[發明專利]煤礦配電網單相接地故障選線方法

在審

• 申請號: 202210701407.1
• 申請日: 2022-06-21
• 公開（公告）號: CN115166412A
• 公開（公告）日: 2022-10-11
• 發明（設計）人: 程衛健;史小軍;張德正;文敬忠;陳雯雅;榮相;于鑠航;穆艷祥;杜雙濤;宋紅衛;徐志飛
• 申請（專利權）人: 天地（常州）自動化股份有限公司;中煤科工集團常州研究院有限公司
• 主分類號: G01R31/08
• 分類號: G01R31/08
• 代理公司: 常州聯正專利代理事務所(普通合伙) 32546
• 代理人: 張岳

本發明涉及一種煤礦配電網單相接地故障選線方法，基于精細復合多尺度散布熵和核模糊C均值聚類算法，包括：當母線零序電壓超過額度電壓的15％時，啟動選線程序；計算各饋線故障后暫態零序電流的精細復合多尺度散布熵值；采用核模糊C均值聚類算法對各饋線的熵值計算結果進行聚類分析；計算聚類結果中各簇數據的平均輪廓系數；當各簇平均輪廓系數中的最小值大于閾值時，判定故障點位于饋線上，否則判定為故障點位于母線上；若故障點位于饋線上，則根據隸屬度矩陣判定故障線路。本發明準確性不受故障線路、故障位置、故障合閘角及接地電阻等因素的影響；在噪聲干擾、采樣不同步及故障線路零序電流極性反向等情況下，本發明仍可實現正確選線。

技術領域

本發明涉及煤礦電網故障選線領域，特別涉及一種基于精細復合多尺度散布熵和核模糊C均值聚類算法的煤礦配電網單相接地故障選線方法。

背景技術

諧振接地系統在煤礦電網中廣泛應用，其主要特點是中性點經消弧線圈接地。當發生單相接地故障時，消弧線圈將產生感應電流，可在很大程度上補償饋線的對地電容電流，減少故障電流的損害。諧振接地系統發生單相接地故障后三相線電壓仍保持對稱，理論上可繼續運行1～2小時。但非故障相對地電壓將升高為原來的倍，威脅系統運行安全。煤礦電網長時間帶故障運行，將使得絕緣破壞，引起火花，不僅加大相間短路和人身觸電的風險，甚至存在引爆瓦斯的可能。對于煤礦電網，應快速、準確地篩選并切斷故障線路，以滿足安全供電的要求。然而，消弧線圈的補償作用使故障信號的幅值更為微弱、成分更為復雜，并可能使零序故障電流的方向發生反轉，從而加大了故障選線的難度。

故障選線方法主要包括注入法、穩態法和暫態法三大類。注入法向系統注入額外的信號，從而通過對該信號的檢測以實現故障選線。此類方法需要額外的硬件配置，實現較為困難，成本較高，且可能影響系統的安全可靠運行。穩態法基于故障后的穩態電氣量進行選線，當穩態量幅值較小或負載不平衡時選線準確性較低，不適用于諧振接地系統。由于故障暫態信息具有特征豐富、幅值較大等優點，基于暫態量的選線方法逐漸成為當前的研究熱點。暫態法多以各饋線暫態零序電流在幅值、極性和波形上的差異做為選線依據。然而諧振接地系統故障電流幅值較小，不利于故障選線。故障線路暫態零序電流的極性與消弧線圈的參數相關，基于電流極性差異的選線方法適用性有限。基于電流波形相似度的選線方法在采樣不同步時難以得到正確結果。

發明內容

本發明是針對現有故障選線方法的局限，提出了一種基于基于精細復合多尺度散布熵和核模糊C均值聚類算法的煤礦配電網單相接地故障選線方法，以解決現有選線方法在采用諧振接地系統的煤礦配電網發生單相接地故障時難以準確選擇故障線路的問題。

本發明是通過如下技術方案實現的：

一種基于精細復合多尺度散布熵和核模糊C均值聚類算法的煤礦配電網單相接地故障選線方法，具體包括如下步驟：

步驟1：通過零序互感器監測并記錄配電網中各線路的零序電壓、電流信號，當母線的零序電壓值超過額度電壓的15％則判斷故障發生，啟動選線流程。

步驟2：提取故障后各饋線的暫態零序電流信號，分別計算精細復合多尺度散布熵值。

步驟3：采用核模糊C均值聚類算法對各饋線的熵值計算結果進行聚類分析。

步驟4：計算聚類結果中各簇數據的平均輪廓系數。

步驟5：當各簇平均輪廓系數中的最小值亦大于閾值時，判定故障點位于饋線上，否則判定為故障點位于母線上，本發明中該閾值為0.9。

步驟6：若故障點位于饋線上，故障線路的聚類結果被單獨劃分為一簇，其他非故障線路被劃分為另一簇，因此可通過隸屬度矩陣U找到被單獨劃分為一簇的那組數據所對應的線路即為故障線路。

進一步具體限定，所述步驟2中精細復合多尺度散布熵值的計算包括以下分步驟：