基于小波理论和暂态零序电流比较的小电流接地选线新方法

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1、基于小波理论和暂态零序电流比较的小电流接地选线新方法王彦文，刘家宁（中囤矿业大学（北京）机电与信息工程学院，北京市，100083）摘要：本文对小电流接地选线装賈的现状与选线方法进行了分析，提出了-•种新的基于小波分析和暂态零序电流比幅比相的选线方法。该方法先将电流信兮进行小波去噪，然后通过分析计算得到芥线路暂态零序电流信兮的幅值与极性，并根据所得信息选出故障线路。该方法在电磁干扰背景下仍能正确选出故障线路，并且不受补偿度、故障点以及相角的影响，计算简单可靠。通过Matlab仿真，成功的验证了该方法的准确性与可靠性。关键字：小电流接地系统；故障选线；小波分析；零序暂态电流1概述在我国3

2、5KV及以下电力系统中，普遍采用屮性点非直接接地方式，因其发生接地故障吋流过接地点的电流小，所以被称为小电流接地系统。据电力部门故障统计报告可知，小电流接地系统发生平相接地故障的概率很高，约占故障总数的80%。小电流接地系统发生单相接地故障吋，故障电流的数值往往比负荷电流小得多，故障相电压降为零，非故障相电压升高为线电压且中性点发生位移,但三相之间的线电压仍然保持对称，因此对供电负荷没有影响，规程允许系统带故障继续运行1-2小时。但在实际运行过程中，系统长时间带故障运行，极易产生弧光接地，造成接地故障，引起系统过电压，进而威胁到电力系统的安全。同时对电M绝缘产生破坏作用，达到一定程度

3、甚至会造成F>T爆炸或绝缘闪络等危害。由此可见，小电流接地选线装置对提高供电系统可靠性起着至关重要的作用，小电流接地选线方法研究及高新性能选线装置的开发具有较大的潜力和挑战性。从20世纪80年代开始，我国科研人员进行了大量的研宂，并提出了多种接地故障选线方法：基波零序电流比幅比相法、基波零序功率方向判别法、首半波法、五次谐波法、信号注入法、残留增量法等等。基于这些方法在实际中得应川，使得装置的故障动作准确率在近年得到大幅提升，但由于选线判据不充分以及数据信兮处理技术不成熟等原W，现场小电流接地选线装置误动的情况还是时有发牛，特别是在屮性点经自动跟踪消弧线圈接地的系统中［1］。上述多数

4、的选线方法都是基于故障后的稳态信号进行分析，现有的小电流选线装a在理论上多数采用岑序也流五次谐波原理和零序电流比幅比向原理进行故障选线。但是,由于选线所用的谐波分量在信号中所占比例小，难于提取分离以及电网稳态时的接地电流小，存在负荷谐波的干扰等原因，使得基于上述两种原理的选线装置在运行屮经常出现误判。2基于小波理论的选线方法分析一般情况下，系统发生接地故障的一段时间之内，线路中的暂态电流比稳态电流大数十倍，信噪比升高，且不受消弧线圈补偿方式的影响，因此，利用暂态信息的选线判别方法具有很尚的灵敏度和准确率，适合检测电弧不稳定的接地故障12］。目前，主要的暂态选线法有暂态零序电流比较法、

5、首半波法和基于小波分析的选线方法。前者仅改善了稳态选线的电流分£1小的缺点，但仍然摆脱不了受问歇性电弧的影响［3］。对于首半波法，由于极性关系正确的时阆非常短，尤其是当故障发生在相电压过零值时，首半波电流暂态分量很小，使检测可靠性较低:4］。并且暂态分量成分复杂、袞减速度快以及持续时间短，为了完整有效的提取暂态分量，文中采用小波分析的方法。小波分析变换在时域和频域都具有表征信号某一局部特征的能力，在低频部分具宥相对较高的频率分辨率以及较低的时问分辨率;在尚频部分具有较高的时问分辨率和较低的频率分辨率，非常适合分析与提取信号屮夹带的瞬态暂态量信息［5］。1此，本文在分析故障暂态电流特征

6、的基础上提出Y基于小波去噪和哲态岑序电流幅值比较相结合的选线方法。该方法在电磁干扰背景下仍能正确选出故障线路，并且这种方法不受补偿度、故障点以及故障相角的影响，计算简单可靠，尤其适用于配电网中经智能化快速消弧线圈的接地系统［61。3单相接地故障信号暂态量的特征分析及暂态零序电流的计算（1）暂态量特征分析下图是中性点经消弧线圈系统单相接地的等值回路。图中C是电力网的三相对地电容;U是线路和三相变压器等在网络中的等值电感；R0回路的等值电阻（包括线路故障点的接地电阻和弧道电阻），U。为零序电源电压；K是消弧线圈的有功损耗电阻；L是消弧线圈的电感。首先分析电容电流的暂态特征，由于自由愆荡频

7、率很高，所以L远大于L。，有消弧线圈的支路相当于断路，经过化简得到电容电流ic为：C6fK+H”[(-^-sin识sinr一coscoscoft)e~dl+cos(69T+(p)]iL=ILmCOS6A?Tl-cos(^¥+(P)(2)其中：Tcm为电容电流的峰值；Of为暂态震荡分的角频率；§=1/T。为震荡分ffi的衰减系数（TC为回路吋间常数）；（P为故障初相角度；＜0为正常惜况下的电源频率。对于故障线路的暂态电感电流，经过公式［2］计算可得：Ilm为