中压补偿电网发生间歇性接地故障的检测毕业论文外文翻译

翻译部分中文译文中压补偿电网发生间歇性接地故障的检测摘要从波兰中压配电网获得的经验表明，当地判断间歇性接地故障的标准是不可靠的，造成这种情况的原因有两个：一是电网缺乏稳定性，二是测量信号的功率总是会降到保护启动时的功率值以下。本文提出了一种新的基于小波分析理论的自适应算法，它可以检测到发生间歇性接地故障时测量信号的具体动态过程。并且通过 EMTP 程序包产生的信号对该算法进行了模拟分析。绪论一般而言，波兰的中压配电网中性点是经消弧线圈接地运行的，以此补偿短路电容电流。它主要用于农村地区，线路为架空线路。这种电网的特点是发生接地故障的概率很大，占了所有记录故障的 90%多。由于接地点相对较高的过渡电阻，以及降水、风力、高低温的影响，会导致线路的连续性被破坏，从而导致接地故障的发生。这些故障的特点是使得故障检测与定位变得困难。在讨论故障类型时，下面的故障类型可能会遇到： 具有高过渡电阻 FR的电阻性故障， 互感器发生短路， 被周期性和非周期性破坏的故障。实际故障中，可能会表现出上面所列的其中一个或者所有的类型。本文只针对间歇性故障期间自动保护单元的运行情况进行分析。为了评价保护的可操作性，故障时发出的测量信号的大小和类型是确定的。能够表明网络中发生间歇性接地故障的最重要的信号是零序电压，其值通常是通过增加相电压的瞬时值来找出。故障定位可以通过以下几种标准来找出： 零序电流， 0I 零序电流 和零序电压 0U产生的功率， 零序电压和零序电流之间的相位差， 零序导纳 0Y，或者它的有功电导 0G与无功电纳 0B。然而，上述所列的标准在间歇性接地故障发生时通常是不可行的。网络模型为了模拟和研究间歇性接地故障中的故障现象，本文建立了一个典型的中压对称电网，如图 1 所示。图 1 中压电网图应用 EMTP/ATP 程序包对故障进行模拟仿真，仿真参数选择如表 1 所示：表 1 模拟 15KV 网络的参数电网电容电流 OSI 101，3A故障线电容电流 L 10，6A补偿程度 +15%过渡电阻 FR2模型中假设故障发生在一条线路上，其对地电容电流为 10，6A，带负荷150KW。考虑以下故障类型：A 类型永久性故障，B 类型间歇性故障，持续时间 SCt=10ms，暂停时间 Pt=10ms，C 类型间歇性故障，持续时间 =10ms，暂停时间 =100ms，D 类型间歇性故障，持续时间 t=50ms，暂停时间 t=50ms，所有故障都是在线路 1 靠近总线处的始端被模拟的，并标注出了如下量：网络零序电压 0U，故障线路零序电流 01I和非故障线路零序电流 02I。实验结果导纳判据在第部分所列出的用于保护的判据中，可用于判断间歇性接地故障这种“困难型”故障最有效的是零序导纳 0Y判据，或者根据它的组成部分：电导0G和电纳 0B。为了实现基于零序导纳的接地故障保护，本文运用了幅值比较（图 2 中的CA1，CA2） 。在这种最简单的情况下，被比较的输入信号是通过如下式子给出的： iIkS01（1）02UkS （2）3（3）系数 1k， 2， 3决定测量通道中处理信号的比值。图 2 基于零序导纳接地故障保护的等效模型这种接地故障保护取决于零序导纳模块，通过比较 1S和 2信号来实现。这种比较发生在幅值比较模块 CA1 中，保护动作的条件是： 2S 1 （4）也就是说，安装在第 i 条线路上的保护装置的运行范围是由导纳矢量图的末端决定的，其值满足如下条件：210kUiY （5）图 3 中给出了这种保护的启动响应，这是一个光滑的导纳弧线，覆盖了所有的象限。保护运行的补充条件是要有合适的电压零序分量，在这个解决方法里，启动单元是幅值比较模块 CA2，它将 3S信号和 4启动信号相比较，判据如下：0Uk（6）其中 4S是预定的启动值，根据它就可以区分接地故障状态与正常运行状态。图 3 基于导纳的接地故障保护启动响应图 4 给出了线路 1 发生永久性故障（A 类型）时故障线路的零序电流 01I、非故障线路零序电流 02I、零序电压 0U以及故障线路的零序导纳 01Y和非故障线路零序导纳 02Y。图 4 线路 1 发生永久性故障故障线路零序导纳要比非故障线路的高出许多倍，故根据标准（4）来区分故障线路是可行的。对于中断频率相对较高的间歇性故障（B 类型） ，也有类似的情况，相应的运行结果如图 5 所示。故障产生的暂态量衰减完之后，零序电压依然接近永久性故障的零序电压值，而且故障线路的零序导纳明显高于非故障线路，并一直持续这种状态。图 5 线路 1 发生 B 类型间歇性接地故障图 6 线路 1 发生 C 类型间歇性接地故障图 7 线路 1 发生 D 类型间歇性接地故障当故障间的暂停时间较长时（如 C 类型和 D 类型中的 Pt） ，区分短路线路就比较困难了。这种故障的运行结果如图 6 和图 7 所示。整个故障期间零序电压（与启动信号 3S成比例）一直保持较高的幅值。由于故障消失瞬间产生的电压暂态量衰减较低，所以故障检测不会很难。但区分故障线路时就比较困难，因为故障点循环电弧在电网中产生的暂态量，会导致故障线路导纳周期性地降至非故障线路导纳值。C 类型和 D 类型故障均涉及到此问题。在这种情况下，基于零序导纳的保护方法就变得不合适了。而采用小波分析，尤其是多分辨率分解测量信号会更加合适。多分辨率小波分析小波分析的主要工具是多分辨率分解测量信号，它是通过设置多级波形附加过滤器（高通波形和低通尺度函数）实现的。这种可分解波形的计算程序叫Mallut 算法。产生多分辨信号的迭代过程以波形信号分解树的形式给出，如图8 所示。迭代中的每一步，被分析信号都是经过过滤的。迭代次数没有限制，图 8 中假设为 n 次。每次迭代结果包含两部分：高频成分 iD和被分析信号的低频成分 iA，其中高频成分在迭代期间不再需要被过滤，所以信号的分解过程就是一种多层次的迭代过程，是通过低通滤波通道实现的，而且连续的近似与连续的分解有关。当选择母小波来分析图 5、6、7 中的测量信号时， “光滑型”小波（如Morlet 小波）是分析信号频谱较好的解决方案，即“光滑型”小波沿频率轴有着较好的频率定位，而对于沿时间轴的，选择连续型小波（如 Haar 小波）会好一些。查阅了诸多小波类型的性能概要之后，笔者得出一个结论：Haar 小波的性能最能满足应用的要求，可以把计量学视为运行在保护方面的实时计量速度。基本的 Haar 小波定义如下： 01)(t2t其 他（7）产生一系列小波，其成分为：（8） mn函数的优点是定位效果好，通过函数不连续性有利于任意精度的定位来获得时间上的无限精确定位，函数扩展被定义为 Haar 小波集。Haar 缩放函数是通过如下关系式给出：其 他01)(tt （9）测量信号多级分解的实现过程的特点是计算效率高。Haar 小波的应用结果里，每一级的分解被限定在平均值（低通滤波器）的计算和差值（高通滤波器）的计算。平均值比较粗略（近似）而差值比较精确（详细） 。图 8 信号小波分解树测量信号的分解和间歇性接地故障时故障线路的辨别为了辨别故障时的故障线路，第部分应用了分解测量信号的迭代方法，并分析了故障线路零序电流 01I和非故障线路零序电流 02I。图 9 中给出了B、C、D 类型间歇性接地故障产生的信号的 6 级分解过程，其结果是采用基本Haar 小波分析得到的，采样频率为 10KHz。图形中可以很明显的看出不同频率范围内信号的特点、幅值和在时间轴上的位置，同时，d1、d2、d3 级别上相应的衰减现象也清晰可见。在较高的分解级 d4、d5、d6 上，衰减现象期间的定位变得要么不那么明显（非故障线路） ，要么很明显（故障线路） ，这是区分故障线路的基础，即从非故障线路中区分出故障线路。信号中断瞬间会产生很明显的“尖峰” ，导致信号平均值远低于峰值。在 d4、d5、d6 级中含有高频成分，与绝对平均值成正比，在宽为 N 的窗口中计算出的第 K 个值由下式给出：（10）假设间歇性接地故障期间短路线路的辨别是通过比较 C 和 r实现的，前者是绝对瞬间值与绝对平均值的比，后者是绝对瞬间值与启动值的比。（11）图 10 B 类型间歇性故障时非故障线路零序电流 02I的 5 级分解图 11 C 类型间歇性故障时故障线路零序电流 02I的 5 级分解图 12 C 类型间歇性故障时非故障线路零序电流 02I的 5 级分解图 13 D