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(xué) 許運(yùn)山

我國(guó)配電網(wǎng)是我國(guó)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(dāng)出現(xiàn)單相接地故障時(shí)，故障線路處的接地電流難以檢測(cè)，故障特征難以辨識(shí)和提取。隨著配電網(wǎng)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，對(duì)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(cè)，但檢測(cè)時(shí)間較長(zhǎng)。郭謀發(fā)設(shè)計(jì)了一種立足于支持向量機(jī)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(shí)間。但故障類型診斷準(zhǔn)確率下降。白振宇研究了一種關(guān)于導(dǎo)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(cè)出故障類型，具有一定的實(shí)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(wèn)題，能夠?qū)崿F(xiàn)不同故障類型的精準(zhǔn)分類。

本文提出將先進(jìn)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(shí)，各相電壓電流變化情況，通過(guò)對(duì)穩(wěn)態(tài)特征和暫態(tài)特征進(jìn)行分析和對(duì)比，分析得出零序電流分量在發(fā)生故障時(shí)，突變量較大。其次使用小波分析來(lái)對(duì)零序電流進(jìn)行分解，選擇dB5作為小波變換基函數(shù)，通過(guò)小波分解對(duì)暫態(tài)信號(hào)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(tái)，通過(guò)模擬配電網(wǎng)線路發(fā)生單相接地故障這一情況，對(duì)該方法進(jìn)行仿真驗(yàn)證。

仿真結(jié)果表明：本文提出的方法能夠準(zhǔn)確的對(duì)配電網(wǎng)單相接地故障進(jìn)行診斷，具有較高的可靠性和準(zhǔn)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(shí)，三相線路接地的電容C為同一值，相電壓發(fā)生變化，此時(shí)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(shí)，則B相的電壓是0V。B相此時(shí)的對(duì)地電容的電流也為0A。使得非故障相的對(duì)地電阻增加為原來(lái)的倍，并且此時(shí)非故障相的對(duì)地電容的電流也增加為原來(lái)的倍。

1.2 穩(wěn)態(tài)特征分析

在中性點(diǎn)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(huì)保持平穩(wěn)的幅度不斷的減小，而暫態(tài)電容電流會(huì)以較大的幅度減小。

2 小波分析法

本文利用小波分析法進(jìn)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(guò)小波分解出的模極大值和極性來(lái)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(duì)線路中的零序電流進(jìn)行小波變換，當(dāng)檢測(cè)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(dāng)被檢測(cè)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(yàn)證

通過(guò)Simulink搭建仿真平臺(tái)，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(tái)

如圖3所示，單相接地故障發(fā)生在系統(tǒng)0.05s時(shí)，此刻通過(guò)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(shí)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(zhǔn)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(hào)小波分解圖

總結(jié)：本文通過(guò)對(duì)配電網(wǎng)單相接線系統(tǒng)故障特征的詳細(xì)分析，得出了通過(guò)故障線路零序電流發(fā)生較大突變的結(jié)論，通過(guò)選用小波分析法將各線路零序電流進(jìn)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(guò)對(duì)比每條線路上同一時(shí)刻下的小波變換模極大值和方向，進(jìn)而對(duì)故障線進(jìn)行診斷。最后仿真結(jié)果表明：該方法具有較高的準(zhǔn)確性、可靠性和實(shí)用性。