一種基于小波分析的短路故障數(shù)據(jù)檢測方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于智能電網(wǎng)的故障檢測領(lǐng)域，尤其是涉及一種基于小波分析的短路故障 數(shù)據(jù)檢測方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，全社會(huì)對(duì)安全、可靠供電的要求不斷提高。由于設(shè)備更新維 護(hù)不到位、電源規(guī)范配置不到位、安全用電管理不到位等原因，用戶用電存在各種隱患，容 易發(fā)生用電事故。用戶用電事故會(huì)給社會(huì)政治、經(jīng)濟(jì)、治安等諸多方面帶來影響。用戶一旦 發(fā)生用電事故，危害的不僅僅是用電單位自身設(shè)備與財(cái)產(chǎn)損失，還會(huì)對(duì)整個(gè)供電系統(tǒng)造成 不同程度的影響，嚴(yán)重的會(huì)引發(fā)持續(xù)、大面積停電，甚至電網(wǎng)癱瘓，安全隱患較大。在2005年 的一項(xiàng)由各地技術(shù)監(jiān)督局主辦，遍及全國主要城市的家庭用電環(huán)境調(diào)查中，調(diào)查家庭1388 戶，用電環(huán)境完全達(dá)標(biāo)的僅有350戶，其他1038戶家庭都存在不同程度的用電安全隱患，比 率高達(dá)74.8%。其中，有高達(dá)752戶家庭無地線或接地不可靠，占被調(diào)查家庭總數(shù)的54.2%， 我國城市家庭用電環(huán)境現(xiàn)狀不容樂觀。另外，由故障導(dǎo)致的企業(yè)非計(jì)劃停電不僅影響正常 生產(chǎn)，還派生一系列安全事故與安全隱患，如溫州動(dòng)車事故、材料報(bào)廢、爆炸、中毒等；電氣 引發(fā)的火災(zāi)，對(duì)企業(yè)、社會(huì)引起巨大的惡性沖擊，如上海高層住宅火災(zāi)等。
[0003] 隨著用戶對(duì)供配電設(shè)備控制自動(dòng)化和智能化安全程度的要求越來越高，利用現(xiàn)代 電子技術(shù)、傳感技術(shù)、通訊技術(shù)、計(jì)算機(jī)及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，將配電設(shè)備的實(shí)時(shí)監(jiān)測、安全保護(hù)、有 效控制、計(jì)量管理等功能進(jìn)行集成，達(dá)到高可靠性、高透明度的安全運(yùn)行管理目標(biāo)，已成為 一種必然趨勢和發(fā)展方向。在用戶用電設(shè)備出現(xiàn)故障或不正常運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，如果能夠迅速、 準(zhǔn)確地對(duì)故障進(jìn)行分析，正確、及時(shí)地處理故障，防止事故擴(kuò)大，對(duì)保證用戶用電的可靠和 安全運(yùn)行有著極其重要的意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 發(fā)明目的：為準(zhǔn)確判斷故障時(shí)間、故障層次、故障相別及故障支路，并排除噪聲干 擾造成的誤判，本發(fā)明提出了一種基于小波分析的短路故障數(shù)據(jù)檢測方法。
[0005] 技術(shù)方案:本發(fā)明所述的一種基于小波分析的短路故障數(shù)據(jù)檢測方法，包括以下 步驟：
[0006] (1)首先采集待測信號(hào)，通過小波分析檢測待測信號(hào)的奇異點(diǎn)，提取出故障點(diǎn)，運(yùn) 用閾值降噪法實(shí)現(xiàn)信號(hào)與噪聲的分離；
[0007] (2)確定故障點(diǎn)后，選取故障點(diǎn)波形領(lǐng)域的工頻信號(hào)作為待處理波形數(shù)據(jù)，同時(shí)計(jì) 算用電網(wǎng)中各個(gè)短路點(diǎn)的穩(wěn)態(tài)短路電流，將最小的穩(wěn)態(tài)短路電流設(shè)定為短路故障閾值，當(dāng) 待處理波形突變電流幅值大于所述短路故障閾值時(shí)，認(rèn)定發(fā)生短路故障，并保存系統(tǒng)時(shí)間 為發(fā)生短路的時(shí)間，若未發(fā)生短路故障則返回采集待測信號(hào)；
[0008] (3)確定短路發(fā)生后，依據(jù)電路拓?fù)溆?jì)算出不同層次短路電流峰值的近似值，并將 所述近似值設(shè)定為短路層次閾值，將待處理波形突變電流與所述短路層次閾值進(jìn)行比較判 定短路層次；
[0009] (4)判斷短路層次后，根據(jù)三路采集信號(hào)的短路情況，判斷短路事故發(fā)生的相別， 如果只有某一相電流突變量大于短路故障閾值，則判定該相發(fā)生單相短路，如果同時(shí)有兩 相電流突變量大于短路故障閾值，且突變方向相反，幅值相差不超過所述兩相電流突變量 中任一相的10%，則判定這兩相間發(fā)生短路，如果三相電流突變量都大于短路故障閾值，則 判定發(fā)生三相短路；
[0010] (5)通過計(jì)算待處理波形數(shù)據(jù)起始時(shí)間與末端時(shí)間的功率差值，得出短路故障造 成的功率跌落，借助用電網(wǎng)電路拓?fù)渑袛喽搪钒l(fā)生的支路；
[0011] (6)保存短路判定信息、短路時(shí)間以及短路波形，供調(diào)用查看和主機(jī)通信傳輸。
[0012] 有益效果:小波分析算法憑借對(duì)奇異點(diǎn)的敏感性可以準(zhǔn)確找到故障信號(hào)發(fā)生的準(zhǔn) 確時(shí)間，并且通過小波閾值降噪法可以很容易實(shí)現(xiàn)原始信號(hào)與噪聲的分離，從而排除噪聲 干擾造成的故障誤判，實(shí)現(xiàn)對(duì)故障層次、故障相別以及故障支路的判斷。
【附圖說明】
[0013] 圖1是本發(fā)明的短路故障檢測流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0014] 下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作更進(jìn)一步的說明。
[0015] 在本實(shí)施例中，基于小波分析的短路故障數(shù)據(jù)檢測流程圖如圖1所示，具體包括以 下步驟：
[0016] 1、首先采集待測信號(hào)，通過小波分析進(jìn)行奇異點(diǎn)檢測，提取出故障點(diǎn)，并對(duì)待測信 號(hào)進(jìn)行降噪處理以排除噪聲的干擾，本質(zhì)上就是消除噪聲表現(xiàn)出的高頻信號(hào)且要保留故障 點(diǎn)表現(xiàn)出的高頻信號(hào)；
[0017] 2、確定故障點(diǎn)之后，選取故障點(diǎn)波形領(lǐng)域的工頻信號(hào)作為待處理波形數(shù)據(jù)，同時(shí) 計(jì)算用電網(wǎng)中各個(gè)短路點(diǎn)的單相對(duì)地短路阻抗、各個(gè)短路點(diǎn)的穩(wěn)態(tài)短路電流，將最小的穩(wěn) 態(tài)短路電流設(shè)定為短路故障閾值PM，當(dāng)待處理波形突變電流幅值大于該短路故障閾值時(shí)認(rèn) 為發(fā)生短路，同時(shí)采用突變電流直流分量大于0.25PM(在突變開始的單個(gè)周期之內(nèi)計(jì)算)作 為輔助判據(jù)，判斷短路故障是否發(fā)生；
[0018] 3、確定短路發(fā)生后，依據(jù)電路拓?fù)溆?jì)算出不同層次短路電流峰值的近似值，并將 所述近似值設(shè)定為短路層次閾值，將待處理波形突變電流與所述短路層次閾值進(jìn)行比較判 定短路層次。依據(jù)配電結(jié)構(gòu)確定高層次配電位置，計(jì)算所有高層次配電位置的短路電流數(shù) 值，取其中最小值為高層次配電層短路層次閾值，即當(dāng)突變電流大于該高層次配電層路層 次閾值時(shí)，判定發(fā)生高層次短路。接觸電阻只會(huì)造成突變電流變小，所以該判據(jù)是一個(gè)準(zhǔn)確 判據(jù)；
[0019] 4、判斷短路層次后判斷短路相別，如果只有某一相電流突變量大于短路故障閾 值，則判定該相發(fā)生單相短路，如果同時(shí)有兩相電流突變量大于短路故障閾值，且突變方向 相反，幅值相差不超過所述兩相電流突變量中任一相的10%，則判定這兩相間發(fā)生短路，如 果三相電流突變量都大于短路故障閾值，則判定發(fā)生三相短路；
[0020] 5、判斷短路相別后判斷短路支路。判斷短路支路有兩種判據(jù)。（1)重要?jiǎng)恿χ放?據(jù)。建立待檢測的重要?jiǎng)恿χ返牧斜?，包括支路基本信息和設(shè)計(jì)功率，短路發(fā)生后，計(jì)算 功率跌落并遍歷該列表，找出列表中設(shè)計(jì)功率和功率跌落相匹配的支路。如果列表中有多 條支路設(shè)計(jì)功率大小和功率跌落接近，將輸出多條可疑短路支路信息，供管理人員參考和 下一步的精確定位。（2)功率跌落很小(<5kW)時(shí)的支路判據(jù)。功率跌落很小有兩種可能:第 一種，短路發(fā)生在房間末端，因短路被切除的電器的額定功率很小(多數(shù)情況下為單相功率 跌落），由于發(fā)生在房間末端，這種情況下短路電流突變量也不會(huì)很大，可以結(jié)合兩者形成 判據(jù)。第二種，短路支路雖然不在房間末端，但發(fā)生短路時(shí)該支路實(shí)際帶的電負(fù)荷很小，所 以表現(xiàn)出來的功率跌落很?。ǘ鄶?shù)情況下為三相功率跌落），這種情況下的短路電流突變量 一般不會(huì)很?。ㄖ灰佑|電阻不是很大），可以結(jié)合兩者形成判據(jù)；
[0021] 6、最后保存短路判定信息、短路時(shí)間以及短路波形，供調(diào)用查看和主機(jī)通信傳輸。
[0022] 進(jìn)一步地，所述步驟1中，由于小波分析具有空間局部化性質(zhì)，信號(hào)經(jīng)過小波變換 的模極大值對(duì)應(yīng)信號(hào)奇異性的大小，因此，根據(jù)模極大值以及模極大值點(diǎn)可以檢測信號(hào)中 存在的奇異點(diǎn)以及奇異點(diǎn)所在的準(zhǔn)確位置。
[0023]設(shè)ΜΚΙ，在to點(diǎn)處，如果存在常數(shù)K且唯一，使得to鄰域內(nèi)有下式成立：
[0024] f(t)-f(to)| <K(t-to)a
[0025] 若a = l，f(t)可微，a越大，信號(hào)奇異性越小;若a = 〇，f(t)在to點(diǎn)間斷，此時(shí)信號(hào)存 在奇異點(diǎn)，a越小時(shí)，表示信號(hào)f(t)在to點(diǎn)變化越尖銳。在實(shí)際信號(hào)中，噪聲信號(hào)多為a<0的 函數(shù)。
[0026] 奇異點(diǎn)的數(shù)值對(duì)應(yīng)于小波變換不同尺度下計(jì)算出來的模極大值，其定義為:在尺 度f下，在to的某一鄰域δ，對(duì)于所有t均滿足：
[0027]
[0028] 則稱to為小波變換的模極大值點(diǎn)，而Wf,./ 則稱作小波變換的模極大值。
[0029] 當(dāng)a = 〇時(shí)，小波變換的模極大值不會(huì)因?yàn)榉纸獬叨鹊母淖兌淖儯划?dāng)a<〇時(shí)，小波 變換的模極大值會(huì)隨著分解尺度的增大而逐漸減小，相應(yīng)的噪聲信號(hào)也隨之減??；當(dāng)a >0 時(shí)，小波變換的模極大值會(huì)隨著分解尺度的增大而逐漸增大。
[0030] 小波變換反映了待測信號(hào)在對(duì)應(yīng)位置的變化率，所以小波變換的模極大值點(diǎn)處信 號(hào)變化率最大，即對(duì)應(yīng)信號(hào)的奇異點(diǎn)，同時(shí)其大小也與突變信號(hào)的大小成正比，且符號(hào)也是 一致的。
[0031] 進(jìn)一步地，所述步驟1中，在實(shí)際采集到的配電線路信號(hào)中難免包含有各種噪聲干 擾，所以需要先濾除噪聲信號(hào)將有效信號(hào)提取出來再進(jìn)行分析處理。對(duì)于含寬帶噪聲信號(hào)、 非平穩(wěn)過程信號(hào)的處