基于小波分析的配電網單相接地故障診斷方法

安徽理工大學 許運山

我國配電網是我國極其重要的基礎設施，而單相接地故障在配電網故障中最為常見。當出現單相接地故障時，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。隨著配電網規模的不斷擴大，對配電網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網絡相結合的故障診斷方法，該方法適用于大多數情況下的故障檢測，但檢測時間較長。郭謀發設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于導納系數的故障診斷方法。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，解決了算法迭代次數較多、搜索較慢等問題，能夠實現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用于配電網單相接地故障診斷中。首先，分析配電網發生單相接地故障情況時，各相電壓電流變化情況，通過對穩態特征和暫態特征進行分析和對比，分析得出零序電流分量在發生故障時，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，通過小波分解對暫態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，通過模擬配電網線路發生單相接地故障這一情況，對該方法進行仿真驗證。

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

1 配電網單相接地故障分析

1.1 暫態特征分析

系統發生單相接地故障時，三相線路接地的電容C為同一值，相電壓發生變化，此時三相線路中的電容電流之和為0，假設B相發生故障時，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 穩態特征分析

在中性點經消弧線圈接地線路出現單相接地故障的情況，暫態電感電流會保持平穩的幅度不斷的減小，而暫態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，選線頻帶采用暫態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，設置母線發生單相接地故障，如圖2所示。

圖2 單相接地故障仿真平臺

如圖3所示，單相接地故障發生在系統0.05s時，此刻通過波形圖可知零序電流幅值發生較大的突變，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生單相接地。仿真結果表明該方法能夠實現配電網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：本文通過對配電網單相接線系統故障特征的詳細分析，得出了通過故障線路零序電流發生較大突變的結論，通過選用小波分析法將各線路零序電流進行暫態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。最后仿真結果表明：該方法具有較高的準確性、可靠性和實用性。