基于Prony算法的小電流接地故障暫態(tài)選線技術(shù).pdf

1、中壓配電網(wǎng)中性點采用非有效接地方式，能夠提高單相接地故障(一般稱為小電流接地故障)時的自動熄弧率并可在出現(xiàn)永久性接地故障時繼續(xù)運行1～2小時，因此具有更高的供電可靠性。但小電流接地故障的故障電流十分微弱，相當一部分故障存在間歇性拉弧現(xiàn)象，給接地故障線路的選擇帶來了很大困難。由于缺少可靠的選線技術(shù)，時至今日許多供電部門仍不得不通過人工拉路選擇故障線路，使得一些非故障線路的供電也出現(xiàn)不必要的中斷。隨著電力用戶對供電可靠性和電能質(zhì)量要求的提高

2、，供電部門對于小電流接地故障選線技術(shù)越來越重視。近年來，在國內(nèi)外電力科技工作者的努力下，小電流接地故障選線技術(shù)的研發(fā)取得了重大進展，一些實用化的選線裝置投入現(xiàn)場運行，取得了較好的運行效果。但總體來看，這些選線方法和選線裝置均存在一定的缺陷，在實際應(yīng)用中不同程度地存在一些誤選、漏選的問題，選線正確率一般在90％以下，有待于進一步提高。 目前國內(nèi)外常用的選線方法按照利用信號方式的不同可分為主動式選線方法和被動式選線方法。主動式選線方

3、法主要包括注入信號法、殘留增量法和中電阻法等，其缺點是需要額外增加設(shè)備，且安裝維護較復(fù)雜。被動式選線方法包括利用故障穩(wěn)態(tài)信息法和利用故障暫態(tài)信息法兩類。利用穩(wěn)態(tài)信號進行選線的方法主要包括(工頻)零序電流幅值法、(工頻)零序電流比幅比相法、(工頻)零序無功功率方向法、諧波法等。穩(wěn)態(tài)法存在的主要問題是接地穩(wěn)態(tài)分量太小，常導(dǎo)致選線裝置不能正確動作，而且要求短路時必須有一個持續(xù)的穩(wěn)態(tài)短路過程，因此在發(fā)生間歇性電弧接地時便不再適用，也不適用于中性

4、點經(jīng)消弧線圈接地的系統(tǒng)。與利用穩(wěn)態(tài)信號進行選線相比，利用故障后的暫態(tài)信號進行選線不受消弧線圈的影響，不受故障點電弧不穩(wěn)定的影響，具有檢測靈敏度高的優(yōu)點。利用暫態(tài)信號進行選線的方法主要包括首半波法、暫態(tài)零模特征法(包括暫態(tài)零模特征電流幅值比較法與極性比較法、暫態(tài)零模特征信號無功功率方向法)、能量法和小波法等。其中，暫態(tài)零模特征法是利用暫態(tài)信號特征進行故障選線的重大突破，具有動作判據(jù)明確、簡單、易于實現(xiàn)的優(yōu)點，在現(xiàn)場已有大量的應(yīng)用。但該方法

5、在選線前需要對故障數(shù)據(jù)進行濾波處理，只留下特征頻帶內(nèi)的暫態(tài)信息，這樣在系統(tǒng)主諧振頻率低時可能濾掉占主導(dǎo)地位的暫態(tài)主頻分量，導(dǎo)致選線結(jié)果不正確。因此，有必要繼續(xù)深入地研究利用暫態(tài)信號的故障檢測方法。 本文利用Prony算法準確地提取故障暫態(tài)信號中起主導(dǎo)作用的暫態(tài)主頻信號，提出了基于Prony算法的暫態(tài)主頻導(dǎo)納故障選線新原理，它通過比較故障線路與非故障線路暫態(tài)主頻導(dǎo)納幅值和相位的不同進行選線。本文的主要研究工作如下： 1.采

6、用近似的故障模網(wǎng)，較為精確地分析了小電流接地故障的暫態(tài)信號特征，總結(jié)了經(jīng)高阻接地故障時零模電壓和零模電流的變化規(guī)律，論證了暫態(tài)主頻信號能量是故障后暫態(tài)信號的主導(dǎo)成分，利用暫態(tài)主頻信號可以進行選線且靈敏度高。 2.介紹了Prony算法的一般原理，提出了應(yīng)用Prony算法擬合小電流接地故障暫態(tài)信號時參數(shù)選擇的原則，通過例證討論了如何確定采樣頻率、數(shù)據(jù)時間窗及模型階數(shù)的問題。 3.利用Prony算法將小電流接地故障后的母線暫態(tài)

7、零模電壓、故障線路及非故障線路暫態(tài)零模電流分解為按指數(shù)規(guī)律衰減的各頻率分量之和，確定了暫態(tài)主諧振頻率選擇的一般原則，分析并驗證了Prony算法擬合小電流接地故障暫態(tài)信號的可行性及有效性。 4.定義了暫態(tài)主頻零模電流、零模電壓的相量，并將二者之比定義為暫態(tài)主頻導(dǎo)納，證明了暫態(tài)主頻導(dǎo)納可近似等于相應(yīng)的穩(wěn)態(tài)正弦頻率下的導(dǎo)納，指出正向短路時暫態(tài)主頻導(dǎo)納幅值大，其相位接近于-90°，反向短路時暫態(tài)主頻導(dǎo)納幅值小，其相位接近于90°。

8、 5.提出了基于Prony算法的暫態(tài)主頻導(dǎo)納故障選線新原理，并給出了其算法實現(xiàn)過程。它通過比較故障線路與非故障線路暫態(tài)主頻導(dǎo)納的不同進行選線，當某一線路暫態(tài)主頻導(dǎo)納幅值大于導(dǎo)納整定值的大小且其相位接近于-90°時，判斷其為故障線路；當某一線路暫態(tài)主頻導(dǎo)納幅值小于導(dǎo)納整定值的大小且其相位接近于90°時，則判斷其為非故障線路。 6.討論了在設(shè)定選線判據(jù)時應(yīng)考慮的因素。系統(tǒng)暫態(tài)主諧振頻率低時設(shè)定導(dǎo)納動作值需考慮消弧線圈的影響，即在整

9、定導(dǎo)納值中要加上消弧線圈的電納；推導(dǎo)暫態(tài)主頻導(dǎo)納相位時忽略了一些次要因素，且系統(tǒng)各出線長度差別較大時短線路的相位誤差較大，因此在設(shè)定導(dǎo)納動作區(qū)時不能設(shè)為90°，而是設(shè)定了角度動作范圍。 7.通過建立ATP仿真模型及編制Matlab程序?qū)π‰娏鹘拥毓收虾竽妇€暫態(tài)零模電壓、故障線路及非故障線路暫態(tài)零模電流進行了大量的仿真及Prony擬合分析，分別利用ATP仿真數(shù)據(jù)及現(xiàn)場實測故障數(shù)據(jù)對提出的選線新原理進行了驗證。 本文利用Pr

10、ony算法對母線暫態(tài)零模電壓信號、線路暫態(tài)零模電流信號進行擬合，提取其暫態(tài)主頻電壓信號和電流信號，進而計算出各出線暫態(tài)主頻導(dǎo)納，通過判斷暫態(tài)主頻導(dǎo)納的幅值與相位是否位于動作區(qū)而進行故障選線。本方法是一種基于暫態(tài)信號頻域特征參數(shù)的方法，與以前提出的單純利用暫態(tài)瞬時數(shù)據(jù)的暫態(tài)特征法相比，判據(jù)更為準確、穩(wěn)定、可靠。由于暫態(tài)主頻導(dǎo)納具有明確的物理意義，因此便于確定選線整定值，并對算法的性能進行分析、評價。它只需采集母線零模電壓信號和本線路零模電