低壓配電網(wǎng)單相接地故障選線方法的研究

1、低壓配電網(wǎng)單相接地故障選線方法的研究    關(guān)鍵詞:接地故障;小波變換;系數(shù);MATLAB 前言 我國低壓配電網(wǎng)廣泛采用中性點不接地系統(tǒng)或是經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng),并且系統(tǒng)單相接地故障率較高,但其故障選線和測距至今未能很好地解決。究其原因,主要體現(xiàn)為故障電流太小,特征不明顯。隨著低壓配電網(wǎng)自動化水平的提高,系統(tǒng)單相接地故障選線問題迫切需要解決。 1、低壓配電網(wǎng)發(fā)生單相接地故障的暫態(tài)特征 低壓配電網(wǎng)發(fā)生單相接地故障后,不論該系統(tǒng)的中性點是不接地還是經(jīng)消弧線圈接地,故障初期的暫態(tài)電流的幅值和頻率均主要由暫態(tài)電容電流所確定,故低壓配電網(wǎng)單相接地故障時暫態(tài)零序電流分

2、量有以下特點: (1)線路故障時,所有非故障線路零序電流的方向相同,它們與故障線路的零序電流方向相反,且故障線路的暫態(tài)零序電流的幅值較非故障線路大。 (2)母線故障時,所有線路的零序電流的極性都相同。 (3)暫態(tài)電流的數(shù)值較穩(wěn)態(tài)值大很多,且持續(xù)時間短,約為0.51.O個工頻周波。 由暫態(tài)過程的特征分析可知,低壓配電網(wǎng)發(fā)生單相接地故障時,其暫態(tài)分量中存在著豐富的故障信息,又因為故障時的暫態(tài)過程不受接地方式的影響,即中性點不接地系統(tǒng)和中性點經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)故障時的暫態(tài)過程基本是相同的,因此,暫態(tài)分量在故障檢測中有著非常重要的意義。 2、小波理論 2.1 概述 小波分析是在傅立葉變換基礎(chǔ)上發(fā)展起來

3、的一種信號處理方法,它克服了傅立葉變換不能對信號同時進行時頻局部化分析的缺點,可以對信號進行精細(xì)分析。小波對劇烈變化的信號非常敏感,因此信號的突變點投影到小波域中,將對應(yīng)于小波變換系數(shù)模的極值點或過零點,而且信號奇異性的大小同小波變換系數(shù)極值隨尺度的變化規(guī)模具有對應(yīng)關(guān)系,所以小波變換具有檢測信號奇異性的功能。小波變換用于檢測信號的奇異性是小波理論一個很重要的應(yīng)用。 2.2 小波函數(shù)的選擇 目前并沒有一個公認(rèn)的原則來選擇小波函數(shù),實際中的主要根據(jù)是用小波分析方法處理信號的結(jié)果與理論結(jié)果的誤差來判定小波基的好壞,并由此選定小波基。但在眾多小波基函數(shù)的家族中,有一些小波函數(shù)被實踐證明是非常有用的。d

4、bN小波系是工程上應(yīng)用較多的小波函數(shù),這一小波系的特點是隨著序號N的增大,時域支集變長,時間局部性較差;同時,正則性增加,頻域局部性變好。在實際應(yīng)用過程中根據(jù)側(cè)重點的不同選擇合適的小波。本文選用dbl5小波,并采用尺度5進行小波分解。 3、小波變換選線原理 單相接地時,故障電壓和電流的暫態(tài)過程持續(xù)時間非常短,故障后的暫態(tài)電流分量中包含著豐富的故障信息。零序故障電流中存在著多個頻率的分量,而且故障線路與非故障線路電流,無論從大小還是方向上都存在著區(qū)別。但是,在實際情況下,信號是復(fù)雜而不規(guī)則的,各個頻率的分量相互混疊,同時存在著不可避免的各種干擾和噪聲,因此無法直接根據(jù)它們做出判斷。但是,小波分析

5、作為一種信號處理手段,可以對信號進行精確分析,特別是對暫態(tài)突變信號和微弱信號的變換較為敏感,能可靠地提取故障特征,由此提出了基于小波變換的選線原理:對故障暫態(tài)零序電流進行小波變換,確定各采樣點模值,并逐點比較各條出線零序電流的模值大小和極性,從而判別故障線路。 4、Matlab仿真分析 4.1 仿真系統(tǒng)及建模 中性點不接地系統(tǒng)與中性點經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)的區(qū)別,就在于中性點經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)對故障后的零序電流基波分量有一定程度的補償,使得一些基于穩(wěn)態(tài)分量的選線算法失去意義。但是,對于故障后的暫態(tài)分量而言,消弧線圈起到的補償作用微乎其微。也就是說,對于中性點不接地系統(tǒng)和中性點經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng),其

6、故障后的暫態(tài)分量幾乎沒有什么區(qū)別。因此,本文只建立中性點經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)的模型,而不用另外再對中性點不接地進行系統(tǒng)建模。 4.2 仿真分析 算例1:線路2的A相發(fā)生金屬性接地故障,距離母線8 km,用db15小波對各線路零序電流進行多尺度分析,各線路零序電流的小波變換系數(shù)如圖4.1所示: 從圖4.1我們可以看出:故障線路2上的系數(shù)值大于其它線路的值,且符號相反,由此得出線路2發(fā)生故障的結(jié)論。 算例2:系統(tǒng)母線發(fā)生接地故障,接地電阻為42歐姆,用db15小波對各線路零序電流進行多尺度分析,各線路零序電流的小波變換如圖4.2所示: 圖4.2 零序電流小波變換系數(shù) 從圖4.2可以看出,3條線路的相

7、位相同,從相位關(guān)系可以確定是母線故障。經(jīng)過對不同故障點,不同故障時刻,不同過渡電阻進行大量仿真都可以得到正確結(jié)論,在此不再一一敘述。 5、結(jié)論 低壓配電網(wǎng)單相接地故障選線是多年來一直未能很好解決的一個難題,本文在綜合低壓配電網(wǎng)單相接地時的暫態(tài)故障特征和小波分析理論的基礎(chǔ)上,充分利用故障暫態(tài)信息實現(xiàn)故障選線。小波分析作為一種具有很大發(fā)展?jié)摿Φ默F(xiàn)代信號處理方法,應(yīng)用在低壓配電網(wǎng)單相接地故障選線這種實時性要求不很高的場合,是一種現(xiàn)實的、有益的嘗試。通過大量仿真,我們可以發(fā)現(xiàn),應(yīng)用小波變換對低壓配電網(wǎng)單相接地故障的暫態(tài)特征進行分析,識別故障線路的方法靈敏度高、是準(zhǔn)確、有效的,且靈敏度高,不受接地電阻的影響,是對傳統(tǒng)選線方法的有利補充。        參考文獻 1胡佐.小電流接地系統(tǒng)單相接地故障選線方法與應(yīng)用技術(shù)研究D.長沙:湖南大學(xué),2006. 2徐丙垠,薛永端,李