基于小波分析的配电网内小电流接地选线方法研究

高 蔚

(国网宁夏电力公司检修公司，宁夏 银川 750000)

基于小波分析的配电网内小电流接地选线方法研究

高 蔚

(国网宁夏电力公司检修公司，宁夏 银川 750000)

对目前国内外选线技术进行研究，分析暂态量选线优势。针对现有配电网内选线技术正确率低，现场选线装置易受电流信号小、干扰大、信噪比小等因素影响，提出将小波分析方法扩展至配电网内进行小电流接地选线，而不仅局限于变电站内。利用小波包对典型配电网进行建模，并利用矩阵实验室(Matrix Laboratory，Matlab)进行仿真验证，结果证明该方法能够准确、可靠选出配电网内接地线路。

小波分析；配电网；小电流接地；选线

0 引言

单相接地故障约占电力系统接地总故障80%左右，若发生间歇性弧光接地，还会产生幅值高达2.5～3.5倍相电压值的过电压[1]。实践中常采用主变电站加开闭所或级联开闭所方式供电，进、出线多用电缆且长度短，大多在10 km以内，出线供电半径小。文献[1]规定：对于3～10 kV电缆线路构成且不直接连接发电机的系统，当电容电流超过30 A且又需要接地故障条件下运行时，应采用中性点经消弧线圈接地方式。

现有的选线方法主要分两类[2-3]：基于稳态信号的选线方法和基于暂态信号的选线方法。而在谐振接地系统中，由于消弧线圈产生的电感电流对故障产生的电容电流进行了补偿，使得稳态条件下故障线路中的故障电流很小，甚至小于健全线路，因而传统的基于故障稳态信息的检测方法对于谐振接地系统选线效果很差。暂态信号持续时间短的特点，让迅速有效地提取故障发生时的信息成为暂态信号选线的重点。小波分析能够提高对奇异性、瞬时性故障信号检测的正确率，通过对暂态故障信号进行更深入的分析来提高故障选线的准确率。

1 小波分析选线扩展至配电网内原理

单相接地故障发生后，把零序电流互感器输出的信号进行小波分解，把高频分量投影到小波包的某一子空间，对于与故障点最近的母线而言，此时故障线路电流对应的模极大值普遍大于健全线路的对应值，而健全线路零序则有相同的变化趋势，极值与极性基本相同。假设母线自身发生单相接地故障，母线上所有的出线有相同的变化趋势且对应的模极大值大体相等、极性相同；而对于电源/变压器到故障点之间的其他母线而言，给故障点供电的出线的模极大值、极性不同于本段母线的其他出线。拟采用模极大值选线方法先在每段母线自身及所有出线范围内选出可能的故障点，再控制主站综合各段母线识别信息选出故障位置。

2 小波函数及分解变换尺度选取

拟以暂态信号为谐振接地的暂态电流信号，且以暂态电容电流分量为主，其自由振荡频率一般是300～1 500 Hz。在小波函数和分解层数上，为减小频谱泄漏和混叠，要求小波有较好的频域特性和奇异性检测效果，因而选择工程中应用最广泛的db小波族中频域特性最好且奇异性检测效果适中的db10小波，分解层数选择为4层。暂态信号采样频率选为10 000 Hz，可以识别最大5 000 Hz的信号，基本满足暂态电容电流自由振荡频率的要求。

对各线路零序暂态电流用选取的db10小波进行4层分解，利用小波的奇异性检测原理找出各尺度对应的模极大值。生成模极大值矩阵Mij如下：

3 Matlab单相接地仿真计算

发生单相接地后，系统中各处都出现很高的零序电压，各保护安装处检测到零序电压超过定值，启动小波分析模块，对采样到的数据进行小波分解，得到结果，然后把小波分析结果各尺度下的模极大值连同位置信息上发所属区域控制中心，区域控制中心则以辖区内各母线为中心，根据与其相连的各条出线保护上报的小波分析各尺度下的模极大值进行选线，选出本辖区内有最大接地可能的线路或元件。图1为典型开闭所接线系统图，利用Matlab对该方法进行仿真计算。

图1 典型开闭所供电系统结构图

以2号母线为例。在编号为2的母线处，分别对编号为②、③、④的保护安装处的零序电流值进行小波分析，得到分解结果。根据分解结果得到模极大值矩阵M2：

该矩阵第一行和第三行的模极大值在第四列，第二行的模极大值在第三列，各行的极大值都不在统一尺度，应选择信号暂态突变特征最明显的尺度作为选线尺度。经过计算，第四尺度突变特征最为明显，故选择尺度四作为选线尺度，在该尺度下第一行的元素模值远比其他两个大，且极性与其他二者相反，从而得出结论：在与2号母线相连的出线中，3号线路接地的可能性最大。同理得：

由上可得，各段母线处发生接地可能性最大的元件分别是8号线路及以下位置、12号线路及以下位置、13号母线自身或该段进线开关以上部分。

从电源开始，2号母线选线结果显示，3号出线及以下位置可能会发生接地故障，而3号出线即6号母线的进线，对该段线路首末端的小波分析结果进行比较：

因而判定故障在3号线路以下。根据6号母线的选线结果，该段可能的接地点位置应该在该母线的8号出线及以下位置，该段线路为13号母线的电源进线，对该段线路首末端的小波分析结果进行比较：

其模极大值大小相近且极性相同，因而判定故障在8号线路以下；根据13号母线的选线结果，该段可能的接地点位置应该在该母线自身或该段进线开关以上部分，结合线路8的首末端零序电流小波分解模极大值比较结果，再对比所选线路母线进线处经过滤波降噪等处理的零序电流波形，最终确定短路点为13号母线本身。

从以上仿真可知利用小波分析进行小电流接地故障选线并不仅适用于单一的变电站内，对故障选线的范围可从单一的变电站内扩展至区域配电网，该方法利于调度系统统筹管理，仿真表明该方法能够可靠选出接地线路。

4 结论

本文研究了利用小波分析进行单相接地故障选线的方法，并提出利用小波包对配电网进行小电流故障选线。该方法具有以下特点：

(1) 利用小波分析对故障选线的范围从单一的站内扩展至区域配电网，利于调度系统统筹管理，仿真表明该方法能够可靠选出接地线路，使之可以在整个供电网系统内选线，而不是只能在站内使用。

(2) 小波分析能够提高对奇异性、瞬时性故障信号检测的正确率，通过对暂态故障信号进行更深入的分析来提高故障选线的准确率。

(3) 系统发生单相接地后，把小波分析结果各尺度下的模极大值连同位置信息上发所属区域控制中心，区域控制中心则以辖区内各母线为中心，根据与其相连的各条出线保护上报的小波分析各尺度下的模极大值进行选线，选出本辖区内有最大接地可能的线路或元件。

(4) 该方法通过比较零序电流小波变换模极大值的大小和极性实现故障选线，克服了传统方法中因稳态零序电流较小而误选的缺点，且不受故障电阻及系统运行方式的影响，能可靠实现故障选线。

[1]DL/T620—1997 交流电气装置的过电压保护和绝缘配合[S]

[2]郝玉山，高曙，杨以涵，等.MLN系列小电流接地微机选线装置动作原理[J].电力情报，1994(2)

[3]王祖光.微机小电流接地系统接地选择装置[J].电力系统自动化，1993(6)

2014-11-05

高蔚(1975—)，女，陕西人，工程师，从事电力系统自动化工作。