱患和威脅，需要盡快切除故障線路，以避免發(fā)生兩點接地進而造 成短路事故，還可能產(chǎn)生鐵磁諧振過電壓導(dǎo)致電壓互感器燒毀事故和電壓互感器回路熔斷 器頻繁熔斷，嚴重威脅配電網(wǎng)的安全可靠性。因此在小電流接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時 正確而及時地把故障線路檢測出來，并直接自動切除故障線路或通過發(fā)信號由人工處理解 除故障，對增強供電可靠性、實現(xiàn)配電自動化、提高供電質(zhì)量及運行水平具有重要的實際意 義。
[0003] 針對小電流接地系統(tǒng)單相接地檢測困難的問題，大量國內(nèi)外高校和電力公司研發(fā) 人員投入研究，前后提出了多種保護方案：零序電流過流保護、插入電阻法、無功功率方向 保護、諧波電流保護、首半波原理、零序?qū)Ъ{接地保護等，最近還提出了基于小波變換等信 號處理方法的暫態(tài)零序電流保護。同時國內(nèi)外公司開發(fā)出了基于各種保護方案的選線裝 置，都是基于集中比較各條出線的故障信息（零序電流大小和方向、無功功率方向等），在 變電站中利用選線裝置集中判斷或在主站系統(tǒng)中加入集中選線模塊。
[0004] 現(xiàn)有小電流系統(tǒng)單相接地保護裝置還是以穩(wěn)態(tài)工頻信號的選線裝置為主，根據(jù)權(quán) 威部門統(tǒng)計結(jié)果，在實際運行中選線裝置總體選線準確率不到70%，誤選、拒選的概率很 大，穩(wěn)態(tài)工頻信號選線受以下幾方面影響：（1)消弧線圈的補償電流的影響；(2)過渡電阻 的影響；（3)電流互感器不平衡電流的影響；（4)接地故障位置的影響。
[0005] 因為單相接地時會產(chǎn)生比穩(wěn)態(tài)分量大幾至十幾倍的暫態(tài)故障分量，所以基于暫態(tài) 信號的小電流接地保護方法會有良好的故障識別能力，但暫態(tài)信號出現(xiàn)時間短暫、衰減快， 并且伴隨有高頻干擾，檢測相對困難，需利用合適的現(xiàn)代信號處理方法進行分析處理?，F(xiàn)在 對故障暫態(tài)信號的處理一般采用小波分析方法，易受脈沖噪聲的影響。基于暫態(tài)信號的小 電流接地保護還處于試驗和推廣階段。
[0006] 目前對饋線單相接地故障的檢測一般采用集中選線方式，需要通過集中比較各條 出線的故障信息來判斷故障線路，還需要進一步進行故障定位、故障隔離。隨著配網(wǎng)自動 化的發(fā)展，F(xiàn)TU等饋線智能終端數(shù)據(jù)處理和存儲能力已經(jīng)非常強大，能滿足智能算法的要 求；同時現(xiàn)在一些負荷開關(guān)和分段開關(guān)已換成了斷路器，具有開斷短路電流的能力，實現(xiàn)小 電流接地系統(tǒng)分布式接地保護能將選線、定位、隔離一次完成，實現(xiàn)饋線自動化系統(tǒng)的分布 式智能控制，實現(xiàn)故障的快速隔離、保證配電網(wǎng)的安全和用戶用電安全，更好實現(xiàn)配網(wǎng)自動 化。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，提供了只需饋線三相電流信息 的、可以安裝于FTU的就地分布式單相接地保護方法。
[0008] 本發(fā)明目的通過下述技術(shù)方案來實現(xiàn)：
[0009] -種應(yīng)用于FTU的分布式饋線自動化保護新方法，包括以下步驟：
[0010] 步驟一、當饋線的零序電流10大于整定電流Iset時，記錄當前時刻為故障時刻， 記錄饋線上故障時刻前二個周波和故障時刻后四個周波的相電流和零序電流；
[0011] 步驟二、選取故障時刻前后各半個周期共一個周期零序電流信號經(jīng)過灰度形態(tài)梯 度濾波器濾波處理，濾波處理后的零序電流出現(xiàn)第一個脈沖的時刻即為精確的故障發(fā)生時 刻；
[0012] 步驟三、以步驟二得到的精確的故障發(fā)生時刻為基準，通過求取故障發(fā)生時刻后 的故障相電流減去故障發(fā)生時刻前的負荷相電流獲得相電流故障分量Aip;通過求取故障 發(fā)生時刻后的故障零序電流減去故障發(fā)生時刻前的不平衡零序電流獲得零序電流故障分 量Ai。;然后采用帶阻濾波器濾除相電流和零序電流的故障分量中的穩(wěn)態(tài)分量，得到相電 流暫態(tài)故障分量Aip.&和零序電流暫態(tài)故障分量Aid;
[0013] 步驟四、選取相電流暫態(tài)故障分量Aip&和零序電流暫態(tài)故障分量Ai。&中故障 發(fā)生時刻后的2個周波數(shù)據(jù)，采用自適應(yīng)形態(tài)濾波器進行濾波去噪預(yù)處理；
[0014] 步驟五、采用三次樣條小波對濾波去噪預(yù)處理后的相電流暫態(tài)故障分 量Aip&進行四層小波分解，分別得到A、B、C三相電流暫態(tài)故障分量在16個子頻 帶上的能量蒼|.、玲、存（-/ '= 〇:，求 )、max(# )和max(￡/ )，，選擇 max%：)、maxGU和max(Z::,)中最大值對應(yīng)的相作為故障相；
[0015] 步驟六、采用三次樣條小波對濾波去噪預(yù)處理后的零序電流暫態(tài)故障分量A& 進行四層小波分解，求16個子頻帶上的能量，其中（4, 0)頻帶上的能量即為零序電流暫態(tài) 故障分量A1。&的直流衰減分量的能量Eu，其余各頻帶上的能量之和即為零序電流暫態(tài) 故障分量八1。.&的自由振蕩分量的能量
[0016] 求Ei.d和E。.。,的比值％ n> 1時，判斷饋線發(fā)生單相接地故障，故障相接 地保護動作；n<1的情況再進入步驟七做進一步判別；
[0017] 步驟七、根據(jù)步驟五求得的A、B、C三相電流暫態(tài)故障分量的各16個頻帶能量 Ej,Ei，U=0, 1, ???,15),^
i取A、B、C時對應(yīng)A、B、C相暫態(tài)容性電流總能 量式；、式：、式：?根據(jù)故障相確定故障相暫態(tài)容性電流總能量為Ef和非故障相平均暫 態(tài)容性電流總能量1^.1. 當、、^時，判定饋線發(fā)生單相接地故障，故障相接地 保護動作；當np< 時，再進入步驟八做進一步判斷，為安全系數(shù)；
[0018] 步驟八、在除（4, 0)頻帶外其余子頻帶上，對饋線三相電流暫態(tài)故障分量Aip. &的波形一小波系數(shù)進行相關(guān)分析，先對各相電流暫態(tài)故障分量作自相關(guān)分析得到自相關(guān) 估計序列，然后分別求故障相與其他兩個非故障相電流暫態(tài)故障分量的自相關(guān)估計序列的 互相關(guān)系數(shù)，求取故障相與其他兩個非故障相電流暫態(tài)故障分量的自相關(guān)估計序列的互 相關(guān)系數(shù)的平均值況，當f<:仏時判定饋線發(fā)生單相接地故障，故障相接地保護動作；當 萬乏（,時判定饋線沒有發(fā)生單相接地故障。
[0019] 如上所述的步驟4中自適應(yīng)形態(tài)濾波器為：
[0020] y(x) =aj(x) 0c(f(x)) +a2 (x)Co(f(x))
[0021] 式中ai(x)，a2(x)為權(quán)系數(shù)，f(x)為待處理原始信號，采用的結(jié)構(gòu)元素為遞增 結(jié)構(gòu)元素：g= [0.050. 10.6]，0c(f(x))表示利用結(jié)構(gòu)元素g對f(x)做形態(tài)開閉運算， Co(f(x)表示利用結(jié)構(gòu)元素g對f(x)做形態(tài)閉開運算。
[0022] 如上所述的灰度形態(tài)梯度濾波器為：
[0023] G,〇.ud{f)= (./' ? ,^)(.\) - (./0g)(.v)
[0024] 其中，g(x)為結(jié)構(gòu)元素，f(x)為待處理原始信號，(/ ?g)U)表示利用結(jié)構(gòu)元素 g(x)對f(x)做開運算，（f?g) (x)表示利用結(jié)構(gòu)元素g(x)對f(x)做閉運算。采用遞增結(jié) 構(gòu)元素：g= [0? 050. 10. 6]。
[0025] 如上所述的Ke取1~2;KM取0? 5-1。
[0026] 本發(fā)明的優(yōu)點在于：
[0027] 在現(xiàn)有非有效接地系統(tǒng)單相接地故障保護方案中，都采用集中選線裝置，需要所 有出線的故障信息，不符合饋線自動化的要求。本發(fā)明通過分析發(fā)生單相接地時故障暫態(tài) 電流的特征，引入形態(tài)梯度技術(shù)對零序電流進行處理提取電流突變信息準確捕捉故障發(fā)生 時刻，引入自適應(yīng)形態(tài)濾波技術(shù)有效消除了白噪聲和脈沖噪聲，基于FTU采集的三相電流 信息直接準確識別饋線是否故障，不需要其他饋線故障信息，真正實現(xiàn)了可以應(yīng)用于FTU 的分布式單相接地保護技術(shù)，大大提供了饋線自動化水平。
【附圖說明】
[0028] 利用附圖對本發(fā)明作進一步說明，但附圖中的實施例不構(gòu)成對本發(fā)明的任何限 制。
[0029] 圖1單相接地故障時補償電網(wǎng)的等值接線圖；
[0030] 圖2實施流程圖；
[0031] 圖3利用形態(tài)梯度MMG識別故障發(fā)生時刻；圖中虛線為零序電流波形，點實線為形 態(tài)梯度濾波后的波形。
[0032] 圖4自適應(yīng)形態(tài)濾波后的波形和原始波形；(a)為被白噪聲和脈沖噪聲污染的饋 線零序電流波形，（b)為利用自適應(yīng)形態(tài)濾波后的波形。
[0033] 圖5饋線1和2的故障暫態(tài)電流（饋線1A相接地故障）；(a)為饋線1的ABC相 暫態(tài)電流波形，（b)為饋線2的ABC相暫態(tài)電流波形。
[0034] 圖6饋線1三相的暫態(tài)容性電流的自相關(guān)曲線；饋線1A相接地故障，（a)為饋線1 的A相暫態(tài)容性電流的自相關(guān)曲線，（b)為饋線1的B相暫態(tài)容性電流的自相關(guān)曲線，（c) 為饋線1的C相暫態(tài)容性電流的自相關(guān)曲線。
[0035] 圖7饋線2三相的暫態(tài)容性電流的自相關(guān)曲線。（a)為饋線1的A相暫態(tài)容性電 流的自相關(guān)曲線，（b)為饋線1的B相暫態(tài)容性電流的自相關(guān)曲線，（c)為饋線1的C相暫 態(tài)容性電流的自相關(guān)曲線。
【具體實施方式】
[0036] 下面結(jié)合附圖以實施例的方式詳細描述本發(fā)明。
[0037] 本發(fā)明的技術(shù)方案，引入了形態(tài)濾波器、系統(tǒng)運行工況預(yù)識別、基于饋線自身故障 信息的故障定位方法，從而解決了現(xiàn)有方案存在的局限和缺點，實現(xiàn)可以直接應(yīng)用于FTU 智能終端的分布式饋線單相接地保護。
[0038] 該方法為實現(xiàn)分布式饋線單相接地保護，需要采用如下的處理流程：
[0039] 步驟一、采用零序電流作為啟動元件，當饋線的零序電流10大于整定電流Iset 時，記錄當前時刻為故障時刻，啟動保護算法并記錄下饋線上故障時刻前二個周波和故障 時刻后四個周波的相電流（包括A、B、C三相）和零序電流。
[0040] 步驟二、選取故障時刻前后各半個周期共一個周期零序電流信號經(jīng)過灰度形態(tài)梯 度濾波器濾波處理，濾波處理后的零序電流出現(xiàn)第一個脈沖的時刻即為