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1、利用暂态行波电流能量法的小电流接地选线方法研究 李国锋罗兴 ( 南京供电公司江苏南京2 1 0 0 0 8 ) 0 引言 小电流接地系统包括中性点不接地系统和经消弧线圈接地系统，其主要优点在于发生单相接地故障 时，故障电流很小，而且三相线间电压仍然对称，不影响负荷正常工作。因此继电保护不必立即跳闸，系 统可以继续运行，供电可靠性较高。但是，系统带单相接地故障运行时，故障相对地电压降为0 ，非故障 相电压升高为线电压，会使非故障相绝缘薄弱处发生对地击穿，造成两相接地故障，另外弧光接地还会引 起全系统的过电压1 1 。由于小电流接地系统的广泛使用，因此准确的故障选线对于电网安全可靠性运行具 有及其
2、重要的意义。 当发生单相接地故障时，其暂态过程存在丰富的故障信息，暂态电流的数值较稳态值大得多，而 且故障时的暂态过程不受接地方式的影响，即巾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。 目前基于暂态选线方法有两种：一种利用特征频段内故障线路零序电流和非故障线路零序电流极性 相反，构成零序无功方向法伫j 另外一种是基于小波分析的方法，根据故障时电流发生突变，利用小波 奇异性检测原理对故障信号进行小波变换，并比较各条线路小波变换系数模极大值点的大小和极性，可以 判别出故障线路1 3 1 f 4 1 。然而这种方法仅仅依靠各尺度上少数小波变换模最大值进行判断，抗干扰能力
3、较 差，容易造成误判。 本文从故障产生的行波观点出发分析了小电流接地的故障过程，提取各条出线的故障暂态行波，经 相模变换后消除三相之间的电磁耦合，运用小波分析抽取暂态行波的细节分量，最后通过比较各条出线细 节分量能量值进行故障选线。通过M a t l a b 构建了仿真模型，大量的仿真实例证明了这种方法的有效性。 1 小电流接地系统单相接地故障行波分析 输电线路的实际模型应为分布参数模型，当某线路发生单相接地故障的时候，该线路的故障相就会 出现故障行波分量；同时在非故障相间由于电磁之间的耦合也会引起行波分量。行波包括电压行波和电流 行波，它们在线路上的传播特性相似，下文结合图1 以电流行波进行
4、讨论。图l 中母线M 处有N 条出线， 线路的波阻抗均为z ，。 刀一1 图1 故障行波在母线处的折射示意图 故障线路的行波i n 从故障点沿输电线路向两端传播，在母线M 处由于阻抗不连续而发生反射和折 射。母线处的反射行波i 。返回故障线路继续传播，在故障点处同样由于阻抗不连续而继续发生反射和 2 0 3 折射；母线M 处的折射波i n 、i ，：i ，。透射到其它非故障线路中去。任一条非故障线路的折射波为 l J l 2 i i l = 击a 。 。而希f ，I 2 。i I t 2 小波分析原理 小波分解的尺度对应着信号的频率。为了分析的方便，必须选择某一个最佳分析尺度。最可靠的方法是从
5、 各尺度细节分量中选出能量最大的信号所在的尺度作为分析尺度。一般而言，计算信号的能量需要平方、 求和等运算，虽然比较可靠，但比较费时，故采用比较最大值的方法选择尺度。方法是，先求出各尺度信 3 基于行波电流能量法的选线原理 输电线路三相之间常常存在电磁耦合，导致某相的电流、电压不但与该相有关，还与其它两相有 关。为了消除这种耦合，通常采用相模变换对其进行解耦，将原来的相量空间转换到模量空间中分析。相 s = I 小1 弗捌 2 0 4 昏心 3 2 能量法选线方法丌8 1 4 仿真 4 1 仿真模型 l j = 1 5 k i n 乞= 6 k m 毛= 9 k m 厶= 1 2 k i n
6、厶= 2 0 k i n 图2 小电流接地系统仿真模型 在仿真消弧线罔接地系统时，系统设为过补偿方式，过补偿度为8 。根据线路线路参数和长度 可计算出消弧线圈电感为L N = 8 0 2 H ，其串联电阻的阻值按消弧线圈感抗值的l O 考虑，即R L = 2 5 2Q 。 线路正序参数： R i = 0 1 7 f 2 k m ， 线路零序参数： R = 0 2 3 Q o n ， 4 2 仿真分析 五= O 3 8 Q k m ，C l = 0 0 0 9 6 9 9 F k m = 1 7 2 D k m ，c o = 0 0 0 6 1 t F k m 2 0 5 假设在中性点经消弧线圈
7、接地系统中，线路在距离母线处发生单相接地故障，过渡电阻墨= 5 Q ， 采样率为L r 。= 8 0 2 H ，图3 ( a ) 给出了暂态行波电流模分量波形，限于篇幅，仅给出了故障线路，最 长线路和最短线路的电流波形；图3 ( b ) 放大显示了其中的暂态部分；图3 ( c ) 给出了故障线路模分量 四尺度小波分解的结果。 1 ：2 0 、， 蜡 掣 蓬0 辎 - 2 0 舶 舶 舶 救南线路 欣 l 故障皱路 八川 好 厂、 矿r【i f 越 秘7fJ l嚆IJ ， f 弛 VV I p 。 枷6 0 08 0 0 采样点 a )a 模暂态行波电流 A f 七 殴 。 艘障地g ， b 确
8、蝴Z 线 瞎 l4 驴 鼢j 岙 V lN ii 溅 ；f f I 瓷 。 V嘲 爻 。“ 镢 嘲铲 V ( b ) 放大的a 模暂态行波电流 2 0 6 Ic ) 故障线路模电流四尺度小波变换 图3模行波电流及其小波变换 通过对所有出线各尺度下细节分量最大值的比较，确定选线所用的尺度为第二尺度。在该尺度 下E = 7 0 4 9 7 ，最= 2 6 2 5 ，易= 2 5 0 0 ，E = 8 5 7 8 ，E = 1 3 5 0 5 因为线路的暂态能量远大于其 它非故障线路的能量，可以判别出线路L 是故障线路。 仿真时考虑了如接地电阻、故障初始相角、故障距离、故障线路、故障类型等各种因素的
9、影响， 限于篇幅，仅给出部分选线结果如下： 表1线路处发生相接地故障时的选线结果 表2线路发生相接地故障时的选线结果 注：表2 中仿真系统是中性点经消弧线圈接地系统，接地电阻为。 2 0 7 表1 和表2 的仿真结果表明，基于暂态行波的选线方法不受中性点接地方式的影响，对于中性点不 接地系统和中性点经消弧线圈接地系统都有很好的选线效果基于暂态行波能量法不受故障接地电阻、故 障初始角、故障距离、故障线路、故障类型的影响，具有很高的选线可靠性。 5 结论 5 1 小电流接地系统故障初期的暂态行波电流分量往往比其稳态值大几倍到几十倍，包含丰富的故 障信息，而且暂态行波频率很高，消弧线圈对其影响很小。
10、 5 2 从行波的角度分析了故障线路和非故障线路的暂态特征，采用相模变换消除三相行波电流之间 的耦合，选用暂态特征量明显的线模分量作为选线特征量。 5 3 小波变换的分频特性，可以将信号中不同的频率成分分解出来，从而能更加清晰地分析故障特 征。 5 4 采用暂态行波电流能量法的选线原理，克服了传统小波选线方法易受干扰的缺点，能明显地提 高选线精度。仿真分析结果表明，暂态高频分量能量选线法具有判据简洁，特征量明显等优点，同时 不受故障电阻、故障类型、故障初始角等因素的影响。 4 8 参考文献 f 1 1 齐郑。杨以涵中性点非有效接地系统单相接地选线技术分析fJ 1 电力系统自动化，2 0 0 4
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