低压配电网单相接地故障选线方法的研究

1、低压配电网单相接地故障选线方法的研究    关键词:接地故障;小波变换;系数;MATLAB 前言 我国低压配电网广泛采用中性点不接地系统或是经消弧线圈接地系统,并且系统单相接地故障率较高,但其故障选线和测距至今未能很好地解决。究其原因,主要体现为故障电流太小,特征不明显。随着低压配电网自动化水平的提高,系统单相接地故障选线问题迫切需要解决。 1、低压配电网发生单相接地故障的暂态特征 低压配电网发生单相接地故障后,不论该系统的中性点是不接地还是经消弧线圈接地,故障初期的暂态电流的幅值和频率均主要由暂态电容电流所确定,故低压配电网单相接地故障时暂态零序电流分

2、量有以下特点: (1)线路故障时,所有非故障线路零序电流的方向相同,它们与故障线路的零序电流方向相反,且故障线路的暂态零序电流的幅值较非故障线路大。 (2)母线故障时,所有线路的零序电流的极性都相同。 (3)暂态电流的数值较稳态值大很多,且持续时间短,约为0.51.O个工频周波。 由暂态过程的特征分析可知,低压配电网发生单相接地故障时,其暂态分量中存在着丰富的故障信息,又因为故障时的暂态过程不受接地方式的影响,即中性点不接地系统和中性点经消弧线圈接地系统故障时的暂态过程基本是相同的,因此,暂态分量在故障检测中有着非常重要的意义。 2、小波理论 2.1 概述 小波分析是在傅立叶变换基础上发展起来

3、的一种信号处理方法,它克服了傅立叶变换不能对信号同时进行时频局部化分析的缺点,可以对信号进行精细分析。小波对剧烈变化的信号非常敏感,因此信号的突变点投影到小波域中,将对应于小波变换系数模的极值点或过零点,而且信号奇异性的大小同小波变换系数极值随尺度的变化规模具有对应关系,所以小波变换具有检测信号奇异性的功能。小波变换用于检测信号的奇异性是小波理论一个很重要的应用。 2.2 小波函数的选择 目前并没有一个公认的原则来选择小波函数,实际中的主要根据是用小波分析方法处理信号的结果与理论结果的误差来判定小波基的好坏,并由此选定小波基。但在众多小波基函数的家族中,有一些小波函数被实践证明是非常有用的。d

4、bN小波系是工程上应用较多的小波函数,这一小波系的特点是随着序号N的增大,时域支集变长,时间局部性较差;同时,正则性增加,频域局部性变好。在实际应用过程中根据侧重点的不同选择合适的小波。本文选用dbl5小波,并采用尺度5进行小波分解。 3、小波变换选线原理 单相接地时,故障电压和电流的暂态过程持续时间非常短,故障后的暂态电流分量中包含着丰富的故障信息。零序故障电流中存在着多个频率的分量,而且故障线路与非故障线路电流,无论从大小还是方向上都存在着区别。但是,在实际情况下,信号是复杂而不规则的,各个频率的分量相互混叠,同时存在着不可避免的各种干扰和噪声,因此无法直接根据它们做出判断。但是,小波分析

5、作为一种信号处理手段,可以对信号进行精确分析,特别是对暂态突变信号和微弱信号的变换较为敏感,能可靠地提取故障特征,由此提出了基于小波变换的选线原理:对故障暂态零序电流进行小波变换,确定各采样点模值,并逐点比较各条出线零序电流的模值大小和极性,从而判别故障线路。 4、Matlab仿真分析 4.1 仿真系统及建模 中性点不接地系统与中性点经消弧线圈接地系统的区别,就在于中性点经消弧线圈接地系统对故障后的零序电流基波分量有一定程度的补偿,使得一些基于稳态分量的选线算法失去意义。但是,对于故障后的暂态分量而言,消弧线圈起到的补偿作用微乎其微。也就是说,对于中性点不接地系统和中性点经消弧线圈接地系统,其

6、故障后的暂态分量几乎没有什么区别。因此,本文只建立中性点经消弧线圈接地系统的模型,而不用另外再对中性点不接地进行系统建模。 4.2 仿真分析 算例1:线路2的A相发生金属性接地故障,距离母线8 km,用db15小波对各线路零序电流进行多尺度分析,各线路零序电流的小波变换系数如图4.1所示: 从图4.1我们可以看出:故障线路2上的系数值大于其它线路的值,且符号相反,由此得出线路2发生故障的结论。 算例2:系统母线发生接地故障,接地电阻为42欧姆,用db15小波对各线路零序电流进行多尺度分析,各线路零序电流的小波变换如图4.2所示: 图4.2 零序电流小波变换系数 从图4.2可以看出,3条线路的相

7、位相同,从相位关系可以确定是母线故障。经过对不同故障点,不同故障时刻,不同过渡电阻进行大量仿真都可以得到正确结论,在此不再一一叙述。 5、结论 低压配电网单相接地故障选线是多年来一直未能很好解决的一个难题,本文在综合低压配电网单相接地时的暂态故障特征和小波分析理论的基础上,充分利用故障暂态信息实现故障选线。小波分析作为一种具有很大发展潜力的现代信号处理方法,应用在低压配电网单相接地故障选线这种实时性要求不很高的场合,是一种现实的、有益的尝试。通过大量仿真,我们可以发现,应用小波变换对低压配电网单相接地故障的暂态特征进行分析,识别故障线路的方法灵敏度高、是准确、有效的,且灵敏度高,不受接地电阻的影响,是对传统选线方法的有利补充。        参考文献 1胡佐.小电流接地系统单相接地故障选线方法与应用技术研究D.长沙:湖南大学,2006. 2徐丙垠,薛永端,李