新型小電流接地故障選線裝置的設(shè)計(jì)

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1、新型小電流接地故障選線裝置的設(shè)計(jì)

2、第1摘　要：在分析了小電流接地系統(tǒng)選線困難的主要原因的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了一種針對(duì)暫態(tài)量算法的新型選線裝置。該裝置采用TMS320VC5402DSP為CPU，很好地滿足了暫態(tài)算法對(duì)硬件的要求，實(shí)驗(yàn)表明本裝置具有很好的應(yīng)用價(jià)值?！　￡P(guān)鍵詞：小電流接地系統(tǒng)；故障選線；暫態(tài)算法引言　　配電網(wǎng)中性點(diǎn)采用小電流接地方式有著一系列的優(yōu)點(diǎn)，所以被很多國家的配電系統(tǒng)采用。但是由于小電流接地電網(wǎng)單相接地時(shí)故障電流非常小，單相接地保護(hù)問題一直沒有很好地解決。事實(shí)上采用常規(guī)繼電保護(hù)裝置根本

3、無法檢測(cè)出故障線路，故障選線必須采用專用選線裝置。這種專用裝置80年代就已經(jīng)在我國誕生，但由于選線問題的復(fù)雜性，這些裝置選線正確率非常低，以至于還得采用手動(dòng)拉路的辦法選線［1］?！　∥覈F(xiàn)有的選線裝置在理論上多采用零序電流高次(以五次為主)諧波原理來實(shí)現(xiàn)故障選線。但是，由于裝置要使用的諧波分量在信號(hào)中所占比例較小，難于分離和提取，以及負(fù)荷的諧波干擾，使基于諧波原理的裝置在實(shí)際運(yùn)行中出現(xiàn)誤判。其余多數(shù)選線方法都是基于故障后的穩(wěn)態(tài)信號(hào)進(jìn)行分析，但小電流接地電網(wǎng)穩(wěn)態(tài)時(shí)的接地電流很小，使基于幅值比較的保

4、護(hù)選線精度降低，基于相位比較的保護(hù)容易誤選［2，3］?！　¤b于存在的這些問題和生產(chǎn)實(shí)際的需要，我們?cè)O(shè)計(jì)了這套故障選線裝置。它利用小波變換提取暫態(tài)突變信號(hào)中的特征分量，應(yīng)用暫態(tài)信息進(jìn)行選線，解決了傳統(tǒng)選線方法利用穩(wěn)態(tài)信息進(jìn)行選線準(zhǔn)確率低的問題，增強(qiáng)了抗干擾能力。此外本裝置適用于所有小電流接地系統(tǒng)，包括只裝設(shè)兩相電流互感器的小電流接地系統(tǒng)，克服了以往提出的多數(shù)選線方法在系統(tǒng)只裝設(shè)兩相電流互感器的情況下失效的缺陷。1系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì)原理1.1選線困難的原因　　小電流接地電網(wǎng)選線困難的主要原因是單相接

5、地時(shí)故障電流為線路對(duì)地電容電流，數(shù)值非常小，在故障前后的變化量非常微弱，此外單相接地故障狀況復(fù)雜,不同系統(tǒng)在饋線長度、中性點(diǎn)接地方式等方面都有較大差異，而且系統(tǒng)運(yùn)行方式多變，要求選線裝置有較高的靈活性和適應(yīng)性［4］。1.2小波算法［5～7］　　小波分析是一種新型時(shí)頻變換理論，它與Fourier分析最大的不同點(diǎn)在于給待處理的信號(hào)加上了一個(gè)“時(shí)頻”窗口，并能根據(jù)信號(hào)頻率高低自動(dòng)調(diào)節(jié)窗口的大小，以確保捕捉到信號(hào)中希望得到的有用信息。同時(shí)小波變換對(duì)于分析突變信號(hào)特別有效。這也是Fourier分析所不及

6、的。由于單相接地故障信號(hào)可能包含許多尖峰或突變部分，同時(shí)也包含有許多噪聲干擾，對(duì)這種非平穩(wěn)信號(hào)的消噪，用傳統(tǒng)的傅立葉變換分析顯得無能為力，因?yàn)楦盗⑷~分析是將信號(hào)完全在頻域中進(jìn)行分析，信號(hào)在時(shí)間軸上的任何一個(gè)突變，都會(huì)影響信號(hào)的整個(gè)譜圖。而小波分析能夠同時(shí)在時(shí)頻域中對(duì)信號(hào)進(jìn)行分析，且有“自動(dòng)變焦”功能，所以它能有效地區(qū)分信號(hào)中的突變部分和噪聲?！?00)this.style.ouseg(this)">　　實(shí)際運(yùn)用中，連續(xù)小波需要離散化。這一離散化是針對(duì)連續(xù)的尺度參數(shù)a和連續(xù)的平移參數(shù)b的，而不是針

7、對(duì)時(shí)間變量t的?！　?duì)應(yīng)的離散小波函數(shù)ψj,k(t)：　500)this.style.ouseg(this)">　　本裝置利用小波變換把一個(gè)信號(hào)分解成不同尺度和位置的小波，選用合適的小波和小波基對(duì)暫態(tài)電流的特征分量進(jìn)行小波變換后，通過比較各回線路暫態(tài)信號(hào)小波變換模極大值原理來實(shí)現(xiàn)故障選線。從幅值上看，非故障線路的電流行波信號(hào)僅為故障線路行波的透射分量，因此相應(yīng)的小波變換模極大值也較小，而故障線路的電流行波信號(hào)在小波變換下，其模極大值最大。采用零序電壓(U0)的變化量啟動(dòng)選線，U0的突變時(shí)刻即為故

8、障發(fā)生時(shí)刻。具體選線方案如下。　　1)由于平行多導(dǎo)線間存在電磁耦合，分析計(jì)算時(shí)可用相模變換對(duì)其進(jìn)行解耦，對(duì)于A、C相故障，取A、C相電流故障前半周期、故障后兩個(gè)周期的電流數(shù)據(jù)并計(jì)算其β模電流［8］；對(duì)于B相故障則取A相電流故障前后各兩周期數(shù)據(jù)并計(jì)算其突變量?！　?)用基于Stein無偏風(fēng)險(xiǎn)估計(jì)理論的閾值選取算法［9］對(duì)n條線路的β模電流（A、C相故障）或A相電流突變量（B相故障）進(jìn)行消噪處理。　　3)然后根據(jù)Mallat算法，使用Daubechies3小波對(duì)消噪后的信號(hào)進(jìn)行多尺度小波變換，各尺度

9、小波變換系數(shù)定義為cdjk(j=1,2,…，x；k=1,2,…，n)。其中，j為分解尺度，x為小波分解頻帶中恰不包含工頻分量的分解尺度，k為線路號(hào)?！　?)分別計(jì)算各回線路｜c(diǎn)djk｜，求出各條線路最大者所在的小波分解尺度j；將j相對(duì)密集的所在子空間定義為選線空間?！　?)分別求出各條線路在同一選線空間中小波變換的模極大值并進(jìn)行比較，取幅值最大的前三個(gè)進(jìn)行比相，若某個(gè)與另外兩個(gè)方向相反，則判斷該線路接地，否則，為母線接地。2系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)2.1硬件原理圖　　為保證上述功能的實(shí)現(xiàn),裝置的功能部件及