基于小波包和相关研究故障选线方法

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1、基于小波包和相关研究故障选线方法　　作者简介：熊姗霞（1988—），女，湖北荆门人，硕士研究生，研究方向：自控设备与精密检测技术（E-mail：gxunxsx@163.com）；黄洪全（1962—），男，湖北荆州人，副教授，研究方向：自控设备与精密检测技术。摘要：分析小电流接地系统故障选线的现状及稳态选线方法的优缺点，仔细研究配网单项接地故障特征后研究用暂态电容电流进行选线，判据如下：先将暂态电压信号利用小波包变换进行分解，得到的能量最大值所对应的即为特征频带，再将各零序电流在特征频带逐一分解，将各条线路得到的小波系数组成相关性矩阵，将矩阵中的元素取平均值得到

2、各条线路与其他线路的平均互相关系数，数值最小者对应的为故障线路。判断过程简洁明了，抗干扰能力强，不受中性点接地方式、电网结构等的影响，能够适应小电流接地系统中多种故障模式，并且用MATLAB/WAVELET仿真验证了本判据的可行性和正确性。关键词：小电流接地系统；单相接地故障；小波变换；相关分析；暂态量中图分类号：TP277文献标识码：A1引言6中性点不接地或经消弧线圈接地是电力系统中常见的小电流接地方式。虽然接地电流小，零序阻抗大，发生故障后还可以持续运行1-2个小时[1]，但是长时间运行会对线路绝缘安全产生不利影响，如在线路绝缘不良处产生对地击穿很容易引发

3、两项或更多项对地短路事故。因此，快速准确地找到故障线路，对于电网的正常运行及人民生活尽然有序意义重大。目前，各种各样的故障选线方法也随着电力系统保护技术的发展而依次出现[2]。由于消弧线圈的电感电流和电容电流是电网接地故障时的主要变化量，而且暂态量要远大于稳态量[3]，因此本文利用暂态故障信息来进行故障选线。而且，电网故障的暂态信息也随着高频微处理器的发展和广泛应用而容易采样得到。小波分解能够简单的提取出各个时间段上信号的特性，从而弥补了Fourier6变换的不足，使故障线路的暂态信息处理更加准确[4]。文献[7]提出的利用小波变换对暂态电流信号进行逐层分解，

4、选出故障特征最明显的暂态信号，通过对比采样点对应的小波分解系数的正负来实现选线。但只对相位进行比较，没有充分采用信号波形的具体幅值信息，对应的暂态故障信息也相应丢失，因此，该方法准确性不强。文献[8]指出利用暂态零序电流波形识别的相关分析法。但该电流信号是稳态工频分量和暂态分量及噪声等叠加的，其中，稳态工频分量包含故障稳态工频分量和三相对地电容不对称引起的分量。如果不及时滤掉故障线路和健全线路中共有的部分，就会降低选线保护的裕度，有时甚至会导致误判。文献[9]提出的将相关分析与小波变换相结合的方法虽然克服了上面的缺点，但在选取电容电流分布最集中的频段时，根据文

5、中公式所得到的特征频段，忽视了线路中零序电压对特征频段的影响，选线准确率不高。本文在总结了以上各种方法的优点及缺点的基础上，将小波包变换和相关分析原理结合起来研究出了一种改进选线方法，先将暂态电压信号利用小波包变换进行分解，得到的能量最大值所对应的频段即为特征频段，再将各零序电流在特征频段逐一分解，将各条线路得到的小波系数组成相关性矩阵，将矩阵中的元素取平均值得到各条线路与其他线路的平均互相关系数，数值最小者对应的即为故障线路。选线步骤简洁明了，适用性强，并用实验证明了本方法的正确性和可靠性。2小波包理论分析[5]小波分析方法是一种窗口形状可改变但面积固定，频

6、率窗和时间窗都能变化的局域化时频分析方法。其定义如下：6当L2发生C相接地故障时，线路中由于分布电容与分布电感的作用会在短时间内产生电容的充放电电流。C相电压降低后，导致C0产生频率很高的放电电流；而由于A，B相电压的升高，就会产生由电源电感供给的低频充电电流。因此，L2接地时的暂态信号比稳态信号大很多，而且频率也更丰富，为故障的特征量的选取创造了有利条件。由上面分析可知，故障发生时正常线路零序电流基本一致，充放电过程相似。而由于故障零序电压源的存在，线路零序电流差别明显。因此，可以比较正常线路与故障线路之间的相似性来选线。5选线判据针对上面接地系统的故障特征

7、，对暂态信号的零序电流利用小波包分解。由于线路的谐振接地电网发生故障时，自由振荡频率通常在300～1500Hz，因此为了准确提取暂态纯故障的分量，根据采样定理可知，采样频率应选为3.33kHz；而且，由于小波包的分解树4级节点中（4，0）节点表示频率的带宽为0～104Hz，因此必须滤除工频分量的干扰，在求小波包分解树4级节点中把能量最大的节点（4，0）节点去除。由于故障发生后，信号的暂态过程仅能持续到故障后几个工频周期，而且故障发生后的一个周期暂态特征最明显，因此，本文选择故障后一个周期及前半个周期时间段的信号做小波变换。6选线判据：利用dB12小波包对各条出

8、线的暂态波形进行4级小波包分解，由于小