基于小波理論和暫態(tài)零序電流比較的小電流接地選線新方法

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1、基于小波理論和暫態(tài)零序電流比較的小電流接地選線新方法王彥文，劉家寧（中囤礦業(yè)大學(xué)（北京）機電與信息工程學(xué)院，北京市，100083）摘要：本文對小電流接地選線裝賈的現(xiàn)狀與選線方法進(jìn)行了分析，提出了-?種新的基于小波分析和暫態(tài)零序電流比幅比相的選線方法。該方法先將電流信兮進(jìn)行小波去噪，然后通過分析計算得到芥線路暫態(tài)零序電流信兮的幅值與極性，并根據(jù)所得信息選出故障線路。該方法在電磁干擾背景下仍能正確選出故障線路，并且不受補償度、故障點以及相角的影響，計算簡單可靠。通過Matlab仿真，成功的驗證了該方法的準(zhǔn)確性與可靠性。關(guān)鍵字：小電流接地系統(tǒng)；故障選線；小波分析；零序暫態(tài)電流1概述在我國3

2、5KV及以下電力系統(tǒng)中，普遍采用屮性點非直接接地方式，因其發(fā)生接地故障吋流過接地點的電流小，所以被稱為小電流接地系統(tǒng)。據(jù)電力部門故障統(tǒng)計報告可知，小電流接地系統(tǒng)發(fā)生平相接地故障的概率很高，約占故障總數(shù)的80%。小電流接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障吋，故障電流的數(shù)值往往比負(fù)荷電流小得多，故障相電壓降為零，非故障相電壓升高為線電壓且中性點發(fā)生位移,但三相之間的線電壓仍然保持對稱，因此對供電負(fù)荷沒有影響，規(guī)程允許系統(tǒng)帶故障繼續(xù)運行1-2小時。但在實際運行過程中，系統(tǒng)長時間帶故障運行，極易產(chǎn)生弧光接地，造成接地故障，引起系統(tǒng)過電壓，進(jìn)而威脅到電力系統(tǒng)的安全。同時對電M絕緣產(chǎn)生破壞作用，達(dá)到一定程度

3、甚至?xí)斐蒄>T爆炸或絕緣閃絡(luò)等危害。由此可見，小電流接地選線裝置對提高供電系統(tǒng)可靠性起著至關(guān)重要的作用，小電流接地選線方法研究及高新性能選線裝置的開發(fā)具有較大的潛力和挑戰(zhàn)性。從20世紀(jì)80年代開始，我國科研人員進(jìn)行了大量的研宂，并提出了多種接地故障選線方法：基波零序電流比幅比相法、基波零序功率方向判別法、首半波法、五次諧波法、信號注入法、殘留增量法等等?；谶@些方法在實際中得應(yīng)川，使得裝置的故障動作準(zhǔn)確率在近年得到大幅提升，但由于選線判據(jù)不充分以及數(shù)據(jù)信兮處理技術(shù)不成熟等原W，現(xiàn)場小電流接地選線裝置誤動的情況還是時有發(fā)牛，特別是在屮性點經(jīng)自動跟蹤消弧線圈接地的系統(tǒng)中［1］。上述多數(shù)

4、的選線方法都是基于故障后的穩(wěn)態(tài)信號進(jìn)行分析，現(xiàn)有的小電流選線裝a在理論上多數(shù)采用岑序也流五次諧波原理和零序電流比幅比向原理進(jìn)行故障選線。但是,由于選線所用的諧波分量在信號中所占比例小，難于提取分離以及電網(wǎng)穩(wěn)態(tài)時的接地電流小，存在負(fù)荷諧波的干擾等原因，使得基于上述兩種原理的選線裝置在運行屮經(jīng)常出現(xiàn)誤判。2基于小波理論的選線方法分析一般情況下，系統(tǒng)發(fā)生接地故障的一段時間之內(nèi)，線路中的暫態(tài)電流比穩(wěn)態(tài)電流大數(shù)十倍，信噪比升高，且不受消弧線圈補償方式的影響，因此，利用暫態(tài)信息的選線判別方法具有很尚的靈敏度和準(zhǔn)確率，適合檢測電弧不穩(wěn)定的接地故障12］。目前，主要的暫態(tài)選線法有暫態(tài)零序電流比較法、

5、首半波法和基于小波分析的選線方法。前者僅改善了穩(wěn)態(tài)選線的電流分￡1小的缺點，但仍然擺脫不了受問歇性電弧的影響［3］。對于首半波法，由于極性關(guān)系正確的時閬非常短，尤其是當(dāng)故障發(fā)生在相電壓過零值時，首半波電流暫態(tài)分量很小，使檢測可靠性較低:4］。并且暫態(tài)分量成分復(fù)雜、袞減速度快以及持續(xù)時間短，為了完整有效的提取暫態(tài)分量，文中采用小波分析的方法。小波分析變換在時域和頻域都具有表征信號某一局部特征的能力，在低頻部分具宥相對較高的頻率分辨率以及較低的時問分辨率;在尚頻部分具有較高的時問分辨率和較低的頻率分辨率，非常適合分析與提取信號屮夾帶的瞬態(tài)暫態(tài)量信息［5］。1此，本文在分析故障暫態(tài)電流特征

6、的基礎(chǔ)上提出Y基于小波去噪和哲態(tài)岑序電流幅值比較相結(jié)合的選線方法。該方法在電磁干擾背景下仍能正確選出故障線路，并且這種方法不受補償度、故障點以及故障相角的影響，計算簡單可靠，尤其適用于配電網(wǎng)中經(jīng)智能化快速消弧線圈的接地系統(tǒng)［61。3單相接地故障信號暫態(tài)量的特征分析及暫態(tài)零序電流的計算（1）暫態(tài)量特征分析下圖是中性點經(jīng)消弧線圈系統(tǒng)單相接地的等值回路。圖中C是電力網(wǎng)的三相對地電容;U是線路和三相變壓器等在網(wǎng)絡(luò)中的等值電感；R0回路的等值電阻（包括線路故障點的接地電阻和弧道電阻），U。為零序電源電壓；K是消弧線圈的有功損耗電阻；L是消弧線圈的電感。首先分析電容電流的暫態(tài)特征，由于自由愆蕩頻

7、率很高，所以L遠(yuǎn)大于L。，有消弧線圈的支路相當(dāng)于斷路，經(jīng)過化簡得到電容電流ic為：C6fK+H”[(-^-sin識sinr一coscoscoft)e~dl+cos(69T+(p)]iL=ILmCOS6A?Tl-cos(^￥+(P)(2)其中：Tcm為電容電流的峰值；Of為暫態(tài)震蕩分的角頻率；§=1/T。為震蕩分ffi的衰減系數(shù)（TC為回路吋間常數(shù)）；（P為故障初相角度；＜0為正常惜況下的電源頻率。對于故障線路的暫態(tài)電感電流，經(jīng)過公式［2］計算可得：Ilm為