小波方式在超高壓輸電線行波故障測距中-應用

1、小波方式在超高壓輸電線行波故障測距中-應用            摘要：輸電線路發(fā)生故障后將產生向變電站母線運動的行波，因此可以在母線處采集并記錄故障電流行波，利用小波變換快速算法即可實現輸電線路的精確故障測距。但由于輸電線路故障電流信號中具有很強的突變信息，因此須用小波變換對實變信號進行奇異性檢測，從而將奇異信號發(fā)生的時刻轉換為故障距離。文章通過EMTP仿真計算及對結果的詳盡分析，提出了一種利用小波變換模極大值的傳播來計算故障距離的新方法。仿真試驗表明了該方法具有較高的測距

2、精度。 關鍵詞：小波變換 輸電線路 奇異性 故障測距 電力系統(tǒng) 繼電保護  1  引言    超高壓輸電線路故障測距方法目前主要有兩類1,2：阻抗法和行波法。    阻抗算法是建立在工頻電氣量基礎之上的，是通過求解以差分或微分形式表示的電壓平衡方程，計算故障點與測距裝置安裝處之間的線路電抗，進而折算出故障距離的測距方法。根據所使用的電氣量，阻抗算法可分為單端電氣量算法和雙端電氣量算法。不管用哪種算法，由于受保護用互感器的誤差和過渡阻抗等因素的影響，阻抗算法往往不能滿足對故障測距的精度要求。  &

3、#160; 行波測距法的基礎是行波在輸電線路上有固定的傳播速度（接近光速）。根據這一特點，測量和記錄線路發(fā)生故障時由故障點產生的行波到達母線的時間可實現精確故障測距。早期行波法使用的是電壓行波，而理論和實踐證明普通的電容分壓式電壓互感器不能轉換頻率高達數百kHz的行波信號，為了獲取電壓行波則需要裝設專門的行波耦合設備，因而使得裝置構成復雜、投資大，而且缺乏測量和記錄行波信號的技術條件，也沒有合適的數學方法來分析行波信號，因此制約了行波測距的研究和發(fā)展。    小波分析3作為數學學科的一個分支，以其理論上的完美性和應用上的廣泛性，受到科學界、工程界的重視。目前，小波

4、分析也逐步應用于電力系統(tǒng)?？梢赃\用小波變換來分解由故障錄波得到的具有奇異性、瞬時性的電流、電壓信號，在不同尺度上反映故障信號，根據得到的故障信號特性確定合適的距離函數，進而求解出引起此信號突變的故障時間和地點，實現故障定位。2  電力線路的數學模型    嚴格來說，電力線路的參數是均勻分布的，即使是極短的一段線路，都有相應大小的電阻、電抗、電納、電導（如圖1）。在一般情況下，需分析的往往只是其端點狀況¾¾二端電壓、電流和功率。通?？刹豢紤]線路的分布參數特性，只有在特殊情況下才用雙曲函數研究具有均勻分布參數的線路。  

5、;  如果存在，f在x0a,b不是Lipschitz ，則函數f(t):a,bR在點x0a,b是奇異的。    信號奇異度定義如下：    設函數f(t):a,bR,x0a,b , 令0=sup,f在x0是Lipschitz ，則稱f在x0處的Lipschitz 奇異度為0。    顯然=1時，函數（信號）是連續(xù)可導的；當0<<1時，函數的光滑性降低，當=0時只連續(xù)。越小，f(t)在t0處的奇異性程度越高。這類函數（信號）在電力系統(tǒng)的有關信號研究中經常出現，并且往往可用信號的奇異性來

6、確定故障發(fā)生的時間和原因。小波變換快速算法可以有效地提出故障行波的奇異性。    圖1線路中，A相接地故障時，繼電保護安裝處A相的電流采樣值分別為，變換公式為4  仿真實驗4.1  故障測距模型的建立    如前所述，本文方法是利用行波進行測距的，所建立的雙端電源系統(tǒng)和線路模型采用了分布參數，如圖3所示。圖中2、3、4、5為母線，6為A相單相接地故障處，為方便處理，也看作為假定的母線，Rg為接地過渡電阻，母線處的小方塊為保護裝置。線路長D2=300km，故障發(fā)生處6與母線2間的距離為D0，待定。母線5和2之間的線路

7、為用作比較的線路，長度為50km，其分布參數L1=2.0×10-3 H/km，C1=C0。母線4和3間的線路為折射線路，其參數為L2=L1=2.0×10-3H/km,C2=C0=1.0×10-6F/km。在各母線處均安裝了電流電壓互感器，用于采集線路狀態(tài)量。EMTP的采樣頻率為10kHZ。4.2  EMTP仿真結果    設置故障點在距母線2為150km處，采樣頻率10kHz，選擇Daubechies 3階正交小波。經過小波變換后的信號如圖4所示。    圖4中共有3條圖線，第1條圖線為線路（母

8、線2至母線4）在6處發(fā)生A相接地短路時，在母線2處測得的系列采樣數據形成的電流波形；第2條圖線為對該故障行波電流進行1次小波變換的細節(jié)（高頻）信息圖線；第3條為對相鄰線路（母線5至母線2） A相電流（既發(fā)生故障時相鄰線路的行波電流）進行1次小波變換的細節(jié)信息圖線，用作比較。圖中、和表示故障后的時刻。在時刻前系統(tǒng)是正常運行狀態(tài)，波形非常平穩(wěn)。在時刻處，線路母線2至母線4之間的線路發(fā)生A相接地故障，A相電流突變，故小波分析得到第1個模的極大值。爾后，行波開始從故障點向母線2傳輸，在時刻處到達，形成突變，小波分析得到第2個模極大值。此后行波發(fā)生折射和反射。折射波繼續(xù)沿線路從母線2行進到母線5，再反射回母線2，對應圖中時刻處突變及模極大值；而反射波回到故障點后又1次反射，在時刻處再次到達母線2，形成突變。    實際得到t2和t4之間的間隔為100個采樣間隔