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基于EMD的能量熵的双端带并联电抗器的超高压线路单相永久性故障的判别法摘要：本文针对两端带并联电抗器的超高压输电线路发生故障跳闸后的故障性质，提出了一种新的判别方法。本文对故障后的恢复电压阶段的机理进行了分析，得出恢复电压阶段的电压值在瞬时性故障和永久性故障下的基频附近的含量是不同的，运用EMD分解方法对这两种故障情况下的恢复阶段的电压值进行处理，从而达到对不同的故障性质的判别。1 引言在电力系统中，输电线路是电力系统中的重要环节，受自然条件的影响最为显著，根据运行经验，在110KV以上大接地电流系统的高压架空线路上，超过70%的故障为单相接地短路，而其中80%以上又为瞬时性故障。因此,为保证系统稳定和供电的连续性,超高压输电线路广泛采用单相自动重合闸技术。然而，自适应重合闸在给电力系统带来利益的同时，也存在一些弊端，给电力系统带来了不利影响，主要问题是自适应重合闸重合于永久性故障，使电力系统遭受到更大的冲击电流的影响，破坏系统的稳定性和电气设备运行坏境的恶化。因此，能正确识别故障类型是自适应重合闸运用的关键所在。这几年，对带有并联电抗器的瞬时性故障和永久性故障的判别进行了比较多的研究，目前甄别故障类型的方法主要有：利用一次电弧阶段的数据;利用二次电弧的谐波含量；利用恢复电压阶段的电压电流量等。本文提出利用在二次电压阶段的恢复电压值进行EMD分解，利用不同故障类型恢复电压中包含的信息量的不同，用EMD分解后得出的信息熵是不同，来对故障类型进行区分。经仿真分析，该方法能有效区分单相永久性故障和瞬时性故障。2 EMD2.1 引言EMD方法是将信号分解为若干个IMF分量之和，再对每个IMF分量进行Hilbert变换，可以得到信号的瞬时频率和瞬时幅值，也就得到了信号的时间频率分布，是具有一定自适应的时频分析方法。2.2 EMD基本原理对平稳的原始信号x(t)通过傅里叶变换，可以表示为： （1）该变换对平稳信号时非常有效的，因为他们是线性时不变算子的特征函数。但对于许多非平稳信号，利用上面的平稳变化是不行的，可以用下式来表示非平稳信号： （2）即用振幅和频率都随时间变化的一种模态函数来表示信号的非平稳信号。式（2）可简写成 （3）3 断开相恢复电压的分析3.1 瞬时性故障时断开相恢复电压的分析瞬时性故障时，当故障点熄弧后，带有并联电抗器的线路中，电容、电感将会存储能量，产生震荡，形成拍频现象。3.1.1 恢复电压中工频分量分析当线路上发生单相故障后，断路器跳闸后，其他两健全相将通过相间电容、电感在故障相上感应出恢复电压。电容耦合电压的等值电路如下图所示：图1 电容耦合电压的等值电路其中，Lm、Cm为相间电感、电容，L0、C0为相对地的电感、电容。由上图可知，电容耦合电压可以表示为： （1）Xm、X0分别为等值的相间阻抗和对地阻抗。电磁耦合电压是健全相电流在故障相上的感应电压，其表达式为： （2）由文献（新型继电保护与故障测距原理与技术）可知，故障相端电压为： （3）3.1.2 恢复电压中振荡分量分析在有并联电抗器补偿的超高压线路上，当潜供电流熄弧后，线路电容、电感中仍存有一定能量，这些能量将通过并联电抗器与大地构成回路，产生一个衰减的自由振荡分量。采用T型等效电路，计算断开相电容耦合电压的时域等值电路的复频域等效电路如下图所示：图2 考虑电容耦合电压的复频域等效电路其中，Lm、Cm为相间电感、电容，L0、C0为相对地的电感、电容。故障熄弧后，自由震荡分量的频域表达式为： (4)根据电路特征方程求解，得到自由振荡分量的振荡频率的近似解为： （5）3.2 永久性故障时恢复电压分析当发生永久性故障时，故障相的电压含有基频分量和衰减直流分量，因为故障点始终对地可靠放电，所以断开相工频电压仅由电磁耦合电压和接地点位置决定，且因为有接地故障的存在，故障相得电压很低。下图为对瞬时性故障和永久性故障的恢