您的当前位置:首页正文

基于小波变换的小电流接地故障选线仿真研究

来源:爱够旅游网
第27卷第2期 电力科学与工程 Vo1.27.No.2 41 2011年2月 Electric Power Science and Engineering Feb.,201 1 基于小波变换的小电流接地故障选线仿真研究 窦新宇 ,李春明 (1.唐山学院,河北唐山063000;2.内蒙古工业大学,内蒙古呼和浩特010051) 摘要:分析了小电流接地系统发生单相接地故障时的运行特点,提取故障暂态电流对其进行小波变换, 选出重构后小波模值极大且极性与其他线路相反的线路作为故障线路。在Matlab 6.5环境下建立了相关 模型并进行了仿真验证;仿真结果表明:该方法不受故障条件的影响,可准确、可靠地实现配电网单相 接地故障选线,适用于中性点经消弧线圈接地或中性点不接地系统。 关键词:小电流接地;故障选线;小波变换;仿真 中圈分类号:TM711 文献标识码:A O 引 言 单相接地故障是小电流接地系统中最常见的故  l上上上 障,由于故障电流很小,因此,其故障选线的准确 工TlIla 占 性一直是电力系统亟待解决的难题之一。随着对此 Eb E 问题的深入研究,出现了各种故障选线方法,如零 I 序电流原理、首半波原理和五次谐波分量原理等。 上..L. T Il1-i( 以上几种方法分别适用于不同的选线情况。 本文从发生单相接地故障时的暂态情况 出 一 I 发,在研究系统各线路零序电流的基础上,利用 { l c 小波变换进行相关信息的提取;再利用小波对信 f 号奇异性的检测准确定位故障时刻;最后利用小 j_上上 T Tq-l。 波模极大值原则实现故障选线。利用Matlab软件 I 进行了大量仿真,表明这种方法是可行的。 l小电流接地系统单相接地故障分析 1.1小电流接地系统模型 图1小电流接地系统单相接地 Fig.1 Single-phase—to-ground fault in neutral 图1给出了一个5条出线的小电流接地系统 noneffectively grounded distribution system 单相接地故障示意图。按照一般方法,忽略其线 路电感、电阻以及对地电导。当开关K闭合时为 故障时,故障相对地电压降低,非故障相对地电 中性点经消弧线圈接地系统,打开时为中性点不 压升高。流过故障点的暂态零序电流由暂态电容 接地系统。图中E分别为等效的三相电源电动势; 电流和暂态电感电流叠加而成。暂态电感电流衰 L,C分别为消弧线圈的等效电感和各线路的单相 减很快,暂态电容电流衰减较慢。两者频率相差 对地分布电容。 悬殊,不能相互抵消,故在暂态初始过程,消弧 1.2暂态故障特征分析 线圈的补偿作用可以忽略不计,中性点不接地或 当中性点经消弧线圈接地系统发生单相接地 经消弧线圈接地系统的暂态零序电流分布相同 J。 收稿日期:2010—06—05。 作者简介:窦新字(1984一),男,助教,研究方向为电力系统的故障诊断,智能控制系统,E—mail:douxinyu@ yahoo.en。 42 电力科学与工程 此时,非故障线路母线处暂态零序电流为自身对 波变换模极大值的极性和大小判别出故障线路,  地暂态电容电流,方向由母线流向线路;故障线 进而归纳选线判据如下 :(1)通过零序电压的突变来确定故障时刻。 路母线处暂态零序电流为所有非故障线路对地暂 态零序电流之和,方向由线路流向母线。 2基于小波的选线方法 2.1小波变换基本原理 通过对小电流接地系统单相接地故障时的零 序电压、零序电流进行奇异性检测,可以确定出 它们在故障后突变部分的极性和大小,比较其在 各条出线上的不同情况,由此识别出故障线路。 数学上将无限次可导的函数称为没有奇异性, 若函数在某处有间断点或某阶导数不连续,则称 其在此处有奇异点。奇异性检测就是要将信号的 奇异点识别出来并判断它的奇异性。通常用Lips— chitz指数来表达信号的奇异性 。由于小波变换 极大值在多尺度上的表现与Lipschitz指数之问存 在对应关系,这为通过小波变换检测信号奇异点 提供了依据。即小波变换后的模极大值能够反映 接地故障的某些特性,故本文利用此理论实现故 障选线。 2.2小波函数和分解层数的选取 为了减小频谱的泄漏和混叠,要求小波函数 具有较好的频域特性。其中dbN小波是工程上应 用较多的小波函数,该小波系特点为随Ⅳ的增大, 时域支集变长,时间局部性变差;同时,正则性 增加,频域局部性变好。综合考虑在时域与频域 的需要,通过采用多种小波进行仿真,本文使用 dbl0小波可以得到较为理想的结果。 对于分解层数的选择,层数过多则频带宽度 过小,频带对应的采样点数过少,使得判据灵敏 度降低;反之层数过少则频带宽度过大,信息量 增加,可能引入更多的干扰成分,降低可靠性。 因此,一般选择分解到6层 ’。 。 2.3故障选线原理及判据 小电流接地系统发生单相接地故障时产生一 个零序突变,所有非故障线路零序电流突变的极 性相同,故障线路的极性与非故障线路的极性相 反,且故障线路零序电流突变的幅值等于所有非 故障线路零序电流突变幅值之和。利用小波变换 对奇异值检测的特性,通过比较暂态零序电流小 (2)在故障时刻附近,若每一条线路小波变 换模极大值的极性与其他线路相反,且幅值最大, 则该线路为故障线路。 (3)在故障时刻附近,若所有线路的小波变 换模极大值的极性相同,则为母线故障。 3 系统仿真 3.1系统仿真模型 该系统为5条出线的10 kV系统,包括三相 电源、升压变压器、输电线(架空)、降压变压 器、用户负载。升压变压器低压侧中性点通过开 关和消弧线圈相连。开关打开时为不接地系统, 闭合时为经消弧线圈接地系统。 (1)线路参数:电力输电线的参数严格来讲 是均匀分布的。由于配电网中存在电力负荷的频 繁切换使三相参数不可能平衡,采用集中参数模 型存在着较大误差。因此采用分布参数模型。对 架空线路进行仿真,其参数选定如表l。 表1架空线参数 Tab.1 Transmission llne parameters (2)变压器参数:升压变压器为110/10 kV, YY联接,降压变压器为10/6 kV,D11Y联接。 (3)线路长度:L =5 km, =10 km, = 14 km,L4=16 km,L5=l8 km。 (4)消弧线圈参数:在仿真消弧线圈接地系 统时,系统按过补偿10%整定。根据线路参数及 长度可以计算出R .=6 n,L=0.719 H。 (5)仿真时间为0.1 s,微分方程解算器选择 变步长odel5,在含架空线的暂态电容电流自由振 荡的频率一般集中在300—3 000 Hz,本课题选取 的采样频率为6 000 Hz。 3.2仿真算例与结果分析 假设线路 的A相发生接地故障,故障时刻 为T=0.025 S,距离母线8 km,接地电阻为100 Q。 图2为系统零序电压波形和各个出线零序电流波 形,图3是系统三相电压,图4为用dbl0小波对 第2期 窦新字,等基于小波变换的小电流接地故障选线仿真研究 43 各线路零序电流进行第6层重构后的局部波形。 从图2中可以看出,系统零序电压在0.025 S 附近发生突变,说明系统发生单相接地故障;通过 以上分析,从图3中可以知道故障发生在A相;最 后通过图4可知线路 上的模值在T=0.025 S附 近均大于其他线路的值,且方向相反,按照前面介 蚰如加m 0 表2仿真结果 加如们 O 0 Tab.2 Simulation results 绍的选线方法可知,线路厶的A相发生故障。 表2是仿真的几种情况的结果概括。 > 寸e × H皇 恤 恃 建 性 盼 图2系统零序电压波形和各个出线零序电流 Fig.2 Voltage and current of zero sequence > 可e × 0 f/s 图3系统三相电压 Fig.3 Three-phase voltage of system 2 4 2 45 2 5 2 55 采样点 图4小波重构 Fig.4 Reconstruction for wavelet 4结论 利用小波变换识别暂态故障线路的方法是可 行的。仿真结果表明,在经高阻接地故障时,仍 能得出正确的选线结果。因而,利用小波变换进 行单相接地故障选线具有很强的抗过渡电阻能力 且不受故障初相角的影响,该方法适用于中性点 经消弧线圈接地或中性点不接地系统。 参考文献: [1]薛永端,冯祖仁,徐丙垠.中性点非直接接地电网单 相接地故障暂态特征分析[J].西安交通大学学报, 2004,38(2):195—199. Xue Yongduan,Feng Zuren,Xu Bingyin.Analysis of transient characteristics of signals phase each fault in non—solidly earthed network『_I].Journal of Xi’an Jiao— tong University,2004,38(2):195—199. [2]Zhang Xinhui,Xue Yongduan.Simulation analysis of zero modal transient characteristics of single—phase earth fault [A].2006 China International Conference on Electircity Distirbution[c].IET Conference Publications,2006. 218—223. [3]唐捷.小电流接地系统单相接地故障选线新方法 [J].高电压技术,2007,33(12):143—147. Tang Jie.New method for line fault.detection under sin. gle--phase・-to--earth fault of low current neutral grounding power system[J].Hjgh Voltage Engineering,2007,33 (12):143—147. [4]刘明才.小波分析及其应用[M].北京:清华大学 出版社,2005. [5]Chul Hwan Kim,Aggarwal R.Wavelet transforms in pow— er systems.part 2:Examples of application to actual pow— er system transients[J].Power Engineering Journal, 2001,15(4):193—202. (下转第71页) 第2期 李义成超临界锅炉受热面氧化皮的检测分析与对策 Detection Analysis and Countermeasures on Supercritical Boiler Heating Surface Oxide Skin Li Yicheng f Anhui Huainan Pingwei Power Maintenance Engineering Co.,Ltd.,Huainan 232089,China) Abstract:in this paper,Ping Power Plant No.3 boiler heating surface oxide detection methods were introduced, focused on analyzing the causes of oxidation of skin,and put forward specific control measures,in order to solve the super—critical unit furnace tube oxidation of skin peeling off caused by the boiler,this paper provides a good way. Key words:oxide skin;detection;analysis;countermeasures (上接第43页) [6]Chanda D,Kishore N K,Sinha A K.A wavelet multi— ground fault feeder in neutral noneffectively grounded dis— resolution analysis for location of faults on transmission tribution system using wavelet transform[J].IEEE lines[J].Electricla Power and Energy Systems,2003, Transactions on Power Delivery,2008,23(4):1829— (25):59—69. 1837. [7]Dong Xinzhou,Shi Shenxing.Identifying single—phase—to— Simulation Research on Single-phase-to—ground Fault Feeder in Neutral Noneffectively Grounded Distribution System Using Wavelet Transform Dou Xinyu ,Li Chunming (1.Tangshan College,Tangshan 063000,China; 2.Inner Mongolia University of Technology,Hohhot 01005 1,China) Abstract:A scheme of single—phase・to—ground fault feeder identification in distribution networks with the applica— tion of a wavelet transform technique is presented in this paper.The local modulus maxima of the wavelet transform are extracted to determine the time of the single—phase—to-ground fault.The wavelet transforms on all feeders at the time are compared in magnitude and polarity with each other to identify the faulted feeder.Relative system models c0uld be built and simulated based on the environment of PSB in Matlab6.5.The results show that the method can choose the faulty line exactly under all kinds of fault conditions. Key words:low—current ground system;faulty line detection;wavelet transform;simulation 

因篇幅问题不能全部显示,请点此查看更多更全内容