消弧線圈接地系統的故障選線方法、裝置及設備與流程

2024-02-06 00:31:15 4

本發明涉及計算機技術領域，尤其涉及一種消弧線圈接地系統的故障選線方法、裝置及設備。

背景技術：

消弧線圈接地系統是我國配電網的一種主要中性點接地形式，其中基於電力電子器件控制的相控式消弧線圈應用廣泛。而單相接地故障時的故障選線問題則一直是消弧線圈接地系統需要重點解決的問題之一。在各種單相接地故障中，間歇性弧光接地由於具有故障電流幅值不穩定、電弧的非線性和隨機性等特點，更是大大增加了故障選線的難度。

目前針對消弧線圈接地系統中發生間歇性弧光接地時的故障選線方法主要有穩態選線方法和暫態選線方法兩種，其中穩態選線方法利用穩態的工頻信號或諧波信號，可用於消弧線圈接地系統，但由於穩態特徵量的幅值較小，穩態方法在暫態振蕩過程中極易受到幹擾而失效。暫態選線方法利用接地初期的故障暫態特徵，可在暫態過程中進行選線，但是當選線裝置啟動存在延時或暫態特徵不明顯時難以正確選線，尤其在間歇性接地故障的情況下，由於其通常伴隨高阻接地的情況，導致首次接地產生的暫態量較小，使得暫態特徵不明顯。

另外，由於間歇性接地故障的複雜性，單一選線方法往往不能實現可靠選線，多判據融合的選線方法將具有更高的選線準確性和可靠性。但過於複雜的智能技術融合算法對選線裝置的運算能力要求較高，不利於在具體工程中實施。

技術實現要素：

有鑑於此，有必要提供一種消弧線圈接地系統的故障選線方法、裝置及設備，能夠對於包括間歇性接地故障在內的各種接地故障均能實現準確而可靠的故障選線。

一種消弧線圈接地系統的故障選線方法，其包括：

根據母線零序電壓、消弧線圈電流及各饋線的零序電流，計算各元件的暫態能量及零序有功功率幅值，其中所述元件包括消弧線圈接地系統中的母線及饋線；

根據各所述元件的暫態能量及第一選線條件從各所述元件中選擇第一備選元件；

根據各所述元件的零序有功功率幅值及第二選線條件從各所述元件中選擇第二備選元件；

判斷所述第一備選元件與所述第二備選元件是否一致，是則判定所述第一備選元件與所述第二備選元件其中之一為故障元件；

否則比較所述第一選線條件的第一可信度係數及所述第二選線條件的第二可信度係數，選取其中可信度係數較大的選線條件所對應的備選元件作為故障元件。

作為一種實施方式，所述根據各所述元件的暫態能量及第一選線條件從各所述元件中選擇第一備選元件，包括：

比較各所述元件的暫態能量的大小，獲取其中的最大值Wmax；

判斷所述最大值Wmax是否大於預設能量閾值，是則選取所述最大值Wmax對應的元件為第一備選元件。

作為一種實施方式，所述根據各所述元件的零序有功功率幅值及第二選線條件從各所述元件中選擇第二備選元件，包括：

比較各所述元件的零序有功功率幅值的大小，獲取其中的最大值第二大值及第三大值

判斷所述最大值所述第二大值及所述第三大值是否滿足是則選取所述最大值對應的元件為第二備選元件。

作為一種實施方式，所述計算各元件的暫態能量及零序有功功率幅值，包括：

根據全波傅立葉算法，計算所述母線零序電壓的有效值；

根據所述有效值的變化率進行故障階段劃分，得到暫態階段係數pt及穩態階段係數ps；

根據所述暫態階段係數pt及所述消弧線圈接地系統中各饋線的線路參數，計算各元件在特徵頻帶內的暫態能量；

根據所述穩態階段係數ps、所述母線零序電壓、所述消弧線圈電流及所述各饋線的零序電流，計算各所述元件的零序有功功率幅值。

作為一種實施方式，所述根據所述暫態階段係數pt及所述消弧線圈接地系統中各饋線的線路參數，計算各元件在特徵頻帶內的暫態能量，包括：

根據所述各饋線的線路參數，計算特徵頻帶；

分別獲取所述母線零序電壓、所述消弧線圈電流及所述各饋線的零序電流在所述特徵頻帶內的分量；

根據所述暫態階段係數pt及各所述分量，計算各元件在所述特徵頻帶內的暫態能量。

作為一種實施方式，所述根據所述穩態階段係數ps、所述母線零序電壓、所述消弧線圈電流及所述各饋線的零序電流，計算各所述元件的零序有功功率幅值，包括：

根據公式pj0(t)＝ps(t)·un(t)·ij0(t)，j＝M,1,2,...,k，計算各所述元件的瞬時零序功率pj0(t)，其中M為母線，k為所述消弧線圈接地系統中的饋線數量，ps(t)為在當前時刻t穩態階段係數，un(t)為在當前時刻t所述母線零序電壓、ij0(t)為在當前時刻t各饋線的零序電流；

通過直流濾波算法提取各所述元件的瞬時零序功率pj0(t)的直流分量，取所述直流分量的絕對值為各元件的零序有功功率幅值。

本發明還公開了一種消弧線圈接地系統的故障選線裝置，其包括：

計算模塊，用於根據母線零序電壓、消弧線圈電流及各饋線的零序電流，計算各元件的暫態能量及零序有功功率幅值，其中所述元件包括消弧線圈接地系統中的母線及饋線；

第一選擇模塊，用於根據各所述元件的暫態能量及第一選線條件從各所述元件中選擇第一備選元件；

第二選擇模塊，用於根據各所述元件的零序有功功率幅值及第二選線條件從各所述元件中選擇第二備選元件；

判斷模塊，用於判斷所述第一備選元件與所述第二備選元件是否一致，是則判定所述第一備選元件與所述第二備選元件其中之一為故障元件；否則比較所述第一選線條件的第一可信度係數及所述第二選線條件的第二可信度係數，選取其中可信度係數較大的選線條件所對應的備選元件作為故障元件。

作為一種實施方式，所述第一選擇模塊，包括：

第一比較單元，用於比較各所述元件的暫態能量的大小，獲取其中的最大值Wmax；

第一選擇單元，用於判斷所述最大值Wmax是否大於預設能量閾值，是則選取所述最大值Wmax對應的元件為第一備選元件。

作為一種實施方式，所述第二選擇模塊，包括：

第二比較單元，用於比較各所述元件的零序有功功率幅值的大小，獲取其中的最大值第二大值及第三大值

第二選擇單元，用於判斷所述最大值所述第二大值及所述第三大值是否滿足是則選取所述最大值對應的元件為第二備選元件。

本發明還公開了一種消弧線圈接地系統的故障選線設備，其包括上述任一項所述的故障選線裝置。

上述消弧線圈接地系統的故障選線方法、裝置及設備，通過結合特徵頻帶無功能量的暫態判據與零序有功功率的穩態判據，從而能實現對接地故障全過程中暫態與穩態特徵的充分利用，相較於單一選線方法，提高了準確性和靈敏性。即便對於間歇性接地故障，也能進行分階段處理，充分計及在接地故障全過程中各種暫態和穩態故障特徵的強弱將隨時間的推移而呈現的不同變化趨勢，更加有效地利用其多次接地暫態過程及穩定接地階段所包含的故障信息。

上述故障選線方法，受接地故障類型、故障位置、過渡電阻的影響小，對於相控式消弧線圈接地系統中所發生的間歇性接地等各種接地故障均能實現準確而可靠的故障選線，具有較強的工程實用性。

附圖說明

為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他實施例的附圖。

圖1為一實施例的消弧線圈接地系統的接地故障選線方法的流程示意圖；

圖2為另一實施例的消弧線圈接地系統的接地故障選線方法的流程示意圖；

圖3為又一實施例的消弧線圈接地系統的接地故障選線方法的流程示意圖；

圖4為又一實施例的消弧線圈接地系統的接地故障選線方法的流程示意圖；

圖5為又一實施例的消弧線圈接地系統的接地故障選線方法的流程示意圖；

圖6為一實施例的消弧線圈接地系統的線路示意圖；

圖7為一實施例的消弧線圈接地系統的接地故障選線裝置的結構示意圖；

圖8為另一實施例的消弧線圈接地系統的接地故障選線裝置的結構示意圖；

圖9為又一實施例的消弧線圈接地系統的接地故障選線裝置的結構示意圖；

圖10為一實施例的消弧線圈接地系統的接地故障選線設備的結構示意圖；

圖11為一實施例的消弧線圈接地系統的接地故障選線設備的系統架構示意圖。

具體實施方式

為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，並不用於限定本發明。

在本發明的描述中，需要理解的是，術語「第一」、「第二」僅用於描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性或者隱含指明所指示的技術特徵的數量。由此，限定有「第一」、「第二」的特徵可以明示或者隱含地包括至少一個該特徵。在本發明的描述中，「多個」的含義是至少兩個，例如兩個，三個等，除非另有明確具體的限定。

下面結合附圖描述根據本發明實施例的消弧線圈接地系統的故障選線方法、裝置及設備。例如，本發明一實施例的消弧線圈接地系統的故障選線方法包括以下步驟：根據母線零序電壓、消弧線圈電流及各饋線的零序電流，計算各元件的暫態能量及零序有功功率幅值，其中所述元件包括消弧線圈接地系統中的母線及饋線；根據各所述元件的暫態能量及第一選線條件從各所述元件中選擇第一備選元件；根據各所述元件的零序有功功率幅值及第二選線條件從各所述元件中選擇第二備選元件；判定所述第一備選元件與所述第二備選元件是否一致，是則判定所述第一備選元件與所述第二備選元件其中之一為故障元件；否則比較所述第一選線條件的第一可信度係數及所述第二選線條件的第二可信度係數，選取其中可信度係數較大的選線條件所對應的備選元件作為故障元件。其中，實時監測母線零序電壓，根據母線零序電壓判斷是否發生接地故障及接地故障是否消失。

例如，如圖1所示，本發明一實施例的消弧線圈接地系統的故障選線方法，包括以下步驟：

S110，根據母線零序電壓、消弧線圈電流及各饋線的零序電流，計算各元件的暫態能量及零序有功功率幅值。

其中，本實施例所述的元件包括消弧線圈接地系統中的母線及饋線。

作為一種實施方式，實時監測母線零序電壓，當母線零序電壓大於設定的啟動門檻值時，判斷發生接地故障，則以當前時間為接地時刻，從t＝0開始計時，並執行本實施例的故障選線方法。其中，啟動門檻值根據相電壓設置，例如啟動門檻值為相電壓的一定比例。又如，設定的啟動門檻值為相電壓的20％。

作為一種實施方式，在執行本實施例的故障選線方法的同時，還實時計算母線零序電壓的有效值，例如按照全波傅立葉算法實時計算母線零序電壓的有效值，當該母線零序電壓的有效值接近於零時，判斷接地故障消失，可停止執行本實施例的故障選線方法。例如，記母線零序電壓為un(t)，其有效值為Un_RMS，上述設定的啟動門檻值為uset，在t>0的某一時刻，若則認為接地故障消失，可停止執行本實施例的故障選線方法，將該故障選線方法涉及的全部變量清零。

其中，上述母線零序電壓、消弧線圈電流及各饋線的零序電流通過實時測量計算獲得。例如，實時測量電壓互感器及電流互感器的二次側電壓值和二次側電流值，根據電壓互感器及電流互感器的變比參數，計算得到一次側的電壓值及電流值，即上述母線零序電壓、消弧線圈電流及各饋線的零序電流。

可選的，各元件的暫態能量是全頻帶範圍內的暫態能量；或者，考慮到相控式消弧線圈輸出電流的高頻特性，為了消除高頻特性的不利影響，各元件的暫態能量為在特徵頻帶內的暫態能量，其中各元件的特徵頻帶根據其串聯諧振角頻率計算得到。

在本實施例中，各元件的零序有功功率幅值為各元件的瞬時零序有功功率中直流分量的絕對值。

S120，根據各所述元件的暫態能量及第一選線條件從各所述元件中選擇第一備選元件。

在本實施例中，第一選線條件為暫態選線條件，當各元件中存在暫態能量滿足第一選線條件的元件時，該元件即為第一備選元件。其中，當存在多個滿足第一選線條件的元件時，選取其中暫態能量最大的元件作為第一備選元件。

作為一種實施方式，預先設置一能量閾值，若暫態能量大於該能量閾值，則認為滿足第一選線條件。

在一些實施方式中，第一備選元件只能為暫態能量最大的元件，即，判斷該暫態能量最大的元件是否滿足第一選線條件，若滿足，則該暫態能量最大的元件為第一備選元件，否則認為暫態特徵不足，無法選線，即不選取第一備選元件。

S130，根據各所述元件的零序有功功率幅值及第二選線條件從各所述元件中選擇第二備選元件。

在本實施例中，第二選線條件為穩態選線條件，當各元件中存在零序有功功率幅值滿足第二選線條件的元件時，該元件即為第二備選元件。

在一些實施方式中，第二備選元件只能為零序有功功率幅值最大的元件，即，判斷該零序有功功率幅值最大的元件是否滿足第二選線條件，若滿足，則該該零序有功功率幅值最大的元件為第二備選元件，否則認為穩態特徵不足，無法選線，即不選取第二備選元件。

S140，判斷所述第一備選元件與所述第二備選元件是否一致，是則執行步驟S150，否則執行步驟S160。

S150，判定所述第一備選元件與所述第二備選元件其中之一為故障元件。

在本實施例中，若按照第一選線條件選出來的第一備選元件和按照第二選線條件選出來的第二備選元件相同，則直接判定第一備選元件或第二備選元件為故障元件。

S160，比較所述第一選線條件的第一可信度係數及所述第二選線條件的第二可信度係數，選取其中可信度係數較大的選線條件所對應的備選元件作為故障元件。

在本實施例中，若按照第一選線條件選出來的第一備選元件和按照第二選線條件選出來的第二備選元件不相同，則根據第一選線條件和第二選線條件的可信度係數，最終確定故障元件。具體地，選取可信度係數較大的選線條件所對應的備選元件作為故障元件。例如，若第一可信度係數大於第二可信度係數，則選取第一備選元件作為故障元件，否則選取第二備選元件作為故障元件。

其中，第一選線條件的第一可信度係數與各元件的暫態能量有關，可根據各元件的暫態能量計算得到；第二選線條件的第二可信度係數與各元件的零序有功功率有關，可根據各元件的零序有功功率計算得到。

作為一種實施方式，確定故障元件之後，還執行如下步驟：指示故障元件。例如，通過顯示屏指示故障元件；又如，通過指示燈的閃爍次數指示故障元件；又如，通過語音播報方式指示故障元件。其中，故障元件為母線及各饋線中的至少一個。

上述消弧線圈接地系統的故障選線方法，通過結合特徵頻帶無功能量的暫態判據與零序有功功率的穩態判據，從而能實現對接地故障全過程中暫態與穩態特徵的充分利用，相較於單一選線方法，提高了準確性和靈敏性。即便對於間歇性接地故障，也能進行分階段處理，充分計及在接地故障全過程中各種暫態和穩態故障特徵的強弱將隨時間的推移而呈現的不同變化趨勢，更加有效地利用其多次接地暫態過程及穩定接地階段所包含的故障信息。

上述故障選線方法，受接地故障類型、故障位置、過渡電阻的影響小，對於相控式消弧線圈接地系統中所發生的間歇性接地等各種接地故障均能實現準確而可靠的故障選線，具有較強的工程實用性。

作為一種實施方式，如圖2所示，步驟S110包括：

S111，根據全波傅立葉算法，計算所述母線零序電壓的有效值。

例如，實時監測母線零序電壓un(t)，並根據全波傅立葉算法計算其有效值，該有效值記為Un_RMS。又如，按照預設時間間隔監測母線零序電壓un(t)，當該時間間隔足夠小時，可實現實時監測效果。

S112，根據所述有效值的變化率進行故障階段劃分，得到暫態階段係數pt及穩態階段係數ps。

本實施例中，所述有效值的變化率記為dUn_RMS/dt，由於母線零序電壓un(t)及其有效值Un_RMS為零散值，則通過對母線零序電壓有效值Un_RMS進行差分，求得該有效值的變化率dUn_RMS/dt。

具體地，按照如下所示計算公式分別計算暫態階段係數pt及穩態階段係數ps：

其中，ε為預先設定的變化率閾值。在接地初期，母線零序電壓有效值變化率的最大值記為dmax，假設當變化率逐漸降低至一定程度時，認為進入故障穩態階段，例如假設當變化率逐漸降低至dmax的20％時，認為進入故障穩態階段，則ε＝0.2dmax。

S113，根據所述暫態階段係數pt及所述消弧線圈接地系統中各饋線的線路參數，計算各元件在特徵頻帶內的暫態能量。

具體地，根據所述消弧線圈接地系統中各饋線的線路參數，計算特徵頻帶；進而根據所述暫態階段係數pt、所述母線零序電壓、所述消弧線圈電流及所述各饋線的零序電流，計算各元件在所述特徵頻帶內的暫態能量。

具體實施中，特徵頻帶的上限根據各饋線的首次串聯諧振角頻率確定，特徵頻帶的下限為一固定值。例如，為排除消弧線圈補償的影響，選取特徵頻帶下限為200Hz。

作為一種實施方式，對於每條饋線，其特徵頻帶的上限等於其首次串聯諧振角頻率。具體地，對於第i條饋線，其首次串聯諧振角頻率fksi由公式計算得到。其中，lki為第i條饋線的線路長度，L0ki為第i條饋線的單位長度零序電感，C0ki為第i條饋線的單位長度對地電容，k為所述消弧線圈接地系統中的饋線數量，即i＝1表示第1條饋線、i＝2表示第2條饋線，i＝k表示第k條饋線。

作為另一種實施方式，考慮到不同饋線的首次串聯諧振角頻率相差不大，為了節省運算量，取所有饋線的特徵頻帶的上限值為各饋線的首次串聯諧振角頻率中的最小值。例如，選取各條饋線的首次串聯諧振角頻率fksi中最小值f′＝min(fksi)，則系統特徵頻帶範圍為200～f′Hz。

根據所述暫態階段係數pt、所述母線零序電壓、所述消弧線圈電流及所述各饋線的零序電流，計算各元件在所述特徵頻帶內的暫態能量，包括：

分別獲取所述母線零序電壓、所述消弧線圈電流及所述各饋線的零序電流在所述特徵頻帶內的分量；例如，分別對所述母線零序電壓un、所述消弧線圈電流in及所述各饋線的零序電流進行濾波，獲取其在特徵頻帶內的分量。又如，利用6階butterworth(巴特沃茲)帶通濾波器，分別對所述母線零序電壓un、所述消弧線圈電流in、所述各饋線的零序電流ij0(j＝1,2,...,k)，及母線的零序故障電流iM0進行濾波，獲取其在特徵頻帶內的分量，分別記為un_sf，in_sf，i10_sf，i20_sf，…，ik0_sf，iM0_sf。其中，

根據所述暫態階段係數pt及各所述分量，計算各元件在所述特徵頻帶內的暫態能量。具體地，根據所述暫態階段係數pt及各所述分量，計算各元件在所述特徵頻帶內的無功功率，對該無功功率進行積分，得到各元件在特徵頻帶內的暫態能量Wj。例如，對於任意元件j，其在特徵頻帶內的無功功率通過以下公式計算得到：

qj＝pt(t)·ij0_sf(t)·dun_sf(t)/dt，j＝M,1,2,...,k；

其中M表示母線，k為所述消弧線圈接地系統中的饋線數量，即j＝1表示第1條饋線、j＝2表示第2條饋線，j＝k表示第k條饋線。

令t＝0為接地時刻，由t＝0時起，實時對特徵頻帶無功功率進行積分，則任意元件j在特徵頻帶的暫態能量的計算公式為：

S114，根據所述穩態階段係數ps、所述母線零序電壓、所述消弧線圈電流及所述各饋線的零序電流，計算各所述元件的零序有功功率幅值。

在本實施例中，各元件的零序有功功率幅值為其瞬時零序有功功率中直流分量的絕對值。

具體實施中，根據所述穩態階段係數ps、所述母線零序電壓、所述消弧線圈電流及所述各饋線的零序電流，計算各元件的瞬時零序有功功率pj0(t)；再提取各元件瞬時零序功率pj0(t)的直流分量，例如利用FFT(Fast Fourier Transformation，快速傅氏變換)方法分解提取各元件瞬時零序功率pj0(t)的直流分量，取該直流分量的絕對值為各元件的零序有功功率幅值，記為

例如，對於任意元件j，其瞬時零序功率通過以下公式計算得到：

pj0(t)＝ps(t)·un(t)·ij0(t)，j＝M,1,2,...,k；

其中，ps(t)為瞬時穩態階段係數，即當前時間的穩態階段係數；un(t)為瞬時母線零序電壓，即當前時間的母線零序電壓；ij0(t)為元件j的瞬時零序電流，即元件j在當前時間的零序電流。

具體地，當j＝M時，ij0(t)表示當前時間母線的零序故障電流iM0(t)；當j＝1,2,...,k時，ij0(t)表示當前時間各饋線的零序電流。其中，in(t)為當前時間的消弧線圈電流。

作為一種實施方式，如圖3所示，步驟S120包括：

S121，比較各所述元件的暫態能量的大小，獲取其中的最大值Wmax。

例如，比較各元件在特徵頻帶內的暫態能量Wj的大小，獲取其中的最大值Wmax。

S122，判斷所述最大值Wmax是否大於預設能量閾值，是則執行步驟S123。

在本實施例中，預先設置一能量閾值Wset，例如，設定該能量閾值Wset＝1V·A·s。比較上述最大值Wmax及該預設能量閾值Wset，判斷最大值Wmax是否滿足Wmax＞Wset。

S123，選取所述最大值Wmax對應的元件為第一備選元件。

在本實施例中，若步驟S122的判斷結果為是，則認為Wmax對應元件為故障元件；否則認為暫態特徵不足，無法根據第一選線條件進行選線。

作為一種實施方式，如圖4所示，步驟S130包括：

S131，比較各所述元件的零序有功功率幅值的大小，獲取其中的最大值第二大值及第三大值

S132，判斷所述最大值所述第二大值及所述第三大值是否滿足是則執行步驟S133。

S133，選取所述最大值對應的元件為第二備選元件。

在本實施例中，比較各元件的零序有功功率幅值的大小，取中的前三個最大值判斷是否滿足若滿足，則認為對應元件為故障元件，若不滿足，則認為穩態特徵不足，無法根據第二選線條件進行選線。

作為一種實施方式，在步驟S160之前，還執行步驟：計算所述第一選線條件的第一可信度係數；以及，計算所述第二選線條件的第二可信度係數。

其中，第一可信度係數與各元件的暫態能量有關，可根據各元件的暫態能量計算得到；例如，第一可信度係數，即暫態方法的可信度係數kt為：

其中，αt為暫態臨界係數；Wmax為各元件在特徵頻帶內的暫態能量最大值；WΣ為除Wmax對應元件以外，其餘各元件在特徵頻帶內的暫態能量之和，即WΣ＝ΣWj-Wmax。作為一較佳實施方式，取αt＜1，例如αt＝0.8。

其中，第二可信度係數與各元件的零序有功功率有關，可根據各元件的零序有功功率計算得到。例如，第二可信度係數，即穩態方法可信度係數ks為：

其中，αs為穩態臨界係數，為除對應元件以外，其餘各元件的零序有功功率絕對值之和，即作為一較佳實施方式，取αs＞1，例如αs＝1.2。

作為一種實施方式，步驟S160之前，還執行步驟：判斷計時時間是否滿足t＞tset，是則執行步驟S160，否則認為故障在設定的時間閾值之內已經消失，則不需要給出選線結果。

其中，tset為預先設定的時間閾值，例如tset＝1s。

在本實施例中，當接地故障持續一定時間時，比較第一可信度係數kt及第二可信度係數ks，選取其中的可信度較大的方法所得的選線結果為最終故障選線結果。例如，若第一可信度係數kt大於第二可信度係數ks，則選取第一備選元件作為故障元件，否則選取第二備選元件作為故障元件。

其中，圖5為本發明一具體實施例的消弧線圈接地系統的故障選線方法的流程示意圖。如圖5所示，在一具體實施例中，上述故障選線方法包括如下步驟：

S500，啟動選線裝置。

S501，採集母線零序電壓，消弧線圈電流及各饋線的零序電流。

S502，由公式計算母線零序故障電流。

S503，計算中性點電壓有效值的變化率dU0.RMS/dt。

S504，計算暫態階段係數pt及穩態階段係數ps，並同步執行步驟S505及步驟S512，其中：

S505，由系統結構參數計算特徵頻帶。

S506，利用帶通濾波器獲得各電壓電流信號的特徵頻帶分量。

S507，計算各元件的特徵頻帶暫態能量：

S508，比較獲得Wj中的最大值Wmax。

S509，判斷是否滿足Wmax＞Wset，是則執行S510，否則執行S511。

S510，將Wmax對應元件作為暫態選線結果。

S511，判斷是否滿足t＞tset，是則無暫態選線結果，否則返回執行步驟S507。

S512，計算各元件的瞬時零序功率：

pj0(t)＝ps(t)·un(t)·ij0(t)，j＝M,1,2,...,k。

S513，利用直流濾波算法獲得瞬時功率的直流分量幅值。

S514，比較獲得前三個最大值

S515，判斷是否滿足是則執行S516，否則執行S517。

S516，將對應元件作為穩態選線結果。

S517，判斷是否滿足t＞tset，是則無穩態選線結果，否則返回執行步驟S514。

S518，判斷暫態選線結果及穩態選線結果是否一致，是則執行S521，否則執行S519。

S519，計算暫態方法可信度係數kt及穩態方法可信度係數kt：

S520，由可信度係數大的方法給出選線結果。

S521，指示故障線路。

下面以圖6所示的配電網為例，列舉幾種不同的接地故障情況予以說明。

其中，圖6所示配電網的電源額定電壓為110kV，系統側等值阻抗為j4.084Ω。如圖6所示，中性點採用相控式消弧線圈接地，且在接地信號出現後立刻投入補償，補償度為過補償5％，可控矽導通角為120°。主變額定容量為40MVA，變比為110/11。10kV母線共帶有6回饋線L1～L6，均為電纜線路，型號為YJV22-3*300，其線路串聯阻抗為0.0788+j0.0885Ω/km，對地電容為0.3755μF/km，饋線L1～L6的長度分別為5km、5.5km、4.5km、4.5km、7km、7.5km，線路負荷分別為0.01MW、0.05MW、0.05MW、0.03MW、0.01MW、0.02MW。設置裝置採樣頻率為5kHz。圖中，i10～i60為線路L1～L6的零序電流，in為中性點處測得的消弧線圈補償電流，un為母線零序電壓。

例如，線路L4發生間歇性接地故障，電弧接地時間分別為t＝0.5671s～t＝0.5971s、t＝0.6071s～t＝0.6171s。過渡電阻為100Ω。上述步驟中預先設定的變化率閾值為ε＝0.2*18＝3.6kV/s。線路L1～L6及母線的特徵頻帶暫態能量計算值分別為9.41、7.57、21.63、5.37、10.07、0.00，根據第一選線條件，暫態選線結果為L4故障；零序有功功率計算值分別為0.67、0.60、0.32、5.64、0.53、0.81、0.00，根據第二選線條件，穩態選線結果為L4故障。故障選線結果為線路L4發生故障。

例如，母線處發生間歇性接地故障，電弧接地時間分別為t＝0.5671s～t＝0.5971s、t＝0.6071s～t＝0.6171s。過渡電阻為300Ω。上述步驟中預先設定的變化率閾值為ε＝0.2*7.1＝1.4kV/s。線路L1～L6及母線的特徵頻帶暫態能量計算值分別為1.32、1.37、0.84、1.06、1.27、1.69、3.53，根據第一選線條件，暫態選線結果為母線故障；零序有功功率計算值分別為0.38、0.30、0.17、0.42、0.28、3.61、4.83，根據第二選線條件，穩態選線結果為母線故障。故障選線結果為母線發生故障。

例如，線路L6發生永久性接地故障，過渡電阻為50Ω。上述步驟中預先設定的變化率閾值為ε＝0.2*27＝5kV/s。線路L1～L6及母線的特徵頻帶暫態能量計算值分別為14.00、12.82、7.01、14.24、12.48、29.86、0.00，根據第一選線條件，暫態選線結果為L6故障；零序有功功率計算值分別,0.18、0.58、0.27、0.49、0.19、2.53、0.00，根據第二選線條件，穩態選線結果為L6故障。故障選線結果為線路L6發生故障。

理論和實際表明，本發明利用接地故障全過程的暫態及穩態故障特徵，對相控式消弧線圈接地系統所發生的含間歇性接地故障在內的各類接地故障均能實現準確而可靠的故障選線，具有良好的工程實用價值。

請參閱圖7，其為本發明一實施例的消弧線圈接地系統的故障選線裝置的結構示意圖。該故障選線裝置可用於執行圖1至5中任一項所示故障選線方法。如圖7所示，該故障選線裝置200包括：

計算模塊210，用於根據母線零序電壓、消弧線圈電流及各饋線的零序電流，計算各元件的暫態能量及零序有功功率幅值，其中所述元件包括消弧線圈接地系統中的母線及饋線；

第一選擇模塊220，用於根據各所述元件的暫態能量及第一選線條件從各所述元件中選擇第一備選元件；

第二選擇模塊230，用於根據各所述元件的零序有功功率幅值及第二選線條件從各所述元件中選擇第二備選元件；

判斷模塊240，用於判斷所述第一備選元件與所述第二備選元件是否一致，是則判定所述第一備選元件與所述第二備選元件其中之一為故障元件；否則比較所述第一選線條件的第一可信度係數及所述第二選線條件的第二可信度係數，選取其中可信度係數較大的選線條件所對應的備選元件作為故障元件。

在一個實施例中，如圖8所示，第一選擇模塊220包括第一比較單元221及第一選擇單元222，其中：

第一比較單元221，用於比較各所述元件的暫態能量的大小，獲取其中的最大值Wmax；

第一選擇單元222，用於判斷所述最大值Wmax是否大於預設能量閾值，是則選取所述最大值Wmax對應的元件為第一備選元件。

在一個實施例中，如圖9所示，第二選擇模塊230包括第二比較單元231及第二選擇單元232，其中：

第二比較單元231，用於比較各所述元件的零序有功功率幅值的大小，獲取其中的最大值第二大值及第三大值

第二選擇單元232，用於判斷所述最大值所述第二大值及所述第三大值是否滿足是則選取所述最大值對應的元件為第二備選元件。

在一個實施例中，計算模塊210具體用於：

根據全波傅立葉算法，計算所述母線零序電壓的有效值；

根據所述有效值的變化率進行故障階段劃分，得到暫態階段係數pt及穩態階段係數ps；

根據所述暫態階段係數pt及所述消弧線圈接地系統中各饋線的線路參數，計算各元件在特徵頻帶內的暫態能量；

根據所述穩態階段係數ps、所述母線零序電壓、所述消弧線圈電流及所述各饋線的零序電流，計算各所述元件的零序有功功率幅值。

在一個實施例中，計算模塊210根據所述暫態階段係數pt及所述消弧線圈接地系統中各饋線的線路參數，計算各元件在特徵頻帶內的暫態能量，具體包括：

根據所述各饋線的線路參數，計算特徵頻帶；

分別獲取所述母線零序電壓、所述消弧線圈電流及所述各饋線的零序電流在所述特徵頻帶內的分量；

根據所述暫態階段係數pt及各所述分量，計算各元件在所述特徵頻帶內的暫態能量。

在一個實施例中，計算模塊210根據所述穩態階段係數ps、所述母線零序電壓、所述消弧線圈電流及所述各饋線的零序電流，計算各所述元件的零序有功功率幅值，具體包括：

根據公式pj0(t)＝ps(t)·un(t)·ij0(t)，j＝M,1,2,...,k，計算各所述元件的瞬時零序功率pj0(t)，其中M為母線，k為所述消弧線圈接地系統中的饋線數量，ps(t)為在當前時刻t穩態階段係數，un(t)為在當前時刻t所述母線零序電壓、ij0(t)為在當前時刻t各饋線的零序電流；

通過直流濾波算法提取各所述元件的瞬時零序功率pj0(t)的直流分量，取所述直流分量的絕對值為各元件的零序有功功率幅值。

本發明又一實施例是，一種消弧線圈接地系統的故障選線裝置，其採用上述任一實施例所述消弧線圈接地系統的故障選線方法；例如，一種消弧線圈接地系統的故障選線裝置，其採用上述任一實施例所述消弧線圈接地系統的故障選線方法實現；又如，一種消弧線圈接地系統的故障選線裝置，其具有上述任一實施例所述消弧線圈接地系統的故障選線方法所對應的功能模塊。

上述消弧線圈接地系統的故障選線裝置，通過結合特徵頻帶無功能量的暫態判據與零序有功功率的穩態判據，從而能實現對接地故障全過程中暫態與穩態特徵的充分利用，相較於單一選線方法，提高了準確性和靈敏性。即便對於間歇性接地故障，也能進行分階段處理，充分計及在接地故障全過程中各種暫態和穩態故障特徵的強弱將隨時間的推移而呈現的不同變化趨勢，更加有效地利用其多次接地暫態過程及穩定接地階段所包含的故障信息。

上述故障選線裝置，受接地故障類型、故障位置、過渡電阻的影響小，對於相控式消弧線圈接地系統中所發生的間歇性接地等各種接地故障均能實現準確而可靠的故障選線，具有較強的工程實用性。

本發明實施例還提供了一種消弧線圈接地系統的故障選線設備，其包括上述任一實施例所述的故障選線裝置。

在一個實施例中，如圖10所示，上述故障選線設備10，具體包括A/D採樣模塊11、主控模塊12、JTAG模塊13、人機互動模塊14、開入開出模塊15和乙太網模塊16，其中所述A/D採樣模塊11、所述JTAG模塊13、所述人機互動模塊14、所述開入開出模塊15和所述乙太網模塊16分別與所述主控模塊12連接。

本實施例中，A/D採樣模塊11的輸出端與主控模塊12連接，A/D採樣模塊11的輸入端用於連接消弧線圈接地系統中的母線、消弧線圈及各饋線，以採集母線零序電壓、消弧線圈電流及各饋線的零序電流。

其中，主控模塊12起主控作用，用於接收A/D採樣模塊11採集的數據信號，進行接地故障選線處理，並控制JTAG模塊13、人機互動模塊14、開入開出模塊15和乙太網模塊16，實現調試、配置、人機互動、通信等功能。例如，主控模塊12執行上述任一實施例所述的消弧線圈接地系統的故障選線方法，以進行接地故障選線處理。例如，上述故障選線裝置集成在主控模塊12內部，用以執行上述任一實施例所述的消弧線圈接地系統的故障選線方法。

作為一種實施方式，主控模塊11採用雙處理器，例如，如圖11所示，主控模塊11包括一ARM(Advanced RISC Machines，進階精簡指令集機器)處理器及一DSP(Digital Signal Processor，數位訊號處理器)。其中，DSP晶片和ARM處理器之間通過共享UHPI(Universal Host-Port Interface，通用主機埠接口)進行數據交換。

ARM處理器用於人機互動控制及通信控制。例如，ARM處理器與人機互動模塊連接，以控制人機互動模塊進行顯示輸出、語音輸出、按鍵輸入等人機互動操作。又如，ARM處理器還與乙太網模塊16連接，以控制乙太網模塊16，實現與保護信息子站、控制中心的信息交互。DSP晶片負責進行數據採集、數據預處理以及基於暫態量的故障綜合選線邏輯判斷等工作。

請一併參閱圖11，其為上述接地故障選線設備的系統架構示意圖。如圖11所示，主控模塊12還包括與JTAG模塊13連接的JTAG控制器，用於控制上述JTAG模塊13。

作為一種實施方式，JTAG模塊13包括14針JTAG接口。採用標準的14針JTAG接口，實現對所述接地故障選線設備的調試與配置。

在一個實施例中，ARM處理器包括MII(Media Independent Interface，介質無關接口)控制器，MII控制器與所述乙太網模塊16連接。

所述乙太網模塊16包括乙太網口、媒體訪問控制器單元及網絡物理層單元。其中，乙太網口包括電乙太網口及光乙太網口中至少一種。例如，乙太網模塊16配置有兩個電乙太網口和兩個光乙太網口。這樣，通信接口豐富，適用範圍更廣。

本實施例中，乙太網模塊為遵循IEEE 802.3-2002規範的百兆乙太網控制器，例如採用百兆網絡控制晶片KSZ8995為核心。乙太網模塊16支持變電站層MMS(Manufacturing Message Specification，製造報文規範通信，例如，通過乙太網模塊16收發IEC 61850變電站層總線上的MMS報文，實現與保護信息子站、控制中心的信息交互。

在一個實施例中，人機互動模塊14包括顯示器及按鍵模塊中至少一種。

其中，顯示器包括顯示屏及其驅動電路。對於非自主發光顯示器，還包括背光調節電路。例如，以液晶顯示器為例，其包括LCD(Liquid Crystal Display，液晶顯示)屏、LCD驅動晶片及背光調節電路，其中所述LCD驅動晶片及所述背光調節電路分別與所述LCD顯示屏連接。例如，顯示器採用內置驅動晶片及背光調節晶片的TFT(Thin-Film Transistor，薄膜電晶體)LCD顯示器，支持背光調節，便於對故障綜合選線裝置進行工況監視以及整定配置。又如，採用解析度為480*272的5英寸彩色TFT屏幕，所述TFT屏幕內置LCD驅動器，經緩衝器晶片SN74ALVCH16827DGGR與ARM處理器相連。所述TFT屏幕使用TPS61080晶片控制TFT屏幕背光。

相應地，ARM處理器還包括LCD控制器，所述LCD控制器與所述LCD驅動晶片連接。ARM處理器通過LCD控制器對顯示器進行控制。

作為一種實施方式，按鍵模塊包括矩陣鍵盤以及與所述矩陣鍵盤連接的鍵盤晶片；相應地，所述ARM處理器還包括通信接口，所述通信接口與所述鍵盤晶片連接。例如，所述通信接口包括SPI(Serial Peripheral Interface，串行外設接口)或I2C(Inter－Integrated Circuit)總線接口。鍵盤晶片通過SPI或I2C總線接口與主控模塊12通信，便於保護測控裝置的配置整定。例如，使用TCA8418鍵盤晶片對4*5矩陣鍵盤進行掃描，並通過I2C接口與主控模塊12中的ARM控制器進行通信。

在一個實施例中，所述A/D採樣模塊11包括多個微型互感器、多路低通濾波電路及多個A/D轉換晶片，其中所述多個微型互感器的輸出端分別連接所述多路低通濾波電路的輸入端，所述多路低通濾波電路的輸出端分別連接所述多個A/D轉換晶片的輸入引腳；所述多個A/D轉換晶片的輸出引腳連接所述主控模塊。

例如，A/D採樣模塊11包括8個微型互感器、8路低通濾波電路和8個A/D轉換晶片。其中，微型互感器包括電流變比為10A/7.07V的電流互感器和電壓變比為200V/7.07V的電壓互感器；低通濾波採用巴特沃茲低通濾波器，例如採用由TL072運放組成的巴特沃茲低通濾波器，其截止頻率為2kHz；A/D轉換晶片為16位、最大採樣頻率200kHz的轉換晶片，例如採用ADS1178晶片。

作為一種實施方式，A/D採樣模塊設置於A/D採樣板卡上，與主控模塊通過高速串行總線連接，例如通過SPI接口連接。又如，上述接地故障選線設備可安裝4塊A/D採樣板卡，共32路A/D採樣通道。

在一個實施例中，上述開入開出模塊15具有多路開入量及多路開出量。例如，本實施例的開入開出模塊具有8路開入量和8路開出量，由DSP晶片的GPIO(General Purpose Input Output，通用輸入輸出)擴展組成。其中8路開入量通過TLP027光耦隔離輸入，支持24V/110V/220V開入量輸入，8路開出量通過DSP實現1-24V繼電輸出，接點最大容量為250V/5A。

在一個實施例中，接地故障選線設備還包括電源模塊，所述電源模塊與所述主控模塊連接。具體地，電源模塊用於將接入的交流電壓轉換為可供上述接地故障選線設備使用的直流電壓。例如，本實施例的電源模塊的輸入範圍為85-264VAC，用於將接入的交流電壓轉換5V、±15V和24V直流電壓後供接地故障選線設備的各個模塊使用。

上述消弧線圈接地系統的接地故障選線設備，基於暫態量和穩態量進行綜合故障選線，具有高精度模數轉換能力、強大數據處理以及數據通信能力，集成度高，應用靈活。

應該說明的是，上述裝置實施例中，所包括的各個模塊只是按照功能邏輯進行劃分的，但並不局限於上述的劃分，只要能夠實現相應的功能即可；另外，各功能模塊的具體名稱也只是為了便於相互區分，並不用於限制本發明的保護範圍。

另外，本領域普通技術人員可以理解實現上述各實施例方法中的全部或部分步驟是可以通過程序來指令相關的硬體來完成，相應的程序可以存儲於可讀取存儲介質中，所述存儲介質，如ROM/RAM、磁碟、光碟等。

以上所述實施例的各技術特徵可以進行任意的組合，為使描述簡潔，未對上述實施例中的各個技術特徵所有可能的組合都進行描述，然而，只要這些技術特徵的組合不存在矛盾，都應當認為是本說明書記載的範圍。

以上所述實施例僅表達了本發明的幾種實施方式，其描述較為具體和詳細，但並不能因此而理解為對發明專利範圍的限制。應當指出的是，對於本領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬於本發明的保護範圍。因此，本發明專利的保護範圍應以所附權利要求為準。