基于小波分析的配電網(wǎng)單相接地故障診斷方法

安徽理工大學 許運山

我國配電網(wǎng)是我國極其重要的基礎(chǔ)設(shè)施，而單相接地故障在配電網(wǎng)故障中最為常見。當出現(xiàn)單相接地故障時，故障線路處的接地電流難以檢測，故障特征難以辨識和提取。隨著配電網(wǎng)規(guī)模的不斷擴大，對配電網(wǎng)安全性的要求也在不斷提升。孫鵬提出了一種將蟻群算法和模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合的故障診斷方法，該方法適用于大多數(shù)情況下的故障檢測，但檢測時間較長。郭謀發(fā)設(shè)計了一種立足于支持向量機的奇異值分解故障診斷方法。該方法能降低特征值的提取難度，快速提取出特征值，減少故障診斷時間。但故障類型診斷準確率下降。白振宇研究了一種關(guān)于導納系數(shù)的故障診斷方法。只需要較少的特征相量即可檢測出故障類型，具有一定的實用性。王世林提出了一種基于BACA和FNN的故障診斷系統(tǒng)，解決了算法迭代次數(shù)較多、搜索較慢等問題，能夠?qū)崿F(xiàn)不同故障類型的精準分類。

本文提出將先進的小波分解理論應(yīng)用于配電網(wǎng)單相接地故障診斷中。首先，分析配電網(wǎng)發(fā)生單相接地故障情況時，各相電壓電流變化情況，通過對穩(wěn)態(tài)特征和暫態(tài)特征進行分析和對比，分析得出零序電流分量在發(fā)生故障時，突變量較大。其次使用小波分析來對零序電流進行分解，選擇dB5作為小波變換基函數(shù)，通過小波分解對暫態(tài)信號的特征提取功能，提出了一種了利用小波變換模極大值的診斷方法。最后本文采用MATLAB/Simulink軟件搭建仿真平臺，通過模擬配電網(wǎng)線路發(fā)生單相接地故障這一情況，對該方法進行仿真驗證。

仿真結(jié)果表明：本文提出的方法能夠準確的對配電網(wǎng)單相接地故障進行診斷，具有較高的可靠性和準確性。

1 配電網(wǎng)單相接地故障分析

1.1 暫態(tài)特征分析

系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時，三相線路接地的電容C為同一值，相電壓發(fā)生變化，此時三相線路中的電容電流之和為0，假設(shè)B相發(fā)生故障時，則B相的電壓是0V。B相此時的對地電容的電流也為0A。使得非故障相的對地電阻增加為原來的倍，并且此時非故障相的對地電容的電流也增加為原來的倍。

1.2 穩(wěn)態(tài)特征分析

在中性點經(jīng)消弧線圈接地線路出現(xiàn)單相接地故障的情況，暫態(tài)電感電流會保持平穩(wěn)的幅度不斷的減小，而暫態(tài)電容電流會以較大的幅度減小。

2 小波分析法

本文利用小波分析法進行診斷，使用dB5作為小波變換基函數(shù)，選線頻帶采用暫態(tài)特征突變程度最大的頻帶。通過小波分解出的模極大值和極性來判斷出故障線路。具體步驟如圖1所示。

圖1 小波分析診斷流程圖

如圖1所示，對線路中的零序電流進行小波變換，當檢測到的線路中零序電流的小波變換模極大值最大，方向與其他線路的方向不同，則該條線路被診斷為單相接地故障線路。當被檢測線路中的零序電流經(jīng)小波分解后的模極大值有一條較大但方向和其他線路相同，則該故障線路被診斷為母線故障。

3 仿真與驗證

通過Simulink搭建仿真平臺，設(shè)置母線發(fā)生單相接地故障，如圖2所示。

圖2 單相接地故障仿真平臺

如圖3所示，單相接地故障發(fā)生在系統(tǒng)0.05s時，此刻通過波形圖可知零序電流幅值發(fā)生較大的突變，由圖4可得出線路1的零序電流小波變換大于線路2，但線路1和線路2具有相同極性，即可判斷出此時為母線發(fā)生單相接地。仿真結(jié)果表明該方法能夠?qū)崿F(xiàn)配電網(wǎng)單相接地故障的準確的診斷。

圖3 線路1和線路2零序電流波形

圖4 線路1和線路2零序電流信號小波分解圖

總結(jié)：本文通過對配電網(wǎng)單相接線系統(tǒng)故障特征的詳細分析，得出了通過故障線路零序電流發(fā)生較大突變的結(jié)論，通過選用小波分析法將各線路零序電流進行暫態(tài)分量下的提取和分解，提出利用小波變換模極大值的故障選線方法。通過對比每條線路上同一時刻下的小波變換模極大值和方向，進而對故障線進行診斷。最后仿真結(jié)果表明：該方法具有較高的準確性、可靠性和實用性。