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王璐1谷海青*1姜宇辰1董强2
（1.天津理工大学自动化学院,天津300384；2.翔晟远电力设备实业有限公司,天津300132）
摘 要：在中低压配电网电力系统中的故障选线问题一直未得到彻底的解决.判断故障线路时,为了解决电网不平衡和过渡电阻过大所导致的漏选与误选现象,并且判断故障时间点更为精准,本文采用了小波分析法和暂态能量法相结合的方法.根据暂态能量法的原理,计算出各线路的能量,通过统计分析数据,能够在电网不平衡的和过渡电阻过大的情况下准确的判断出故障线路.利用小波理论,对故障线路波形进行分解与重构,来确定故障相和发生故障的精确时间.在MATLAB仿真平台搭建模型,进行了大量的仿真和数据分析,对小波分析法和暂态能量法的结合能够准确的判断出故障线路进行了验证.
关键词：单相接地故障故障选线小波理论暂态能量
中图分类号：TM7文献标识码：A文章编号：1003-9082（2015）08-0318-03
一、引言
目前,在我国配电网系统中,中性点非直接接地系统被广泛采用.其中小电流接地系统包括中性点经高阻接地,中性点经消弧线圈接地,中性点不接地.中低压配电网的故障大多数为单相接地故障,接地故障的时候,可以准确的选出发生故障的线路是故障选线的目的[1].对电网安全可靠的运行产生了很大的影响.在中低压配电网的小电流接地系统中,当发生单相从20世纪80年代以来,就不断地涌现出自动选线装置,但投入到运行中时,得到的反馈效果普遍不理想,选线装置的退出率达到90%.小波理论为分析暂态信号提供了一个很好的工具,且不受中性点接地方式的影响,能够准确的判断出故障线路,更精准的分析出故障时间.实际中,电网大多数情况是不平衡的,不平衡度过大时,小波分析方法就会失效,出现误判的现象[2].本文用暂态能量法和小波分析法相结合,在MATLAB平台进行仿真,这种方法可以解决电网不对称情况的故障选线.
二、原理与设计
1.小电流接地系统的故障选线原理
本文主要介绍中性点不接地系统和中性点经消弧线圈接地系统的故障选线.系统正常运行时,系统中无零序电流出现,系统电压电流均三相对称.发生单相接地故障后,故障特征如下：
1.1故障前,中性点电压为0V,故障后,中性点电压变为故障前的相电压.
1.2关于对负荷的供电不会产生影响,系统中的三相线电压与发生故障前无变化,仍然保持对称.
1.3系统发生故障后,故障相的对地电压为0V,非故障相的对地电压则会升高,其值为故障前相电压的√3倍[3].
2.暂态能量法选线原理
零序能量的函数定义为：中性点电压与线路零序电流的乘积,再对乘积做积分,其值为线路j的零序能量[4],即：
暂态能量增量是暂态能量的一种特殊情况,故障前后的零序电流对应相减,目的是为了消除不平衡电流.零序暂态能量的选线原理：系统发生单相接地故障时,故障前后中性点电压的差值与故障前后线路零序电流的差值做乘积,再做积分,积分区域为一个工频周期,即0.02s,积分后的值作为每条线路的零序暂态增量[5-6],即：
u0为故障后中性点电压,u0-为故障前中性点电压,i0为故障后线路零序电流,i0-为故障前线路零序电流.系统正常运行时各线路的零序电流i0-和中性点电压u0-为零.
暂态能量增量原理选线的判据：系统发生单相故障接地后,非故障线路暂态能量增量为正,故障线路的暂态能量增量接近于零,故障线路的暂态能量为负,其绝对值等于所有非故障线路的暂态能量与消弧线圈暂态能量的和.如果是母线故障,则每条线路的暂态能量均为正值.选线流程图如图1所示.
暂态能量增量法的优点：
2.1能量法适用于中性点经消弧线圈接地系统.
2.2考虑了线路的零序能量在不平衡电网运行中不为零,会对故障选线产生了不利的影响的因素.电网不平衡状态下故障选线得到有效解决.
2.3适用于过渡电阻过大情况下的故障选线.
2.4可以去除互感器不平衡电流和其他测量误差.同样适用于平衡电网的故障选线.
2.5可利用的故障信号频率范围比较灵活.
2.6有较好的抗干扰性.
3.小波理论
发生单相接地故障时,暂态能量比较明显,暂态接地电容电流比其稳态时大几倍到几十倍,故障特征十分丰富,为故障选线提供了有利条件.小波变换在频域和时域具有很好的局部化特性,它的独特的论文范文性在于分析暂态和非平稳信号、信号的分解与重构、特征提取、信号去噪等方面[7].使信号具有奇异性,因此瞬时性的故障信号检测变得更加准确.因此利用小波理论分析暂态信号来实现小电流系统的故障选线,可以提高故障选线的准确度.其故障选线的流程图如图2所示：
采样频率的确定：
3.1对架空线路而言,其特定频带范围是300Hz-1500Hz.
3.2信号的采样频率fs应大于等于信号中最高频率的二倍,因此对本次搭建的模型而言,波形数据的采样频率定为10000Hz.
3.3设置采样频率的模块是示波器,将示波器的sampletime参数设置为0.0001s,即采样频率为10000Hz.
3.4信号对应奇异点的采样点数除以与采样频率（10000Hz）即为系统发生故障的时刻.
小波函数的选取：工业上大多数选取daubchies小波,简称DbN小波,本文选用Db10小波.选用小波函数时,要具有以下特征：正交性和正规性；高阶数的消失距；具有对称性或近似对称的小波；具有紧支性或较短的滤波函数.
分解尺度的确定：本文中的仿真的采样频率设置为10000Hz,所以[5000/2,5000/2]为第k尺度中高频细节部分的频带范围,[0,5000/2]为低频分量部分的频带范围.分解尺度的选择为小波变换细节部分中,绝对值幅值最大的点所在的尺度,经过多次试验与分析,本次仿真选择8尺度的小波作为分析尺度.
三、实验仿真分析
1.仿真模块与参数设置
1.1发电机：三相电源电压为10.5kV(发电机额定电压为线路额定电压的105%),中性点经消弧线圈接地Yn连接,电源的内部电阻为0.00529Ω,内部电抗为0.14Ω.
1.2线路：选用三相PI形输电线路,三条线路长度分别为130km、175km、150km.（说明：10kV配电网系统中,单回架空线路的输送容量一般在0.2-2MVA.输送距离合适的范围为6-20km,本文仿真加长了输电线路,可以使仿真时的故障特征更明显,不会对仿真结果的正确性产生影响）.
1.3负荷：采用三相串联负载,额定电压为10kV,额定功率为50Hz,三相有功功率分别为1MW、0.2MW、2MW,三相感性无功功率均为0.4MW,三相容性无功功率为0MW.
1.4变压器：变比设置为35/10,容量设置为6MVA,降压变压器的连接方式设置为Y/△D11连接,一次侧电阻电感的标幺值为0.002,二次侧电阻电感的标幺值为0.08.
1.5故障模块：设置A相为短路故障相,短路点电阻为0.001Ω（不能为零）,故障启动时间为0.04s,停止时间为0.15s.
2.系统仿真模型
仿真系统选用10kV中低压配网,一条母线带出三条线路,中性点经消弧线圈接地模型,如图3所示.
3.暂态能量法仿真数据分析
为了验证暂态能量法选线的正确性,在消弧线圈接地系统中,以不同的合闸角度（0°、45°、90°）,对系统的零序电流电压进行采样,通过M函数计算各线路的能量.以下是在线路3上,故障点距母线距离分别为3km、5km、10km的能量数据.数据如表1、表2、表3所示.
从上述表格的数据可以清楚的看出,故障线路的能量为负数,并且其绝对值等于所有非故障线路的暂态能量与消弧线圈暂态能量的和,非故障线路的能量为正数,非故障线路的能量增量明显比故障线路要大很多.所以本文提出的方法可以正确判断出故障线路,且不受故障合闸角度及故障地点的影响.
在母线发生故障时,本文提出的方法同样可以正确判断.根据上述公式,计算各线路的暂态能量增量,线路Lf为暂态能量最小的线路,线路Lf的暂态能量的值Wf如果小于零,则判断为线路Lf为故障线路,否则判断故障发生在母线.在不同合闸角度的母线故障仿真数据结果如表4所示.
从表4数据可以看出,母线故障时,所有线路Wi都为正值,先判断出△Wf,再判断Wf是否为正,可正确识别母线故障.
从以上实验结果看出,经消弧线圈接地系统的暂态能量和能量增量的特点非常清晰,有以下特征：当发生线路接地故障时,电容冲放电过程非常快,过渡电阻的值也很小,在这种情况下,随着故障合闸角度的增大,各条线路故障后一个周期内的暂态能量增大；但是,故障后消弧线圈支路电流产生的暂态能量WL减小；故障线路的△Wf是各线路中△Wi最小的体阐述.
0.00009s.所以小波包方法能够更精准的分析出故障时间.
4.小波分析法仿真波形与分析
系统设置为中性点经消弧线圈接地,线路3在0.04s,发生A相接地故障,0.15s时故障结束,整个仿真过程持续0.2s.
发生故障时,系统出现零序电流.经消弧线圈接地系统,故障线路暂态部分与非故障线路方向相反,稳态部分则完全相同.中性点不接地系统与此不同的是暂态和稳态部分电流方向均与非故障线路相反.
用Db10小波函数对上面三个图像进行D8小波分解重构,得到分解重构后的波形,如图4所示.
从图4可以看出,0.4时刻和0.8时刻对应的峰值方向相反,可以判断为线路3故障,下面要根据三相线电压来判断故障相,如图5所示.
从图5可以清楚的看出,发生故障时,故障相相电压为近似于零,非故障相相电压升高为故障前的√3倍,可以判断A相发生故障.电路的线电压仍保持三相对称.用db10小波对故障线路的零序电压进行分解,再对其高频段level1进行重构.
利用小波工具箱,对时间横轴进行放大,峰值对应的时间轴数值为4509,故障时间为0.04509s,故障时间比仿真设定的时间相差0.00009s.所以小波包方法能够更精准的分析出故障时间.
在电网不平衡和过渡电阻过大情况下,先用暂态能量法的改进方法（暂态能量增量法）判断出故障线路,在此基础上,利用小波分析法直接采样故障线路信号,进行分解重构,判断出精准的故障时间,根据相电压波形判断出故障相.
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结论
本文采用了MATLAB平台,搭建了10kV配电网的仿真模型.本文采用了暂态能量法,并对暂态能量法进行改进,即暂态能量增量法,通过大量数据统计,证明了该方法能在电网不平衡以及过渡电阻过大情况下,选择出故障线路.然后结合小波选线法,通过试验,证明了小波选线法能够更精准的判断出发生故障的时间.验证了两种方法的结合在故障选线问题上的有效性.实际的电网运行中,存在噪声干扰,在噪声下相电压过零点附近的故障选线,由于其忽略了消弧线圈支路电流产生的暂态能量,所以会出现误选,有待进一步研究.
参考文献
[1]郭清滔,吴田.小电流接地系统故障选线方法综述[J].电力系统保护与控制,2010,38(2):147-152
[2]鲁改凤,化雨,金小兵,任志强.小电流基地系统单相接地故障选线方法探究[J].电力系统保护与控制,2010,38(12):45-49
[3]王韶,朱姜峰.基于改进相关性分析法的配电网络单相接地故障选线[J].电力系统保护与控制,2012,40(15):77-8
[4]何奔腾,胡为进.能量法小电流接地选线原理[J].浙江大学学报,1998,32(4):451-457.
[5]刘家伟.消弧线圈接地系统暂态能量故障选线研究[D].重庆大学,2009.
[6]戴宇.暂态行波在小电流接地故障选线中的应用[J].南方电网技术.2011(01):95-98.
[7]陈维江,蔡国雄,蔡雅萍,等.10kV配电网中性点经消弧线圈并联电阻接地方式[J].电网技术.2004(24):56-60.
总结：本论文是一篇免费优秀的关于故障线路论文范文资料，可用于相关论文写作参考。
线路故障指示器引用文献:
[1] 故障排除论文范文例文 输电线路和电力方面研究生毕业论文范文2万字
[2] 故障本科论文范文 关于输电线路方面论文写作技巧范文8000字
[3] 故障分析电大毕业论文范文 输电线路类有关硕士学位毕业论文范文2000字
