CN102035173A - 单相接地继电保护装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种单相接地继电保护装置，包括：信号采集模块，用于采集线路的电流暂态行波和电压暂态行波；信号处理模块，用于分别从电流暂态行波和电压暂态行波获取电流暂态行波模量的波头极性和电压暂态行波模量的波头极性；故障判定模块，用于比较由信号处理模块获取的电流暂态行波模量的波头极性和电压暂态行波模量的波头极性，在两者波头极性相反的情况下，确定发生单相接地故障；开出模块，用于将故障判定模块的输出开出；电源模块，用于为单相接地继电保护装置提供电源。通过本发明的技术方案，克服了中性点非有效接地系统因单相接地故障现象不明显而导致传统保护方法不灵敏或失效的缺陷，提高了单相接地继电保护的灵敏性和可靠性。

Description

单相接地继电保护装置

技术领域

本发明涉及电力系统保护和控制技术，尤其涉及单相接地继电保护装置。

背景技术

国内配电系统的中性点多采用中性点不接地系统和中性点经消弧线圈接地系统。这种系统发生单相接地时，接地相电压降低，非接地相电压升高。同时由于系统只能通过对地电容构成回路，对地电容容抗较大，导致故障电流非常小，不会影响到对用户的正常供电，不对系统的安全运行过程构成直接威胁。中国《电力设备过电压保护技术章程》规定，当中性点非有效接地系统该发生单相接地时，可以继续运行2个小时。但是，这种不正常的运行状态并不允许长期存在。首先，接地点会产生接地电弧，电弧高温会导致导线及其临近的绝缘永久性损坏，并可能发展成相间故障；其次非接地相电压升高对该相的绝缘造成威胁，长期运行会加速绝缘老化，而且在这个高电压的作用下配电系统也可能在其它位置被再次击穿，和先前的接地点一起构成短路电流通路，给用户带来更大的损失。

由于中性点非有效接地的配电系统发生单相接地后并没有形成短路回路，在系统和各条线路中流通的零序电流仅仅是线路对地电容电流，接地电流较小。而由于配电线路结构和参数常常是不对称的，使得正常运行时系统存在着不平衡的零序电流，该电流可能“淹没”由接地所引起的零序电流，使得单相接地保护非常困难。

目前，中性点非有效接地系统单相接地保护主要有以下方法：

1)刚刚发生接地的第一个半周期的时间内，故障相电压的突然降低引起分布电容对地放电，而非故障相电压的突然升高会使分布电容充电，从而引起电路的暂态过程。此时接地线路首半波零序电压和零序电流波头极性相反，而非接地线路波头极性相同，从而构成保护算法。但是由于电容电流的峰值大小与发生接地故障瞬间相电压的瞬时值有关，因此很难保证装置的可靠性。

2)系统进入稳态过程后，利用工频零序电压和电流构成的线路功率方向来判断线路是否发生故障。主要方法包括针对于中性点不接地系统的零序功率方向保护、中性点经消弧线圈接地系统的有功功率法以及能量函数法。但是由于算法使用了零序电流的工频分量，从而也无法避免单相接地故障发生后零序电流数值过小而使得保护的可靠性和灵敏性不高。

因此，需要一种单相接地继电保护方法，来克服中性点非有效接地系统因单相接地故障现象不明显而导致传统保护方法不灵敏或失效的缺点，从而提高单相接地继电保护的灵敏性和可靠性。

发明内容

有鉴于此，本发明所要解决的技术问题在于，提供一种单相接地继电保护装置，能够克服中性点非有效接地系统因单相接地后故障电流不明显而导致传统保护方法不灵敏或失效的缺点，从而提高单相接地保护的灵敏性和可靠性。

本发明提供了一种单相接地继电保护装置，包括：信号采集模块，用于采集线路的电流暂态行波和电压暂态行波；信号处理模块，用于分别从所述电流暂态行波和所述电压暂态行波获取所述电流暂态行波模量的波头极性和所述电压暂态行波模量的波头极性；故障判定模块，用于比较由所述信号处理模块获取的所述电流暂态行波模量的波头极性和所述电压暂态行波模量的波头极性，并根据比较结果确定是否发生所述单相接地故障；开出模块，用于将故障判定模块的输出开出；电源模块，用于为单相接地继电保护装置提供电源。通过上述技术方案，根据电流暂态行波和电压暂态行波的波头极性来判断线路是否发生单相接地，可以灵敏而可靠地检测到单相接地故障。

在上述技术方案中，优选地，信号采集模块可以包括：变换器，将电流暂态行波和电压暂态行波，分别变换成小电流暂态行波模拟信号和小电压暂态行波模拟信号；数据采集电路，用于将小电流暂态行波模拟信号和小电压暂态行波模拟信号分别转换成电流暂态行波数字信号和电压暂态行波数字信号；数据存储器，用于存储电流暂态行波数字信号和电压暂态行波数字信号。

在上述技术方案中，优选地，信号处理模块可以包括：相模转换模块，用于将电流暂态行波转换成电流暂态行波模量，将电压暂态行波转换成电压暂态行波模量；小波变换模块，用于将电流暂态行波模量和电压暂态行波模量分别进行小波变换，分别得到电流暂态行波模量的小波变换系数和电压暂态行波模量的小波变换系数；模极大值提取模块，用于根据电流暂态行波模量的小波变换系数得到电流的小波变换模极大值，根据电压暂态行波模量的小波变换系数得到电压的小波变换模极大值；波头极性确定模块，用于根据电流的小波变换模极大值来确定电流暂态行波模量的波头极性，根据电压的小波变换模极大值来确定电压暂态行波模量的波头极性。

在上述技术方案中，优选地，小波变换模块采用三次中心B样条函数的导函数作为小波函数，小波系数序列{h_k}_k∈z，{g_k}_k∈z为：

{h_k}_k∈z＝(0.125，0.375，0.375，0.125)(k＝-1，0，1，2)，

{g_k}_k∈z＝(-2，2)(k＝0，1)，

经过小波变换模块的小波变换后，将电流暂态行波模量分解成以下形式：

$\left\{\begin{array}{c}{A}_{2^j}i\left(n\right)=\underset{k}{\mathrm{\Σ}}{h}_k{A}_{2^{j-1}}i(n-2^{j-1}k)\\ W_{2^j}i\left(n\right)=\underset{k}{\mathrm{\Σ}}{g}_k{A}_{2^{j-1}}i(n-2^{j-1}k)\end{array}\right.,$

其中，

为电流暂态行波模量i(n)的小波逼近系数，

为电流暂态行波模量i(n)的小波变换系数；

经过小波变换模块的小波变换后，将电压暂态行波模量分解成以下形式：

$\left\{\begin{array}{c}{A}_{2^j}u\left(n\right)=\underset{k}{\mathrm{\Σ}}{h}_k{A}_{2^{j-1}}u(n-2^{j-1}k)\\ W_{2^j}u\left(n\right)=\underset{k}{\mathrm{\Σ}}{g}_k{A}_{2^{j-1}}u(n-2^{j-1}k)\end{array}\right.,$

其中，

为电压暂态行波模量u(n)的小波逼近系数，为电压暂态行波模量u(n)的小波变换系数。

在上述技术方案中，优选地，模极大值提取模块判定小波变换系数的模极大值的规则为：对于任意给定的正数ε＞0，当满足|n-n₀|＜ε时，对任意的n≠n₀，有

成立，称为电流暂态行波模量的小波变换系数的模极大值；对于任意给定的正数ε＞0，当满足|n-n₀|＜ε时，对任意的n≠n₀，有

成立，

称为电压暂态行波模量的小波变换系数的模极大值。

在上述技术方案中，优选地，经过相模转换模块的相模转换之后，电流暂态行波模量包括零模电流分量I₀、α模电流分量I_α、β模电流分量I_β和γ模电流分量I_γ中的任一种或其组合；电压暂态行波模量包括零模电压分量U₀、α模电压分量U_α、β模电压分量U_β和γ模电压分量U_γ中的任一种或其组合。

在上述技术方案中，优选地，故障判定模块在判定零模电流分量I₀与所述零模电压分量U₀的波头极性相反时，确定所述线路故障，否则，确定所述线路未发生故障。

在上述技术方案中，优选地，故障判定模块在判定所述α模电流分量I_α或β模电流分量I_β中任意一个与相对应的电压暂态行波模量的波头极性相反时，确定所述线路故障；在确定所述α模电流分量I_α和β模电流分量I_β与相对应的电压暂态行波模量的波头极性均相同时，确定所述线路未发生故障。

在上述技术方案中，优选地，故障判定模块在判定所述β模电流分量I_β或γ模电流分量I_γ中任意一个与相对应的电压暂态行波模量的波头极性相反时，确定所述线路故障；在确定所述β模电流分量I_β和γ模电流分量I_γ与相对应的电压暂态行波模量的波头极性均相同时，确定所述线路未发生故障。

在上述技术方案中，优选地，如果现场装有零序互感器，则利用零序分量判断线路是否发生故障；如果现场装有三相互感器，即可利用零序分量，也可按照α模和β模分量判断线路是否发生故障；如果现场装有A、C两相互感器，则按照γ模和β模分量判断线路是否发生故障。

在上述技术方案中，优选地，在确定线路是否故障之后，可以针对判断结果进行相应的动作，在确定线路故障时，通过开出模块驱动继电器动作，在确定线路非故障时，复归保护装置。

附图说明

图1示出了根据本发明的实施例的单相接地继电保护装置的框图；

图2示出了当现场装有三相电流电压互感器时，根据本发明的实施例的单相接地继电保护装置的故障检测流程图；

图3示出了当现场装有零序电流电压互感器时，根据本发明的实施例的单相接地继电保护装置的故障检测流程图；

图4示出了当现场装有A、C两相电流电压互感器时，根据本发明的实施例的单相接地继电保护装置的故障检测流程图。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明并不限于下面公开的具体实施例的限制。

图1示出了根据本发明的实施例的单相接地继电保护装置的框图。

如图1所示，根据本发明实施例的单相接地继电保护装置100包括：信号采集模块102，用于采集线路的电流暂态行波和电压暂态行波；信号处理模块104，用于分别从所述电流暂态行波和所述电压暂态行波获取所述电流暂态行波模量的波头极性和所述电压暂态行波模量的波头极性；故障判定模块106，用于比较由所述信号处理模块获取的所述电流暂态行波模量的波头极性和所述电压暂态行波模量的波头极性，在两者波头极性相反的情况下，确定发生所述单相接地故障；开出模块108，用于将故障判定模块的输出开出；电源模块110，用于为单相接地继电保护装置提供电源。通过上述技术方案，根据电流暂态行波和电压暂态行波的波头极性来判断线路是否发生单相接地，可以灵敏而可靠地检测到单相接地故障。

在上述技术方案中，优选地，所述信号采集模块102包括：变换器1022，将所述电流暂态行波和所述电压暂态行波，分别变换成小电流暂态行波模拟信号和小电压暂态行波模拟信号；数据采集电路1024，用于将所述小电流暂态行波模拟信号和所述小电压暂态行波模拟信号分别转换成电流暂态行波数字信号和电压暂态行波数字信号；数据存储器1026，用于存储所述电流暂态行波数字信号和所述电压暂态行波数字信号。

在上述技术方案中，优选地，信号处理模块104包括：相模转换模块1042，用于将电流暂态行波转换成电流暂态行波模量，将电压暂态行波转换成电压暂态行波模量；小波变换模块1044，用于将电流暂态行波模量和电压暂态行波模量分别进行小波变换，分别得到电流暂态行波模量的小波变换系数和电压暂态行波模量的小波变换系数；模极大值提取模块1046，用于根据电流暂态行波模量的小波变换系数得到电流的小波变换模极大值，根据电压暂态行波模量的小波变换系数得到电压的小波变换模极大值；波头极性确定模块1048，用于根据电流的小波变换模极大值来确定电流暂态行波模量的波头极性，根据电压的小波变换模极大值来确定电压暂态行波模量的波头极性。

在上述技术方案中，优选地，小波变换模块1044可以采用三次中心B样条函数的导函数作为小波函数，小波系数序列{h_k}_k∈z，{g_k}_k∈z为：

{h_k}_k∈z＝(0.125，0.375，0.375，0.125)(k＝-1，0，1，2)，

{g_k}_k ∈z＝(-2，2)(k＝0，1)，

经过小波变换模块1044的小波变换后，将电流暂态行波模量分解成以下形式：

$\left\{\begin{array}{c}{A}_{2^j}i\left(n\right)=\underset{k}{\mathrm{\Σ}}{h}_k{A}_{2^{j-1}}i(n-2^{j-1}k)\\ W_{2^j}i\left(n\right)=\underset{k}{\mathrm{\Σ}}{g}_k{A}_{2^{j-1}}i(n-2^{j-1}k)\end{array}\right.,$

其中，为电流暂态行波模量i(n)的小波逼近系数，

为电流暂态行波模量i(n)的小波变换系数；

经过小波变换模块1044的小波变换后，将电压暂态行波模量分解成以下形式：

$\left\{\begin{array}{c}{A}_{2^j}u\left(n\right)=\underset{k}{\mathrm{\Σ}}{h}_k{A}_{2^{j-1}}u(n-2^{j-1}k)\\ W_{2^j}u\left(n\right)=\underset{k}{\mathrm{\Σ}}{g}_k{A}_{2^{j-1}}u(n-2^{j-1}k)\end{array}\right.,$

其中，

为电压暂态行波模量u(n)的小波逼近系数，为电压暂态行波模量u(n)的小波变换系数。

在上述技术方案中，优选地，模极大值提取模块1046判定小波变换系数的模极大值的规则为：对于任意给定的正数ε＞0，当满足|n-n₀|＜ε时，对任意的n≠n₀，有

成立，

称为电流暂态行波模量的小波变换系数的模极大值；对于任意给定的正数ε＞0，当满足|n-n₀|＜ε时，对任意的n≠n₀，有

成立，

称为电压暂态行波模量的小波变换系数的模极大值。

在上述技术方案中，优选地，经过所述相模转换模块1042的所述相模转换之后，所述电流暂态行波模量包括零模电流分量I₀、α模电流分量I_α、β模电流分量I_β和γ模电流分量I_γ中的任一种或其组合；所述电压暂态行波模量包括零模电压分量U₀、α模电压分量U_α、β模电压分量U_β和γ模电压分量U_γ中的任一种或其组合。在此，应该理解，电流暂态行波模量中包括哪些电流分量以及电压暂态行波模量中包括哪些电压分量取决于现场电流和电压互感器配置。例如，当现场采用三相电流互感器和三相电压互感器时，可以得到三相电流采样值和三相电压采样值，然后根据三相电流采样值和三相电压采样值得到零模、α模和β模的电流和电压分量。类似地，如果现场采用零序电流互感器和零序电压互感器，则可以直接得到零序电流分量和零序电压分量。而如果现场采用AC两相电流互感器和两相电压互感器，则可以得到β模电流分量I_β和γ模电流分量I以及β模电压分量U_β和γ模电压分量U_γ。

在上述技术方案中，优选地，故障判定模块在判定零模电流分量I₀与所述零模电压分量U₀的波头极性相反时，确定所述线路故障，否则，确定所述线路未发生故障。

在上述技术方案中，优选地，故障判定模块在判定α模电流分量I_α或β模电流分量I_β中任意一个与相对应的电压暂态行波模量的波头极性相反时，确定所述线路故障；在确定α模电流分量I_α和β模电流分量I_β与相对应的电压暂态行波模量的波头极性均相同，确定所述线路未发生故障。

在上述技术方案中，优选地，故障判定模块在判定所述β模电流分量I_β或γ模电流分量I_γ中任意一个与相对应的电压暂态行波模量的波头极性相反时，确定所述线路故障；在确定所述β模电流分量I_β和γ模电流分量I_γ与相对应的电压暂态行波模量的波头极性均相同，确定所述线路未发生故障。

在上述技术方案中，优选地，在确定线路是否故障之后，可以针对判断结果进行相应的动作，在确定线路故障时，通过开出模块108驱动继电器动作，在确定线路非故障时，复归保护装置。

图2示出了当现场安装三相电流、电压互感器时，根据本发明的实施例的单相接地继电保护装置的故障检测流程图。

在步骤202，在线路正常运行状况下，三相电流互感器对线路的三相电流值I_a、I_b、I_c进行实时采样和存储，三相电压互感器对线路三相电压值U_a、U_b、U_c进行实时采样和存储，采样频率可以为400KHz。

在步骤204，当线路发生故障时，对所采集的三相线路电流采样值I_a、I_b、I_c、以及三相线路电压采样值U_a、U_b、U_c经相模转换模块1042进行相模转换得到电流暂态行波零模电流分量I₀、α模电流分量I_α、β模电流分量I_β和电压暂态行波零模电压分量U₀、α模电压分量U_α、β模电压分量U_β，其中，

在步骤206，小波变换模块1044对所获取的模量进行小波变换，获取各模量的小波变换系数，变换采用三次中心B样条函数的导函数作为小波函数，小波系数序列{h_k}_k∈z，{g_k}_k∈z为：

{h_k}_k∈z＝(0.125，0.375，0.375，0.125)(k＝-1，0，1，2)，

{g_k}_k∈z＝(-2，2)(k＝0，1)，

经过小波变换模块1044的小波变换后，电流暂态行波模量i(n)可以分解为它的小波逼近和小波变换：

$\left\{\begin{array}{c}{A}_{2^j}i\left(n\right)=\underset{k}{\mathrm{\Σ}}{h}_k{A}_{2^{j-1}}i(n-2^{j-1}k)\\ W_{2^j}i\left(n\right)=\underset{k}{\mathrm{\Σ}}{g}_k{A}_{2^{j-1}}i(n-2^{j-1}k)\end{array}\right.,$

公式中，

为电流暂态行波模量i(n)的小波逼近系数，

为电流暂态行波模量i(n)的小波变换系数。

经过小波变换模块1044的小波变换后，电压暂态行波模量可以分解成以下形式：

$\left\{\begin{array}{c}{A}_{2^j}u\left(n\right)=\underset{k}{\mathrm{\Σ}}{h}_k{A}_{2^{j-1}}u(n-2^{j-1}k)\\ W_{2^j}u\left(n\right)=\underset{k}{\mathrm{\Σ}}{g}_k{A}_{2^{j-1}}u(n-2^{j-1}k)\end{array}\right.,$

其中，

为电压暂态行波模量u(n)的小波逼近系数，

为电压暂态行波模量u(n)的小波变换系数。

在步骤208，模极大值提取模块1046对各电流模量和各电压模量的小波变换系数求模极大值，模极大值提取模块1046判定小波变换系数的模极大值的规则为：

对于任意给定的正数ε＞0，当满足|n-n₀|＜ε时，对任意的n≠n₀，有

成立，

称为电流暂态行波模量的小波变换系数的模极大值，小波变换系数的模极大值实际上是小波变换系数的局部极大值。波头极性确定模块1048根据电流的小波变换模极大值来确定电流暂态行波模量的波头极性。

对于任意给定的正数ε＞0，当满足|n-n₀|＜ε时，对任意的n≠n₀，有

成立，称为电压暂态行波模量的所述小波变换系数的模极大值，波头极性确定模块1048根据电压的小波变换模极大值来确定电压暂态行波模量的波头极性。

在步骤210，故障判定模块106比较电流暂态行波和电压暂态行波的波头极性关系。

在步骤212，可以采用零模电流分量和零模电压分量的波头极性，判断两者的波头极性是否相反，在判断结果为相反的情况下，进行到步骤216，在判断结果为相同的情况下，进行到步骤218。

在步骤216，确定该条线路出现故障，给出跳闸信号。

在步骤218，确定该条线路未出现故障，装置复归。

另外，如图2所示，也可以采用线模分量来进行判断。如图所示，在该示例中，采用α模电流分量和α模电压分量或β模电流分量和β模电压分量。

在步骤214，故障判定模块106判断α模电流分量和α模电压分量两者波头极性是否相反以及判断β模电流分量和β模电压分量两者波头极性是否相反，在判断结果为有任意一对模量的波头极性相反的情况下，就进入步骤220，在判断结果为两对模量的波头极性都相同的情况下，就进入步骤222。

在步骤220，确定该条线路出现故障，给出跳闸信号。

在步骤222，确定该条线路未出现故障，装置复归。

通过图2所示的实施例，三相电流电压互感器对线路中的三相电流电压值进行采样，获取零模电流分量和零模电压分量以及线模电流分量和线模电压分量的波头极性，选择比较哪种分量的波头极性，能够灵敏和可靠地判断线路是否发生故障。

图3示出了当现场安装零序电流、电压互感器时，根据本发明的实施例的单相接地继电保护装置的故障检测流程图。

与图2表示的单相接地继电保护装置检测单相接地故障的流程类似，区别在于该实施例中直接使用零序电流互感器和零序电压互感器直接得到零模电流分量和零模电压分量。

在步骤302，零序电流电压互感器获取零模电流分量值和零模电压分量值。

在步骤304，小波变换模块1044将零模电流分量和零模电压分量分别进行小波变换，获得各自的小波变换系数。小波变换方法和变换后的零模电流电压类似于图1、图2中表示的小波变换方法和变化后的零模电流和零模电压，在此不在赘述。

在步骤306，模极大值提取模块1046求得零模电流分量和零模电压分量的小波变换模极大值，获得模极大值的方法类似于图2所示的实施例。

在步骤308，波头极性确定模块1048获得零模电流分量和零模电压分量的波头极性，故障判定模块比较两者的波头极性关系。

在步骤310，判断两者的波头极性是否相反，在判断结果为是的情况下，进入步骤312，在判断结果为否的情况下，进入步骤314。

在步骤312，确定本条线路出现故障，给出跳闸信号。

在步骤314，确定本条线路未出现故障，装置复归。

根据图3所示的技术方案，通过零序电流互感器和零序电压互感器直接获取零模电流分量和零模电压分量，求得零模电流分量的波头极性和零模电压分量的波头极性，通过比较两者之间的波头极性，可以灵敏和可靠地判断线路是否发生故障。

图4示出了当现场安装A、C两相电流、电压互感器时，根据本发明的实施例的单相接地继电保护装置的故障检测流程图。

该实施例中的技术方案与图2和图3所表示的技术方案类似，区别在于，其采用两相电流互感器和两相电压互感器获取两相电流、电压值，在实施例中假设采用A、C两相电流互感器和A、C两相电压互感器获取A、C两相电流和电压。

如图4所示，在步骤402，在线路正常运行状况下，A、C两相电流互感器和A、C两相电压互感器进行实时采样，分别获取两相电流采样值I_a、I_c和两相电压采样值U_a、U_c，采样频率可以为400kHz。

在步骤404，当线路发生故障时，对所采集的两相线路电流采样值I_a、I_c、以及两相线路电压采样值U_a、U_c经相模转换模块1042进行相模转换得到电流暂态行波γ模电流分量I_γ、β模电流分量I_β和电压暂态行波γ模电流分量U_γ、β模电压分量U_β，其中，

在步骤406，小波变换模块1044对γ模电流分量和γ模电压分量以及β模电流分量和β模电压分量分别进行小波变换，获取小波变换系数，具体的变换方法类似于图1、图2和图3所示的小波变换方法，在此不再赘述。

在步骤408，模极大值提取模块1046获取电流和电压的小波变换系数模极大值，波头极性确定模块1048根据电流和电压的模极大值，得到γ模电流分量和γ模电压分量以及β模电流分量和β模电压分量的波头极性，求模极大值的方法类似于图1、图2和图3所示的方法，在此也不再赘述。

在步骤410，故障判定模块106比较γ模电流分量和γ模电压分量的波头极性和β模电流分量和β模电压分量的波头极性。

在步骤412，故障判定模块106判断γ模电流分量和γ模电压分量两者的波头极性和β模电流分量和β模电压分量两者的波头极性，在判断结果为有任意一对的波头极性相反的情况下就进入步骤414，在判断结果为两对波头极性都相同的情况下，就进入步骤416。

在步骤414，确定本条线路出现故障，给出跳闸信号。

在步骤416，确定本条线路未出现故障，装置复归。

综上，针对于配电网中性点非有效接地系统单相接地问题，提出了根据本发明的实施例的技术方案，通过小波变换模块对获取的电流暂态行波模量和电压暂态行波模量分别进行小波变换，模极大值提取模块求得对应的小波变换系数的模极大值，然后波头极性确定模块根据对应的模极大值的波头极性来确定电流暂态初始行波和电压暂态初始行波的波头极性。故障判定模块通过比较电流暂态行波模量波头极性和电压暂态行波模量波头极性，来确定线路是否发生故障。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种单相接地继电保护装置，其特征在于，包括：

信号采集模块，用于采集线路的电流暂态行波和电压暂态行波；

信号处理模块，用于分别从所述电流暂态行波和所述电压暂态行波获取所述电流暂态行波模量的波头极性和所述电压暂态行波模量的波头极性；

故障判定模块，用于比较由所述信号处理模块获取的所述电流暂态行波模量的波头极性和所述电压暂态行波模量的波头极性，确定是否发生所述单相接地故障；

开出模块，用于将所述故障判定模块的输出开出；

电源模块，用于为所述单相接地继电保护装置提供电源。

2.根据权利要求1所述的单相接地继电保护装置，其特征在于，所述信号处理模块包括：

相模转换模块，用于将所述电流暂态行波转换成所述电流暂态行波模量，将所述电压暂态行波转换成所述电压暂态行波模量；

小波变换模块，用于将所述电流暂态行波模量和所述电压暂态行波模量分别进行小波变换，分别得到所述电流暂态行波模量的小波变换系数和所述电压暂态行波模量的小波变换系数；

模极大值提取模块，用于根据所述电流暂态行波模量的小波变换系数得到电流的小波变换模极大值，根据所述电压暂态行波模量的小波变换系数得到电压的小波变换模极大值；

波头极性确定模块，用于根据所述电流的小波变换模极大值来确定所述电流暂态行波模量的波头极性，根据所述电压的小波变换模极大值来确定所述电压暂态行波模量的波头极性。

3.根据权利要求2所述的单相接地继电保护装置，其特征在于，所述小波变换模块采用三次中心B样条函数的导函数作为小波函数，小波系数序列{h_k}_k∈z，{g_k}_k∈z为：

{h_k}_k∈z＝(0.125，0.375，0.375，0.125)(k＝-1，0，1，2)，

{g_k}_k∈z＝(-2，2)(k＝0，1)，

经过所述小波变换模块的所述小波变换后，将所述电流暂态行波模量分解成以下形式：

$\left\{\begin{array}{c}{A}_{2^j}i\left(n\right)=\underset{k}{\mathrm{\Σ}}{h}_k{A}_{2^{j-1}}i(n-2^{j-1}k)\\ W_{2^j}i\left(n\right)=\underset{k}{\mathrm{\Σ}}{g}_k{A}_{2^{j-1}}i(n-2^{j-1}k)\end{array}\right.,$

其中，为所述电流暂态行波模量i(n)的小波逼近系数，

为所述电流暂态行波模量i(n)的小波变换系数。

经过所述小波变换模块的所述小波变换后，将所述电压暂态行波模量分解成以下形式：

$\left\{\begin{array}{c}{A}_{2^j}u\left(n\right)=\underset{k}{\mathrm{\Σ}}{h}_k{A}_{2^{j-1}}u(n-2^{j-1}k)\\ W_{2^j}u\left(n\right)=\underset{k}{\mathrm{\Σ}}{g}_k{A}_{2^{j-1}}u(n-2^{j-1}k)\end{array}\right.,$

其中，

为所述电压暂态行波模量u(n)的小波逼近系数，

为所述电压暂态行波模量u(n)的小波变换系数。

4.根据权利要求3所述的单相接地继电保护装置，其特征在于，所述模极大值提取模块判定所述小波变换系数的模极大值的规则为：

对于任意给定的正数ε＞0，当满足|n-n₀|＜ε时，对任意的n≠n₀，有

成立，

称为所述电流暂态行波模量的所述小波变换系数的模极大值；

对于任意给定的正数ε＞0，当满足|n-n₀|＜ε时，对任意的n≠n₀，有成立，

称为所述电压暂态行波模量的所述小波变换系数的模极大值。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的单相接地继电保护装置，其特征在于，经过所述相模转换模块的所述相模转换之后，所述电流暂态行波模量包括零模电流分量I₀、α模电流分量I_α、β模电流分量I_β和γ模电流分量I_γ中的任一种或其组合；所述电压暂态行波模量包括零模电压分量U₀、α模电压分量U_α、β模电压分量U_β和γ模电压分量U_γ中的任一种或其组合。

6.根据权利要求5所述的单相接地继电保护装置，其特征在于，所述故障判定模块在判定所述零模电流分量I₀与所述零模电压分量U₀的波头极性相反时，确定所述线路故障，否则，确定所述线路未发生故障。

7.根据权利要求5所述的单相接地继电保护装置，其特征在于，所述故障判断模块在判定所述α模电流分量I_α或β模电流分量I_β中任意一个与相对应的所述电压暂态行波模量的波头极性相反时，确定所述线路故障；在确定所述α模电流分量I_α和所述β模电流分量I_β与相对应的所述电压暂态行波模量的波头极性均相同时，确定所述线路未发生故障。

8.根据权利要求5所述的单相接地继电保护装置，其特征在于，所述故障判定模块在判定所述β模电流分量I_β或所述γ模电流分量I_γ中任意一个与相对应的所述电压暂态行波模量的波头极性相反时，确定所述线路故障；在确定所述β模电流分量I_β和γ模电流分量I_γ与相对应的所述电压暂态行波模量的波头极性均相同时，确定所述线路未发生故障。

Images