10kV配电网中性点经消弧线圈接地系统的故障选线方法

10 kV配电网中性点经消弧线圈接地系统的故障选线方法

董秀清1，杨炳元2，金海望2，刘洵宇3，高 科4

【摘 要】摘要：基于中性点经消弧线圈接地方式的小电流接地系统单相接地故障选线的研究现状，应用小波变换中信号奇异性检测原理对故障后暂态零序电流进行分析，提出通过对暂态零序电流求模极大值，用最大模极大值比值与其所设阈值比较的选线方法，通过Matlab/Simulink仿真分析，验证了该方法在纯架空、纯电缆、架空和电缆混搭三种线路类型中的任一条线路及两条线路同时发生单相接地故障时选线的可行性，同时给出该方法失效情况的说明。 【期刊名称】内蒙古电力技术 【年(卷),期】2012(030)004 【总页数】5

【关键词】10 kV配电网；中性点；消弧线圈；故障选线；模极大值

0 引言

随着电力系统的发展，中低压配电网越来越多地采用电缆线路，由于电缆线路电容比架空线的大，因此电缆线路的增加导致了系统电容电流的急剧增大，在小电流接地系统中电容电流的不断增加对设备绝缘安全和设备保护产生了严重的影响。因此在我国3～10 kV电力系统中，若发生单相接地故障时的电容电流超过30 A，或在35～60 kV电力系统中发生单相接地故障时的电容电流超过10 A，其系统均应采用中性点经消弧线圈的接地方式[1]。

中性点经消弧线圈接地方式由于具有线路接地故障电流较小和自动消除瞬时性接地故障的优点，在我国10 kV配电网系统中得到了广泛的应用。但是消弧线圈的补偿作用，使得区别于故障线路和非故障线路的电气特性不存在了，且故

障发生在相电压过零点和过峰值时的特征也不同，导致传统的故障选线方法不再适用。

本文应用小波变换中信号奇异性检测原理对故障后暂态零序电流进行分析，通过对暂态零序电流最大模极大值比值与其所设阈值的比较来实现故障选线。由于利用全频带暂态零序电流，因此故障发生在相电压过零点和过峰幅值时都可以进行可靠选线[2]。经Matlab仿真分析验证了该方法的有效性。

1 故障特征及选线原理

1.1 中性点经消弧线圈接地系统的故障特征

中性点经消弧线圈接地的电网发生单相接地故障后的特征量由对称三相电源作用产生的正常分量和故障等效电源作用产生的故障分量组成。由于电力系统各元件可等效于分布参数元件，则此过程可等效于一个分布参数网络的零状态响应过程。由于线路中分布电感、电容的存在，在故障暂态分量中含有丰富的故障信息且含有较多频率成分，因此可通过获得暂态特征量来提高选线精度。 1.2 小波变换信号奇异性检测原理

小波分析是傅里叶变换的发展，具有时—频同时局部化的良好特性，可以将信号分解到不同的频带，即在低频部分具有较高的频率分辨率和较低的时间分辨率，在高频部分具有较高的时间分辨率和较低的频率分辨率，特别适合分析非平稳信号和暂态信号[3]。通过对暂态信号在时域和频域内同时分析处理的方法，可以准确、充分地提取暂态分量中的故障信息，从而得到更精确的判据。 通常把无限次可导的函数认为光滑的或者没有奇异性，假如函数在某处有间断或其某阶导数不连续，则称此函数在该处有奇异性。一般来说，函数的突变点可以用其可微性来表示，而在突变点处，函数是不可微的，奇异性检测就是论

述信号的奇异性并判断其奇异程度的，因此在小波变换中称信号的突变时刻为信号的奇异点[4]。

小波变换的极大值检测法就是多尺度边缘检测，即在不同尺度上首先对信号进行平滑，然后再由光滑信号的一阶导数检测信号的突变点，因此小波变换的局部模极大值点就对应信号的突变点[5]。 1.3 故障选线判据

中性点经消弧线圈接地系统的母线上一般接有多条线路，这些线路中，线与线间存在电磁耦合，且单线三相间也存在电磁耦合，发生单相接地故障时，在附加电源的作用下，会产生暂态行波，在非故障相由于相间电磁耦合也会引起电流行波分量。由于非故障线路上的电流行波分量都是由故障线路透射过去的，是故障线路行波分量的一部分，因此故障线路的故障电流行波能量大于非故障线路的，同时故障线路零序电流的突变程度及其奇异程度与非故障线路的差异很大，且方向相反。利用小波变换的奇异性检测原理，确定出各出线暂态零序电流小波变换模极大值方向与其最大模极大值，假如几条线路中只有一条发生单相接地故障，若最大模极大值中的最大者比其余的最大模极大值大，且最大者与次大者的比值大于某一设定的阈值，则同时满足模极大值极性与阈值要求的线路可判定为故障线路；假如两条线路同时发生单相接地故障，则两条故障线路零序电流模极大值的极性与其他非故障线路的不同，若两条故障线路中的模极大值最大者与非故障线路中的模极大值最大者的比值仍大于设定的阈值，且另一条故障线路的模极大值与非故障线路的模极大值最大者之比小于设定的阈值，则可判断满足方向、大于阈值和小于阈值要求的两条线路为故障线路。

2 仿真试验分析