证据信息电网融选线方法

1、证据信息电网融选线方法     1引言小电流接地电网单相接地故障线路的检出问题是一个工程技术难题1。单相接地故障电流微弱、测量不准确，故障状况复杂，加上现场的电磁干扰和工频负荷电流干扰，使检出的故障信号严重失真。这些不利因素综合作用，导致故障选线问题非常复杂。近年来，随着电缆线路的大量使用，很多10kV和6kV电网逐渐改造为消弧线圈接地方式。消弧线圈接地电网故障选线更加困难。国外对消弧线圈接地电网主要采用中性点投电阻以增大有功分量的选线方法2，但投入电阻的阻值过小会影响熄弧效果，过大则在高阻故障情况下选线灵敏度不够，而且这种方式操作较复杂，因此在国内很少

2、采用。零序导纳选线方法3,4是建立在对零序电压、电流准确测量的前提下，若测量信号不准确，则选线可靠性仍不能保证。暂态量选线方法5,6由于所使用的暂态特征不确定，使该方法独立使用时存在死区。行波选线方法7利用故障零序电流行波特征进行选线，可以很好地解决故障选线问题并在实际中得到应用，但该方法需要MHz级的高速采样通道，成本较高。注入信号法在国内外均受到重视8-10，但注入何种信号、怎样注入、如何降低故障电阻影响等问题还有待解决。而且注入信号法需要复杂的设备。为充分利用多种故障信息，提高选线方法的准确性、可靠性和对故障状况的适应性，文献11提出一种应用D-S证据理论实现的融合选线方法，构造了暂态量

3、工频幅值和工频相角的故障测度算法，但工频幅值和相位测度算法只适用于中性点不接地电网，对于消弧线圈接地电网不适用。消弧线圈接地电网选线可用的特征量较少，而且每种故障特征都不是很可靠。本文采用首半波、有功分量、暂态量作为选线特征量，提出一种综合利用这3种特征量实现的证据融合选线方法。这些特征量相对较明显，而且分别从不同方面反映消弧线圈接地电网故障线路与非故障线路的特征差异。有功分量是与首半波和暂态量不相关的独立特征量。而首半波信号是故障瞬间消弧线圈尚未起作用时的首个电流峰值，主要体现的是低频波峰，本文用电流首半波波峰值与该点电压变化率的符号进行合成来得到首半波故障测度，反映了故障容性回路上电流与电

4、压超前关系的量。暂态量的使用是对各线路暂态信号小波分解系数逐点比较并累加，其中包括故障发生所引起的暂态，也包括故障电弧引起的高频不规则量。相对于行波而言，本文使用的信号对硬件要求较低，信号采样率每周波64点或12点即可。2特征信号的故障测度构造故障测度（faultmeasures）是定义在0，)上的实变量，用来描述一条线路依据某种特征所表现出疑似故障线路的程度度量。一条线路的故障测度越大，表明该线路越可能是故障线路。以下分析中使用的电流电压特征量均为零序量。2.1首半波特征故障测度算法由于消弧线圈的惯性，单相接地故障后的短时间内消弧线圈来不及补偿线路的容性电流，会出现故障线路电流等于所有非故障

5、线路电流之和且二者流向相反的特征，这种特征在故障后的第一个半波内最明显，通常称为首半波。利用首半波进行故障选线在早期的文献中已有提及，但由于首半波具有不确定性，而且在复杂的故障波形下准确找出首半波位置比较困难，因此首半波选线方法没有受到重视。对于消弧线圈接地电网，由于缺乏非常可靠的故障特征，首半波仍是一种可用的选线特征量。首半波特征故障测度算法构造如下：（1）设线路k故障电流瞬时值为i(k,tj)，对故障瞬间所有线路电流瞬时值求绝对值之和j(,)kikt，找出相应的极值点，以该点作为首半波极值点，设极值点对应时刻为tm。用各线路电流之和来定位首半波，可保证各线路首半波位置的一致性，并能综合反映

6、各线路首半波整体状况，定位准确性好。（2）由于故障回路是一个容性回路，在首半波电流极值点处，零序电压接近于零，但零序电压变化率的符号与非故障线路首半波电流极值的符号一致，与故障线路首半波电流极值的符号相反。因此采用电压变化率的符号对各线路首半波电流的符号按式（1）进行校正。校正后的首半波电流ic(k)具有故障线路符号为负、非故障线路符号为正，且数值上故障线路等于所有非故障线路之和的特点。cmmi(k)=sign(U(t)i(k,t)（1）（3）线路k首半波特征故障测度算法定义为由式（2）可知，故障线路的首半波故障测度约等于2SA；对于非故障线路，其首半波电流越大则故障测度越小，越能表明该线路不

7、是故障线路，对于首半波电流很小的线路其故障测度值分布在SA附近。由式（3）知，当线路故障时，母线的首半波故障测度约为SA，而母线故障时其首半波故障测度约为2SA。2.2有功分量故障测度算法发生单相接地故障时消弧线圈和线路都会消耗一定的有功功率，该有功功率由故障点经故障线路提供。因此故障线路中存在较大的有功分量，而非故障线路的有功分量仅为线路自身零序回路的有功损耗。作为量测量，设消弧线圈消耗的有功功率为P(x)，P(k)为线路k的零序有功功率，以母线流向线路为正方向。则线路k的有功分量故障测度按式（5）计算，母线的有功分量故障测度按式（6）计算。由式（5）和式（6）可知，对于非故障线路，其有功损

8、耗越大，则测度值越小，越能表明该线路不是故障线路；故障线路的测度值约为2SP。在线路故障的情况下母线的故障测度约为SP，而母线故障时，其测度值约为2SP。2.3暂态特征故障测度算法单相接地回路是一个容性回路，加上过渡电阻的不稳定特性，使故障量中含有丰富的暂态成分。小波变换是分析非平稳信号的有效工具，本方法采用db6小波做正交变换，按频段分解出暂态信号成分，计算过程如下：（1）以故障时刻为基准，取故障前2个周波和故障后4个周波的数据作为分析数据，对各线路电流进行小波分解，根据信号的采样率将信号分解到细节分量中不包含工频的尺度。第1尺度的信号由于干扰大、信噪比低，应剔除不用。（2）为使各尺度信号具

9、备可加性，需将2尺度以下的细节分量重构到第2尺度，得到具有相同变换增益的细节系数d(k,j)，其中k为线路编号，j为离散点。（3）线路k的暂态量故障测度用Ft(k)表示，k=0表示母线，并令初值为零。对各条线路小波变换系数进行逐点比较计算，在各点处找出小波系数幅值最大的前3条线路，设相应的线路编号为p、q、r，按下列4种情况求出各线路暂态量故障测度：若线路p的小波系数与线路q和线路r的小波系数异号，则线路p的故障测度按式（8）累加若某点处只有线路p和线路q的小波系数不为零且二者异号，则2条线路故障测度分别按式若满足阈值条件的线路只有1条，则只对该线路故障测度按式（13）累加对各有效尺度的小波系

10、数按上述过程累积计算，得到最终的暂态量故障测度。3基于D-S证据理论的融合选线3.1证据理论融合选线算法信息融合是协同利用多源信息进行决策的理论方法，比仅利用单源信息获得更准确和更稳健的性能。证据理论是信息融合领域的重要方法，该理论提供了一种证据合成算法，将多个具体证据组合成一个抽象证据，该抽象证据综合了具体证据的信息，聚焦了具体证据的共同支持点12,13。3.2应用信息熵构造基本信度分配函数如上所述，证据理论的信度总量m(A)=1，其中m()为支持不确定的信度值，即无倾向地支持所有决策结果的信度，反映一个判决问题具有不确定性的程度。不确定的信度值越大，分配给可确定部分的信度就越小，则该特征在

11、融合中的权重就越小。但本文采用的各特征量具有不同的属性，不能直接比较不确定性的大小。信息熵是度量一个事件具有不确定程度的定量算法，信息熵越大，表明事件的不确定程度越大。根据单相接地故障的特点，一种故障特征越可靠，故障线路与非故障线路的故障测度差异就会越大，表现出的信息熵值就越小，表明依据此故障特征的选线结果不确定性越小。因此可以利用信息熵来度量一种特征的不确定性。对于选线问题，测度值很小的线路肯定不是故障线路，但由于测度算法的原因仍会使这些线路具有一定的测度值，产生偏移量。为合理进行证据融合，以最小测度值为偏移量，将各测度值减去此偏移量，得到各线路修正后的测度值，用修正后的测度值进行证据融合选

12、线。首先计算每条线路故障测度与总故障测度的.4算例4.2实际故障数据验证应用本文选线方法开发了单相故障选线保护装置，并在实际电网中得到应用。下图为该选线装置实录的某电网单相接地故障波形，该电网中性点消弧线圈接地，单母线分段接线，每段母线接有12条线路。故障发生在II段母线的线路7上。表3和表4分别给出该故障数据的故障测度和基本信度分配值。由表4看出融合后的信度值m(L7)为0.266，远大于其他线路的信度值，正确表明线路7为故障线路。5结论消弧线圈接地电网单相接地故障信号微弱、故障状况复杂，可用于选线的特征信息非常不可靠，仅利用单一故障信息难以保证选线的正确性。证据融合选线方法可将多种不可靠的特征信息进行综合，使选线结果聚焦到各证据的