基于特征频带的非有效接地系统选线技术

柯立婷

国网漳州供电公司

基于特征频带的非有效接地系统选线技术

柯立婷

国网漳州供电公司

随着人们对供电可靠性和供电质量要求的提高，使其对配电网非有效接地系统单相接地故障的检测和选线方面的研究尤显重要。本文分析了非有效接地系统单相接地故障的选线问题，并对现存的选线方法提出一种改进的思路。根据特征频带的求取进行选线，可减小了因测量、算法误差而导致错误选线的概率，从而更为可靠、准确进行故障选线。

非有效接地，单相接地故障，特征频带，选线，Matlab仿真

1 非有效接地系统选线存在的问题

选线方法有多种，主动式选线方式和被动式选线方式皆有应用到现场，但现场反馈的情况都不尽人意。综合分析，选线困难有如下几个原因：

1)故障信号较微弱。网络结构复杂的配电网，故障信号特征强弱难于判断。单相接地故障的稳态电流过于微弱，通常不大于30A，有时低于10A。谐波信号甚至小于故障短路电流的百分十。故障暂态电流虽比稳态信号强，但持续的时间较短，有时比较难利用。所以导致基于单因素的故障选线方法难于实现较高准确地选线。

2)不稳定故障电弧的影响。实际配电网出现的故障，大部分是间歇性和瞬时性接地故障，普遍出现弧光接地现象。由于弧道电阻的非线性，电弧多为不稳定的。在此情况下，运用稳态判据的选线方法就会失效。

3)随机因素的影响。配电网的网络较复杂，中性点接地方式、运行方式和网络结构不是单一不变的。随着网络变化，潮流相应变化，所对应故障时的暂稳态电容电流亦变化。负荷的变动、母线电压变化、故障的过渡电阻以及互感器的采样精度问题均对故障选线造成一定的难度。

2 小波理论基础及特征频带的定义

非有效接地系统故障接地电流的幅值和频率初始是由暂态电容电流决定，因此暂态接地电流的特性可以参照暂态电容电流的特性。

基于非有效接地系统的故障暂态分量的特征，从信号分析的角度出发，利用小波包变换在时频带分割的良好性质，提出用小波包分析故障暂态信号，通过线路不同频带内能量大小比较确定特征频带，再选出特征频带能量值最大的线路和极性判断选出故障线路。

特征频带的定义。暂态零序电流小波包分解实质上，是对信号不同频带的滤波，而且当信号划分到不同频带，信号的采样点数就会减为一半，这样总采样点数保持不变。

各个频带有相应的波形，对波形进行重构，并获得小波包频带重构后的小波系数。频带的能量值为小波包系数的累加平方和，每个频带都有一个能量值，每个频带都有n个系数，这样就可以根据特征频带的定义求取特征频带。频带的能量值公式：

其中， 是第(j,k)子频带下的小波包分解系数。

运用小波包对暂态零序电流进行分析，先去掉工频所在的频带。对于配电网中性点不接地系统，特征频带为能量最大的频带；对于配电网中性点经消弧线圈接地的系统，由于消弧线圈的补偿作用，能量最大频带不能作为特征频带，暂态接地电容电流的五次谐波频带不受接地消弧线圈的影响，主要集中在能量值次大的频带上(并且避开高频电感电流产生的频带)。特征频带选取最大值和次大值的频带，可以减小因为仪器测量和计算的误差造成选线错误的概率，提高了选线的可靠性。

3 基于MATLAB的故障选线仿真

为验证新的选线方法，运用Matlab仿真软件建立一个配电网模型，模拟单相接地故障，根据单一变量方法分别设置中性点接地方式、故障位置、故障时刻、故障线路类型等算例进行选线方法的准确性分析测试。

1) 配电网仿真系统模型。配电网仿真系统为一个110kV/10kV变电站，共有五条出线，为架空线路和电力电缆混合线路。主变压器通过Z型变压器模拟中性点，中性点有中性点经消弧线圈和中性点不接地两种接地方式。

2)选线程序流程图。首先读取母线的零序电压和各线路的零序电流，根据单相故障的母线电压特征和各线路零序电流的特征判断是否单相故障。若没有发生故障，则应间隔一段时间继续读取并判断；若是发生接地故障，则应提取各线路的零序电流值进行小波包分析，并判断各线路的零序电流极性。若极性全相同，则为母线故障；否则应选出各线路特征频带，根据特征频带定义求出特征频带线路，继而判断其极性是否与其它线路相反。若是，则此线路为故障线路；否则应选出极性与其它线路相反的线路为故障线路。不能选出则选线失败。

3)配电网仿真算例。根据验证的需要，本章从接地方式、补偿度、线路类型、故障位置、故障时刻和接地电阻六个方面设置11个算例。由实验得出，单凭特征频带的求取判断故障是不够的。在母线故障用特征频带求取判断理论上是无效的，如果强行判断，则会出现误判；故障短路电流较小也产生了误判。所以不仅要依靠特征频带的求取，也需要极性做辅助判断。两种方法的结合，可以准确实现选线判断。

4 结论

故障选线方法是故障排除的第一个步骤，只有正确地实现了故障选线，才能实现正确的定位。特征频带的选取的选线方法综合傅里叶算法、首半波法、能量原则等优势。对小波函数的选取、采样频率和数据窗、边界效应的处理和频率混叠情况进行充分考虑，并做一定措施处理，避免了有些因素对选线结果的影响。仿真算例根据单一变量准则分别对接地方式、故障位置、故障时刻、故障线路类型和过渡电阻等因素进行选线方法的测试。仿真结果表明小波包分析具有对故障暂态零序电流的良好时频分割特性，对微弱信号识别有独特的优点，能准确和精确地反应故障信息。仿真结果说明该选线方法是切实可行的，在各种情况下，均能正确地选出故障线路。

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