一种中性点经ZnO非线性电阻接地方式的故障识别方法技术领域
本发明属于电力系统继电保护领域，涉及一种中性点经ZnO非线性电阻接地方式
的故障识别方法。
背景技术
电力系统中性点接地运行方式是一个涉及供电可靠性、人身设备安全、绝缘水平、
过电压保护、继电保护等多方面的综合性技术问题。新型接地方式中中性点经ZnO非线性电
阻接地在电网正常运行时，非线性电阻工作在低电场区，呈现高阻值，相当于一无穷大的电
阻，从而电网相当于中性点不接地运行；当电网处于故障状态时，非线性电阻工作在中电场
区，相当于一阻值比较低的电阻，电网中性点相当于电阻接地运行，因此，它兼顾了两种接
地方式的优点。
随着中性点经ZnO非线性电阻接地系统的发展，现有配网的继电保护整定以及发
生不同故障时，ZnO非线性电阻与继电保护装置的时间配合都存在问题，因此需要一种能够
识别中性点经ZnO非线性电阻接线系统的故障，并能够实现对中性点经ZnO非线性电阻接线
系统进行保护的方法。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种中性点经ZnO非线性电
阻接地方式的故障识别方法，该方法能够识别中性点经ZnO非线性电阻接地系统的故障，并
且能够保护中性点经ZnO非线性电阻接地系统。
为达到上述目的，本发明所述的中性点经ZnO非线性电阻接地方式的故障识别方
法包括以下步骤：
1)实时采集中性点经ZnO非线性电阻接地系统的零序电流，判断中性点经ZnO非线
性电阻接地系统的零序电流是否出现异常，当中性点经ZnO非线性电阻接地系统的零序电
流出现异常时，则对中性点经ZnO非线性电阻接地系统的零序电流利用Daubechies6小波进
行多尺度分析，得不同尺度下的细节系数；
2)每隔一个时间窗计算一次不同尺度下的细节系数的能量，其中，E1为第一个时
间窗计算得到的不同尺度下的细节系数的能量，Ek为第k个时间窗计算得到的不同尺度下
的细节系数的能量，k≥2；
当E1/Ek、E1/Ek+1，…，E1/Ek+m均大于预设故障值时，m为正整数，则中性点经ZnO非线
性电阻接地系统发生永久性故障，继电保护装置动作跳开，实现对中性点经ZnO非线性电阻
接地系统的保护；
当E1/Ei E1/Ei+1，…，E1/Ek+m均大于0且小于等于预设故障值时，则中性点经ZnO非
线性电阻接地系统发生间歇性孤光接地故障或可能发展为永久性故障，此时当间隔1s后中
性点经ZnO非线性电阻接地系统的零序电流仍然出现异常时，则中性点经ZnO非线性电阻接
地系统发生永久性故障，继电保护装置动作跳开，实现对中性点经ZnO非线性电阻接地系统
的保护；当间隔1s后中性点经ZnO非线性电阻接地系统的零序电流没有出现异常时，但间隔
若干时间后ZnO非线性电阻接地系统的零序电流出现异常时，则继电保护装置动作跳开，实
现对中性点经ZnO非线性电阻接地系统的保护。
所述预设故障值为10。
时间窗为10ms内的第i个时间窗计算得到的不同尺度下的细节系数的能量Ei的表
达式为：
其中，f为采样频率100kHz，n为发生故障的采样点，ΔT为时间窗，Dk为小波变换2k
尺度下的细节部分系数。
步骤2)中的时间窗为10ms。
m等于2。
本发明具有以下有益效果：
本发明所述的中性点经ZnO非线性电阻接地方式的故障识别方法在具体操作时，
基于ZnO非线性电阻作用的有效性，利用Daubechies6小波对中性点经ZnO非线性电阻接地
系统的零序电流进行多尺度分析，得到不同尺度下的细节系统，并计算不同时间窗中不同
尺度下的细节系数的能量，再根据计算得到不同时间窗中不同尺度下的细节系数的能量判
断中性点经ZnO非线性电阻接地系统的故障类型，当中性点经ZnO非线性电阻接地系统发生
永久性故障时或中性点经ZnO非线性电阻接地系统间隔出现故障时，则启动继电保护装置，
实现对中性点经ZnO非线性电阻接地系统的保护，操作较为简单，时效性较强。
附图说明
图1为本发明中故障识别用到的小波变换多尺度分析原理图；
图2(a)为ZnO非线性电阻与单相接地故障作用图；
图2(b)为本发明的流程图；
图3(a1)为单相接地故障零序电流Db6尺度下的原始波形图；
图3(a2)为单相接地故障零序电流Db6尺度下的原始波形的21细节系数曲线；
图3(a3)为单相接地故障零序电流Db6尺度下的原始波形的22细节系数曲线；
图3(a4)为单相接地故障零序电流Db6尺度下的原始波形的23细节系数曲线；
图3(a5)为单相接地故障零序电流Db6尺度下的原始波形的24细节系数曲线；
图3(a6)为单相接地故障零序电流Db6尺度下的原始波形的25细节系数曲线；
图3(b1)为高阻接地故障零序电流Db6尺度下的原始波形图；
图3(b2)为高阻接地故障零序电流Db6尺度下的原始波形的21细节系数曲线；
图3(b3)为高阻接地故障零序电流Db6尺度下的原始波形的22细节系数曲线；
图3(b4)为高阻接地故障零序电流Db6尺度下的原始波形的23细节系数曲线；
图3(b5)为高阻接地故障零序电流Db6尺度下的原始波形的24细节系数曲线；
图3(b6)为高阻接地故障零序电流Db6尺度下的原始波形的25细节系数曲线；
图3(c1)为间歇性弧光接地零序电流Db6尺度下的原始波形图；
图3(c2)为间歇性弧光接地零序电流Db6尺度下的原始波形的21细节系数曲线；
图3(c3)为间歇性弧光接地零序电流Db6尺度下的原始波形的22细节系数曲线；
图3(c4)为间歇性弧光接地零序电流Db6尺度下的原始波形的23细节系数曲线；
图3(c5)为间歇性弧光接地零序电流Db6尺度下的原始波形的24细节系数曲线；
图3(c6)为间歇性弧光接地零序电流Db6尺度下的原始波形的25细节系数曲线。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
本发明所述的中性点经ZnO非线性电阻接地方式的故障识别方法，其特征在于，包
括以下步骤：
1)实时采集中性点经ZnO非线性电阻接地系统的零序电流，判断中性点经ZnO非线
性电阻接地系统的零序电流是否出现异常，当中性点经ZnO非线性电阻接地系统的零序电
流出现异常时，则对中性点经ZnO非线性电阻接地系统的零序电流利用Daubechies6小波进
行多尺度分析，得不同尺度下的细节系数；
2)每隔一个时间窗计算一次不同尺度下的细节系数的能量，其中，E1为第一个时
间窗计算得到的不同尺度下的细节系数的能量，Ek为第k个时间窗计算得到的不同尺度下
的细节系数的能量，k≥2；
当E1/Ek、E1/Ek+1，…，E1/Ek+m均大于预设故障值时，m为正整数，则中性点经ZnO非线
性电阻接地系统发生永久性故障，继电保护装置动作跳开，实现对中性点经ZnO非线性电阻
接地系统的保护；
当E1/Ei E1/Ei+1，…，E1/Ek+m均大于0且小于等于预设故障值时，则中性点经ZnO非
线性电阻接地系统发生间歇性孤光接地故障或可能发展为永久性故障，此时当间隔1s后中
性点经ZnO非线性电阻接地系统的零序电流仍然出现异常时，则中性点经ZnO非线性电阻接
地系统发生永久性故障，继电保护装置动作跳开，实现对中性点经ZnO非线性电阻接地系统
的保护；当间隔1s后中性点经ZnO非线性电阻接地系统的零序电流没有出现异常时，但间隔
若干时间后ZnO非线性电阻接地系统的零序电流出现异常时，则继电保护装置动作跳开，实
现对中性点经ZnO非线性电阻接地系统的保护。
所述预设故障值为10。
时间窗为10ms内的第i个时间窗计算得到的不同尺度下的细节系数的能量Ei的表
达式为：
其中，f为采样频率100kHz，n为发生故障的采样点，ΔT为时间窗，Dk为小波变换2k
尺度下的细节部分系数。
步骤2)中的时间窗为10ms。
m等于2。
参考图1，基于多尺度分析的小波变换利用小波基将信号分解为不同尺度下的各
个分量，其实现过程相当于重复使用高通滤波器及低通滤波器对信号进行不断分解，通过
高通滤波器及低通滤波器后信号被分解为低频分量及高频分量，通常低频分量表现出信号
的大致特性，用A1表示低频分量；而高频分量则表现出信号的细节特性，用D1表示高频分量；
然后对低频分量使用高通滤波器及低通滤波器对信号进行不断分解，得到下一层的高频分
量及低频分量，然后将下一层得到的高频分量记作D2，将下一层得到的低频分量记作A2，则
分解关系为S＝A2+D2+D1，依次类推。
参考2(a)，根据ZnO非线性电阻作用的有效性将单相接地故障分为瞬时性故障及
永久性故障，其中，瞬时性故障包括间歇性弧光接地故障及自熄性弧光接地故障，瞬时性故
障在中性点经ZnO非线性电阻接地系统中，经过ZnO非线性电阻的作用故障可自动消除；永
久性故障划分为两种：第一种为刚开始绝缘就被击穿，没有发展过或检测不到异常，如高阻
接地故障，第一种永久性故障发生后ZnO非线性电阻不起作用，需要继电保护装置立刻动作
跳开故障线路，第二种永久性故障的发展过程为间歇性电弧接地-稳定电弧接地-金属性接
地，根据实测，间歇性电弧接地持续时间可达0.2～2s，稳定性电弧接地持续时间可达2～
10s；最后故障点被燃烧成金属性接地，即所谓永久性故障接地，对于这种故障，ZnO非线性
电阻作用加快发展过程，使其发展时间被迅速缩短、零序电流增大且更易识别，最终可通过
继电保护装置动作跳开故障线路。
图3(a1)-图3(a6)、图3(b1)-图3(b6)及图3(c1)-图3(c6)分别为永久性故障、高阻
故障、间歇性弧光接地故障的零序电流Db6尺度下的原始波形、21、22、23、24、25细节系数。
对于单相接地故障，由图3(a1)-图3(a6)可知存在一个明显的突变点，这是因为故
障初期存在一定的高频暂态分量，但是其衰减很快且各尺度下均呈现持续衰减的趋势，由
于中性点加入ZnO非线性电阻，使得原始波形发生了不同程度的畸变。
高阻接地故障，如图图3(b1)-图3(b6)所示，其故障特征与单相接地故障类似，在
故障初期包含高频暂态分量，衰减较快，由于故障点过渡电阻较大，因此各尺度下零序电流
幅值较小。
间歇性弧光接地故障，如图图3(c1)-图3(c6)所示，存在六个明显的突变点，这是
因为6次燃熄弧时都会引发高频振荡，在燃熄弧点前、突变幅值较小的部分是由于中性点电
压低于或高于ZnO非线性电阻启动电压时，ZnO非线性电阻在小电阻与大电阻状态互相转换
时引发。虽然同样存在衰减现象，但其衰减较慢。
实施例一
1)分别对中性点经ZnO非线性电阻接地系统下发生的单相接地故障、高阻故障、间
歇性弧光接地故障的零序电流波形进行采集，采样频率为100kHz，利用Db6小波对零序电流
进行5层分解，得到21、22、23、24、25下细节部分，结果如图3所示；
2)每隔一个时间窗(10ms)计算一次不同尺度下细节系数的能量，结果如表11、表
12、表13、表21、表22、表23、表31、表32及表33 所示，将第一个时间窗的细节系数能量与后
几个时间窗的细节系数能量进行比值，比值Ji>10三次，判定发生永久性故障，继电保护装
置启动，其中，表11、表12及表13为线路末端故障23、24、25细节系数的能量，具体的，表11为
23(6250Hz～12.5kHz)的细节系数能量，表12为24(3125Hz～6250Hz)的细节系数能量，表13
为25(1562.5Hz～3125Hz)的细节系数能量；表21、表22及表23为线路中点故障23、24、25细节
系数的能量，具体的，表21为23(6250Hz～12.5kHz)的细节系数能量，表22为24(3125Hz～
6250Hz)的细节系数能量，表23为25(1562.5Hz～3125Hz)的细节系数能量，表31、表32及表
33为线路首端故障23、24、25细节系数的能量，具体的，表31为23(6250Hz～12.5kHz)的细节
系数能量，表32为24(3125Hz～6250Hz)的细节系数能量，表33为25(1562.5Hz～3125Hz)的细
节系数能量。
表11
表12
表13
表21
表22
表23
表31
表32
表33
3)当能量之比出现异常，并且第一个时间窗与后三个时间窗的比值Ji都大于0小
于或等于10，则认为发生间歇性弧光接地故障或可能发展成永久性故障，不论零序电流能
否达到整定值要求均延时1s，这段时间内通过ZnO非线性电阻的作用限制暂态过程的发展
或加速永久性故障的发展过程，若1s后零序电流存在，则判定为永久性故障，继电保护装置
动作；若1s后零序电流为0则认为故障消除，如果同一条线路过段时间后又检测到异样，则
无论是永久性故障还是间歇性弧光接地故障，相应的继电保护装置动作跳开。