科学论坛 ●Ｉ 配电网故障选相的研究 田军强 （宁夏固原供电局） ［摘 要］应用小波奇异性检测功能，获取故障引起的电压，电流突变量的极性和大小，达到选线目的．用该方法进行选线不受故障瞬间电压相角以及消弧线 圈的影响，通用性强，而且对干扰的容忍能力也有提高。 ［关键词］故障选线小波奇异性检测 中图分类号：Ｕ６６５．１２ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００９～９１４Ｘ（２００９）３６—０１７７～０１ １绪论 为若不滤除稳态工频成分，则该成分在小波变换结果中仍将以工频正弦量的形 在传统的保护装置中选相元件的作用是单相接地短路时，选出故障相来实 式存在，而且量值很大，叠加在故障突变量引起的小波变换模极大值上，使相应 现单相跳闸，在两相和三相短路时实现三相跳闸．因此，选相元件是综合重合闸 的极值点不容易识别。陷波器传递函数为 装置的重要元件。常用的有阻抗选相元件、对称分量选相元件和两相电流 差突变量选相元件。 小２ｃｏｓ１ １本文的工作 （ ）ｚ～ ㈤ 本文根据配电网的特点及其微机保护的要求，针对传统选相元件所存在的 式中Ｎ为基波每周采样点数。然后对滤除工频后的信号进行小波变换。 问题，为配电网小电流系统设计了一种新型的选相元件。利用电磁暂态仿真 设ｓ（ｍ）为故障原始信号采样离散序列，ｈ（ｎ）为陷波器系数序列，铭（ ）为尺度 程序（ＥＭＴＰ），根据实际的电力网的结构，建立了仿真模型 并且考虑了特殊性 ａ下小波函数的离散化序列，整个处理过程为： 故障对选相元件的影响及其准确性。和快速性。 提出了一种应用小波检测故障突变特性实现配电网小电流放障选线原理， ＝ （ｍ）×矗（Ｈ）ｘ （．ｉ｝） （２） 不仅对于单‘输出线路故障能准确判相，对于类型繁多的跨线故障，多出线输 计算中有２点需要说明：１）小波变换采用连续算法。由于被变换信号 出回路的故障也能实现准确选线。通过总结前入经验，本文最终设计采用了 种针对暂态量算法的新型选线装置．该装置基于工控机方式搭建，很好的满 为采样后的离散序列，故需对小波函数识（ｔ）进行离散化处理，这时应保证最 足了暂态算法对硬件的特殊要求，实验表明本装置具有很好的应用价值。 低离散化采样率能够对信号和最小尺度上的小波函数 满足采样定理，以 ２配电罔单相接地敖障选线 免丢失信息：２）为了降低计算量，式（３）的卷积运算需借助ＦＦＴ，ＩＦＦＴ在频域中 ２．１小电流接地系统故障分析 进行。 小电流接地系统发生单相接地故障时，全系统都将出现与接地相接地前电 （２）根据模极大值识别故障线路 压反向的零序电压，据此，可以实现故障选线元件的可靠启动。对于小电流接 故障零序电流数值小，信噪比低，而故障零序电压数值很大，信噪比高。 地系统，故障分量由接地故障点经各条线路对地电容构成回路。 识别故障线路时应先以电压信号为基准．找出电压信号小波变换模极大值点。 小电流接地电网发生单相接地故障时，电网中将出现零序成分和负序成 ｔ以 分，由于产生负序的原因很多，不容易识别，所以宜采用零序成分作为单相接地 而零序电流与零序电压的关系为 ＝ｃ— 由于小波变换为线性变换，这种关 故障的特征量 发生单相接地故障时，根据叠加原理，可得故障分量等值电路 系依然成立，所以，零序电流的变化超前于零序电压的变化，在零序电压的模极 如图ｌ所示，图中，一 为故障分最等值电源 ．， ，￡ 为线路对地分布电 大值点处，零序电流将过零，而电流模极大值点则出现在电压极值点左侧附近。 容：三ｐ为变压器漏感。 在电压极值点的左侧找出几个电流数值较大点逐点比较极性，即可判断故障， 极性相反者为故障线路，若极性都相同，为母线故障。 （３）仿真实验结果分析 为了验证本文提出的方法，使用ＥＭＴＰ进行了仿真实验。仿真对象为５条 １０ｋＶ架空线路，长度在５２０ｋｍ之间不等，线路及变压器参数与实际情况相符。 算例ｌ为中性点不接地电网，接地故障发生在相电压峰值处，故障电阻为 ５００Ｑ。图５．２为故障线路和一条非故障线路零序电流的仿真结果，为清楚 起见，图中及以下ＥＭＴＰ仿真只给出２条曲线：图５，３为仿真数据的小波变换模 极值分析结果，其中图５．３（ａ）为故障零序电压：图５．３（ｂ）为故障线路零序电 流：图５．３（ｃ）和图５．３（ｄ）为２条非故障线路零序电流。可见，虽然故障瞬间电 。 。流非常杂乱，但经变换处理后故障点的模极大值非常清晰，故障线路与非故障 。＝１ 线路的模极大值极性相反，很容易识别。 ＂ 时域仿真波形。由于消弧线圈采用过补偿方式。所以稳态时故障线路电 图ｌ小电流接地电网单相接地故障等值电路 流与非故障线路电流同相。图５．５为仿真数据的小波变换模极值分析结果。图 单相接地故障电流信号取自每一回线路零序电流，通过零序ｃＴ或零序滤 ５．５（ａ）为故障零序电压：图５．５（ｂ）为故障线路零序电流：图５．５（Ｃ）和圈５．５（ｄ） 过器获得：电压信号取零序电压，通过ＰＴ二次开口角接环获得。 ２．２小波检测突变量的选相原理 为２条正常线路零序电流。可见在这种较为不利的情况下，分析结果仍特征明 用满足～定条件的低通平滑函数的导函数作为小波母函数，对应的小波变 显，可以选出故障线路。 换相当于对信号先经平滑滤波，再求变化率。在奇异点处，信号变化率非常 结语 大，小波交换在这些点上将出现极值，局部极值可以反映信号的突变或奇异状 本文针对小电流单相接地故障选线，提出了～种应用小波检测故障突变特 况。 性，实现配电网小电流故障选线原理，该方法应用小波奇异性检钡４功能，获取故 （１）小波函数的构造 障引起的电压，电流突变量的极性和大小，达到选线目的。 使用基数８样条函数是构造小波的基本方法之一。基数Ｂ样条函数是～ 参考文献 类实现最有效，具有最小支撑的简单函数。由予３次Ｂ样条函数的滤波特性 ［１］葛耀中．新型继电保护与故障测距原理与技术．西安：西安交通大学 较好，本文选用３次Ｂ样条函数作为原函数，以其导函数作为小波母函数。 出版社．１９９６， （２）选线算法 ［２］董新洲，贺家李，葛耀中，等基于小波变换的行波故障选相研究：第１ 据上述分析可知，在故障瞬间将产生一个零序突变量或奇异量，所有非故 部分理论基础．电力系统自动化，１９９８，２２（１２）：２４—２６． 障线路零序电流突变的极性相同，故障线路零序电流突变的极性与非故障线路 ［３］董新洲，贺家李，葛耀中，等．基于小波变换的行波故障选相研究：第 零序电流突变极性相反，故障线路零序电流突变值等于非故障线路零序电流突 ２部分仿真试验结果，电力系统自动化，１９９９，２３（１）：２４～３５． 变幅值之和 利用小波奇异性检测理论对采集到的故障信号进行小波变换， ［４］董杰，张举，王增平．利用小波变换进行故障选相电力情报：２００２（１）： 确定模极大值点，并比较各条线路零序电流模极大值的大小和极性，可以判别 ｌ２～一１４． 出故障线路 具体处理方法如下： ［５］陈怡，蒋平．电力系统故障分析．北京：中国电力出版社，１９８５． （１）故障信息的小波变换处理 ［６］卢继平，赵有械，王坚等．基于小波变换的小电流接地系统故障选线 首先对采集到的故障信号进行工频陷波处理，以滤除稳态工频成分。因 新方法（Ｆ）．第１９届电力系统自动化专业高校年会，２００３，１０． 科技博览； １７７
