本申请涉及故障诊断技术领域，尤其涉及一种基于电流零休暂态特征的可靠选线方法及装置。
背景技术：
我国配电网广泛采用中性点非有效接地方式，这种运行方式能有效提高了供电的可靠性，但其发生单相接地故障时，由于故障电流特征微弱，电弧不稳定等原因，选线问题一直是困扰电力工作者的难题。
申请号cn202010220325.6公开了一种基于梯度提升树算法的配电网单相接地故障选线方法，通过将故障后线路零序电流采样值进行数据处理，得到每条线路归一化后的零序电流采样值数据，然后将每条线路的电流数据分别作为梯度提升树模型的输入，将梯度提升树模型的输出最大值对应的线路选为故障线路，最终实现选线。这种方法利用小波分析进行选线，具有一定的适用性。
但是，利用这种基于梯度提升树算法的配电网单相接地故障选线方法选线容易受小波基函数及分解尺度等因素的影响，尤其对于高阻接地及间歇性接地故障选线时，会出现选线误判。
技术实现要素：
本申请提供了一种基于电流零休暂态特征的可靠选线方法及装置，以解决现有的对于接地故障选线出现误判的技术难题。
一方面，本申请提供一种基于电流零休暂态特征的可靠选线方法，包括以下步骤：
获取电力系统三相电压的高频噪声幅值和高频信号幅值；
若所述三相电压的高频信号幅值均达到各自高频噪声幅值的2倍及以上，则判定系统发生单相接地故障；
比较所述三相电压的高频信号幅值，判定所述三相电压高频信号幅值最大的相为接地故障相；
实时检测线路零序电流,以所述线路零序电流任一零休结束时刻到该零休过后工频电流达到首个峰值时刻的时间段作为第一选线检测区段，查找第一选线检测区段内任意线路零序电流高频信号绝对值最大值；
在所述第一选线检测区段内，以所述线路零序电流高频信号绝对值的最大值之前的首个零序电流高频信号过零时刻为起始时刻，以第一选线检测区段内线路零序电流高频信号绝对值的最大值对应时刻为终点时刻，所述起始时刻到所述终点时刻之间为第二选线检测区段；
在所述第二选线检测区段内，若仅存在一条线路的零序电流高频信号极性与所述故障相的电压高频信号极性相同，则判定该线路为疑似故障线路，若连续2-5个被判定为疑似故障线路为同一线路，则判定该线路为故障线路，否则判定该线路为母线接地。
另一方面，本申请提供一种基于电流零休暂态特征的可靠选线装置，所述装置包括高频电压监测传感器、高频零序电流传感器以及选线模块，所述高频电压监测传感器和所述高频零序电流传感器均连接所述选线模块。
可选的，所述选线模块包括高频电压检测模块、高频电流检测模块以及信号处理模块，所述高频电压监测传感器连接所述高频电压检测模块，所述高频零序电流传感器连接所述高频电流检测模块，所述高频电压检测模块和所述高频电流检测模块均连接所述信号处理模块。
可选的，所述信号处理模块包括低通滤波单元、带通滤波单元和判断单元；所述低通滤波单元连接所述带通滤波单元，所述带通滤波单元连接所述判断单元，所述判断单元连接所述低通滤波单元；
所述低通滤波单元和带通滤波单元对所述高频电压检测模块和高频电流检测模块的检测数据进行处理，分别提取电压和电流的工频分量和高频信号波形。所述判断单元对比分析所述故障相电压和零序电流工频分量和高频信号波形，判定接地故障及接地故障相。
可选的，所述低通滤波单元提取20hz～60hz频段的电压、电流波形。
可选的，所述带通滤波单元提取10khz～300mhz频段的电压、电流波形。
可选的，所述高频电压监测传感器和所述高频零序电流传感器的工作频段均为20hz～300mhz。
可选的，所述选线模块至少能够保存和处理5个工频周期的相对地电压和零序电流信号。
由以上技术方案可知，本申请提供一种基于电流零休暂态特征的可靠选线方法及装置，所述方法通过实时监测电力系统的电压信号和高频信号，根据所述电压信号和高频信号特征，判定所述电力系统的故障类型及故障相，并根据所述电力系统的零序电流及故障相电压高频信号极性特征判断故障线路。一方面，本申请克服了以工频电压幅值、相位特征进行故障判别及故障相判别的传统方法难以判别高阻接地故障的问题；另一方面，本申请解决了当前采用工频电压、工频电流进行选线时选线准确率低的难题。本申请提供了一种基于电流零休暂态特征的可靠选线方法及装置，在高阻接地故障、间歇性接地故障等情况下，仍能够准确判别接地故障、接地相和故障线路。
附图说明
为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请一种基于电流零休暂态特征的可靠选线方法的流程示意图；
图2为本申请一种基于电流零休暂态特征的可靠选线装置结构示意图；
图3为本申请信号处理模块的结构示意图；
图4为本申请一种基于电流零休暂态特征的可靠选线装置应用于电力系统的结构示意图；
图5为本申请一实施例故障相电压信号经过处理模块处理后输出的波形图；
图6为本申请一实施例零序电流信号经过处理模块处理后输出的波形图；
图7为本申请一实施例单相接地判别及故障判别的波形图；
图8为本申请一实施例确定第一选线区段并查找零序电流高频信号最大值的波形示意图；
图9为本申请一实施例选定故障线路的波形示意图。
具体实施方式
下面将详细地对实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下实施例中描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。仅是与权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的系统和方法的示例。
参见图1，为本申请一种基于电流零休暂态特征的可靠选线方法的流程示意图，由图1可知，本申请提供一种基于电流零休暂态特征的可靠选线方法，所述方法包括：
获取电力系统三相电压的高频噪声幅值和高频信号幅值；
若所述三相电压的高频信号幅值均达到各自高频噪声幅值的2倍及以上，则判定系统发生单相接地故障；
比较所述三相电压的高频信号幅值，判定所述三相电压高频信号幅值最大的相为接地故障相；
实时检测线路零序电流,以所述线路零序电流任一零休结束时刻到该零休过后工频电流达到首个峰值时刻的时间段作为第一选线检测区段，查找第一选线检测区段内任意线路零序电流高频信号绝对值最大值；
在所述第一选线检测区段内，以所述线路零序电流高频信号绝对值的最大值之前的首个零序电流高频信号过零时刻为起始时刻，以第一选线检测区段内线路零序电流高频信号绝对值的最大值对应时刻为终点时刻，所述起始时刻到所述终点时刻之间为第二选线检测区段；
在所述第二选线检测区段内，若仅存在一条线路的零序电流高频信号极性与所述故障相的电压高频信号极性相同，则判定该线路为疑似故障线路，若连续2-5个被判定为疑似故障线路为同一线路，则判定该线路为故障线路，否则判定该线路为母线接地。
参见图2，为本申请一种基于电流零休暂态特征的可靠选线装置结构示意图。由图2可知，本申请还提供一种基于电流零休暂态特征的可靠选线装置，所述装置包括高频电压监测传感器(1)、高频零序电流传感器(2)和选线模块(3)，所述高频电压监测传感器(1)和所述高频零序电流传感器(2)均连接所述选线模块(3)。
需要说明的是，所述高频电压监测传感器(1)和所述高频零序电流传感器(2)的工作频段均为20hz-300mhz，所述选线模块(3)至少能够保存和处理5个工频周期的相对地电压和零序电流信号。
所述选线模块(3)包括高频电压检测模块(31)、高频电流检测模块(32)以及信号处理模块(33)，所述高频电压监测传感器(1)连接所述高频电压检测模块(31)，所述高频零序电流传感器(2)连接所述高频电流检测模块(32)，所述高频电压检测模块(31)和所述高频电流检测模块(32)均连接所述信号处理模块(33)。
参见图3，为本申请信号处理模块的结构示意图。由图3可知，所述信号处理模块(33)包括低通滤波单元(331)、带通滤波单元(332)和判断单元(333)；所述低通滤波单元(331)连接所述带通滤波单元(332)，所述带通滤波单元(332)连接所述判断单元(333)，所述判断单元(333)连接所述低通滤波单元(331)。其中，所述低通滤波单元(331)和带通滤波单元(332)对所述高频电压检测模块(31)和高频电流检测模块(32)的检测数据进行处理，分别提取电压和电流的工频分量和高频信号波形。所述判断单元(333)对比分析所述故障相电压和零序电流工频分量和高频信号波形，判定接地故障及接地故障相。
需要说明的是，所述低通滤波单元(331)用于提取20hz～60hz频段的电压、电流波形，所述带通滤波单元(332)用于提取10khz～300mhz频段的电压、电流波形。
下面为本申请一种基于电流零休暂态特征的可靠选线装置应用于电力系统的一具体实施例。
参见图4，为本申请一种基于电流零休暂态特征的可靠选线装置应用于电力系统的结构示意图。由图4可知，高频电压监测传感器(1)一端与母线a、b、c三相连接，另一端接地，用于实时监测电力设备电压信号；
高频零序电流传感器(2)一次侧串联在电力线路中，二次侧连接选线模块(3)，用于测量线路零序电流；
所述选线模块(3)获取高频电压监测传感器(1)和高频零序电流传感器(2)采集的电压和电流信号，根据选线方法，判断发生接地故障线路。
若此条母线下设有n条配电线路，零序电流分别为i01、i02、……、i0n，c相线路1发生接地故障，c相电压为uc，根据本发明所述方法，依据零序电流突变量超过预设值后故障相电压和零序电流的高频信号极性一致性完成选线。
参见图5，为本申请一实施例故障相电压信号经过处理模块处理后输出的波形图。
参见图6，为本申请一实施例零序电流信号经过处理模块处理后输出的波形图。
参见图7，为本申请一实施例单相接地判别及故障判别的波形图。
由图5-7可知，三相电压高频信号幅值均超过各自的高频噪声幅值的2倍，判定发生单相接地故障；a、b、c三相电压高频信号幅值分别为1.7kv，0.34kv和0.2kv，判定接地故障相为a相。
参见图8，为本申请一实施例确定第一选线区段并查找零序电流高频信号最大值的波形示意图。
参见图9，为本申请一实施例选定故障线路的波形示意图。
所述故障相电压信号和线路零序电流信号通过处理模块(33)后，分别得到图5、图6所示波形。图8是图5、图6中波形的片段。如图8所示，以线路零序电流任一零休结束时刻到该零休过后工频电流达到首个峰值时刻的时间段作为第一选线检测区段，查找第一选线检测区段内任意线路零序电流高频信号绝对值最大值。
图9为图8的波形片段。如图9所示，以线路零序电流高频信号幅值绝对值最大值之前的过零时刻至最大值对应时刻为第二选线检测区段。在该区段内，判断所述零序电流高频信号和故障电压高频信号均为负极性。判断该线路为疑似故障线路。
由以上技术方案可知，本申请提供一种基于电流零休暂态特征的可靠选线方法及装置，所述方法通过实时监测电力系统的电压信号和高频信号，根据所述电压信号和高频信号特征，判定所述电力系统的故障类型及故障相，并根据所述电力系统的零序电流及故障相电压高频信号极性特征判断故障线路。一方面，本申请克服了以工频电压幅值、相位特征进行故障判别及故障相判别的传统方法难以判别高阻接地故障的问题；另一方面，本申请解决了当前采用工频电压、工频电流进行选线时选线准确率低的难题。本申请提供了一种基于电流零休暂态特征的可靠选线方法及装置，在高阻接地故障、间歇性接地故障等情况下，仍能够准确判别接地故障、接地相和故障线路。
本申请提供的实施例之间的相似部分相互参见即可，以上提供的具体实施方式只是本申请总的构思下的几个示例，并不构成本申请保护范围的限定。对于本领域的技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下依据本申请方案所扩展出的任何其他实施方式都属于本申请的保护范围。
1.一种基于电流零休暂态特征的可靠选线方法，其特征在于，包括以下步骤：
获取电力系统三相电压的高频噪声幅值和高频信号幅值；
若所述三相电压的高频信号幅值均达到各自高频噪声幅值的2倍及以上，则判定系统发生单相接地故障；
比较所述三相电压的高频信号幅值，判定所述三相电压高频信号幅值最大的相为接地故障相；
实时检测线路零序电流,以所述线路零序电流任一零休结束时刻到该零休过后工频电流达到首个峰值时刻的时间段作为第一选线检测区段，查找第一选线检测区段内任意线路零序电流高频信号绝对值最大值；
在所述第一选线检测区段内，以所述线路零序电流高频信号绝对值的最大值之前的首个零序电流高频信号过零时刻为起始时刻，以第一选线检测区段内线路零序电流高频信号绝对值的最大值对应时刻为终点时刻，所述起始时刻到所述终点时刻之间为第二选线检测区段；
在所述第二选线检测区段内，若仅存在一条线路的零序电流高频信号极性与所述故障相的电压高频信号极性相同，则判定该线路为疑似故障线路，若连续2-5个被判定为疑似故障线路为同一线路，则判定该线路为故障线路，否则判定该线路为母线接地。
2.一种基于电流零休暂态特征的可靠选线装置，其特征在于，所述装置包括高频电压监测传感器(1)、高频零序电流传感器(2)以及选线模块(3)，所述高频电压监测传感器(1)和所述高频零序电流传感器(2)均连接所述选线模块(3)。
3.根据权利要求2所述的一种基于电流零休暂态特征的可靠选线装置，其特征在于，所述选线模块(3)包括高频电压检测模块(31)、高频电流检测模块(32)以及信号处理模块(33)，所述高频电压监测传感器(1)连接所述高频电压检测模块(31)，所述高频零序电流传感器(2)连接所述高频电流检测模块(32)，所述高频电压检测模块(31)和所述高频电流检测模块(32)均连接所述信号处理模块(33)。
4.根据权利要求3所述的一种基于电流零休暂态特征的可靠选线装置，其特征在于，所述信号处理模块(33)包括低通滤波单元(331)、带通滤波单元(332)和判断单元(333)；所述低通滤波单元(331)连接所述带通滤波单元(332)，所述带通滤波单元(332)连接所述判断单元(333)，所述判断单元(333)连接所述低通滤波单元(331)；
所述低通滤波单元(331)和带通滤波单元(332)对所述高频电压检测模块(31)和高频电流检测模块(32)的检测数据进行处理，分别提取电压和电流的工频分量和高频信号波形，所述判断单元(333)对比分析所述故障相电压和零序电流工频分量和高频信号波形，判定接地故障及接地故障相。
5.根据权利要求4所述的一种基于电流零休暂态特征的可靠选线装置，其特征在于，所述低通滤波单元(331)提取20hz～60hz频段的电压、电流波形。
6.根据权利要求4所述的一种基于电流零休暂态特征的可靠选线装置，其特征在于，所述带通滤波单元(332)提取10khz～300mhz频段的电压、电流波形。
7.根据权利要求2所述的一种基于电流零休暂态特征的可靠选线装置，其特征在于，所述高频电压监测传感器(1)和所述高频零序电流传感器(2)的工作频段均为20hz～300mhz。
8.根据权利要求2所述的一种基于电流零休暂态特征的可靠选线装置，其特征在于，所述选线模块(3)至少能够保存和处理5个工频周期的相对地电压和零序电流信号。
技术总结