基于小波分析的单相接地故障选线的研究与设计

小电流接地方式有利于提高供电可靠性,我国及其他很多国家的配电网普遍采用这种接地方式。小电流接地系统中,单相接地故障对电网的威胁不大,即使是永久性单相接地故障,电网仍允许带故障运行1～2个小时。小电流接地系统发生单相接地故障时,其他两相对地电压升高为线电压,特别是发生间歇性弧光接地时,由于中性点没有电荷释放通路,会引起弧光接地过电压,系统绝缘受到威胁,容易扩大为相间短路。因此尽快选出故障线路,尽快排除故障对于系统安全稳定具有重要意义。然而当小电流接地系统发生单相接地故障时,由于故障电流非常小,故障特征不明显,故障状态与正常状态界限不分明,常规继电保护方法几乎不可能识别出故障线路,迫切需要提出新的选线方法。 本文重点分析了中性点经消弧线圈接地系统发生单相接地时的暂态过程。可知单相接地故障的暂态信号中含有丰富的故障信息,而在故障发生的初始阶段,消弧线圈对暂态电容电流的补偿作用可以忽略不计。因此,尽可能多的发掘暂态信号中故障信息,提取暂态信号中的特征分量加以利用,对提高选线准确度至关重要。本文介绍了小波分析,多分辨分析、快速Mallat算法及故障测度的相关概念,重点研究了小波分析对信号奇异性检测原理。 本文提出了基于故障测度和小波分析理论提取故障暂态信息的选线方法。当电网发生单相接地故障时,在故障线路未知的情况下,该电网中的每一条线路包括母线都是被怀疑的对象,究竟哪一条线路是故障线路就需要根据他们的特征来判断。同时我们希望判据能够计算出每一条线路具有故障线路表现的程度大小,并输出这个程度值。因此提出了故障测度的概念,用来描述一条线路在某判据基准下具有的为故障线路的特征明显程度。故障选线时,首先对故障后的暂态分量进行小波变换,通过比较零序电流小波变换模极大值的大小和极性来初步判断出故障线路。然后构造合理的故障测度函数,计算各线路(包括母线)的故障测度值,给出各线路(包括母线)在此判据下的故障特征的程度值,实现正确选线。该方法克服了传统方法中因稳态零序电流较小而误选的缺点,且不受故障电阻及系统运行方式的影响,能可靠实现故障选线。最后通过一个典型的10kV系统的Matlab仿真,验证了该选线方法的可行性。 本文介绍了选线装置的特点和功能要求,并对选线装置的硬件和软件进行了设计。在选线装置的硬件上采用模块化设计,精心设计了数据采集模块和通信模块。通过利用ARMsth9系列处理芯片强大、高效的运算能力和丰富的外围接口电路,使系统的信号处理能力得到了大幅度提高,降低了系统外部连线的复杂程度。选线装置带有通信接口,可以向远动设备或上位机传送接地信息、保护动作信息,以及接收校时命令等,以满足自动化系统的通信要求。