李廣臣

（中鐵十八局隧道公司，天津 300000）

輸電線路在電網(wǎng)中承擔(dān)著電能輸送的任務(wù)，線路發(fā)生故障時(shí)概率最高的是接地故障。線路發(fā)生故障后，及時(shí)的確定故障類型及故障相有利于線路的搶修，以便盡快恢復(fù)供電。另外，很多線路發(fā)生故障后會(huì)采取重合閘措施，對(duì)于采取分相重合閘的算法，就需要確定故障相。因此，研究線路接地故障時(shí)的選相判據(jù)有著重要的意義。

1 現(xiàn)有接地故障選相判據(jù)存在的問題

輸電線路發(fā)生接地故障后，相當(dāng)于在接地點(diǎn)附加一個(gè)故障電源，由此產(chǎn)生的暫態(tài)行波分量向線路兩端傳播。目前存在的基于暫態(tài)行波的故障選相方法，是利用小波變換理論對(duì)行波信號(hào)進(jìn)行小波變換[1-2]，通過比較信號(hào)奇異點(diǎn)對(duì)應(yīng)的小波變換模極大值來判斷故障類型[3-4]。

根據(jù)相模變換理論，線路發(fā)生接地故障后零模在三相導(dǎo)線與大地之間形成回路，線模在兩相導(dǎo)線之間形成回路。由于零模在大地與導(dǎo)線之間傳輸，受大地電阻率等因素影響，線模在傳輸過程中衰減特性并不穩(wěn)定。所以，直接對(duì)相域里三相導(dǎo)線的行波信號(hào)進(jìn)行小波變換可能會(huì)造成誤判。如果能夠單獨(dú)采用線模進(jìn)行計(jì)算，可以提高判斷方法的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性。

三相線路之間存在電磁耦合關(guān)系，各相行波信號(hào)之間并不獨(dú)立。采用凱倫貝爾矩陣對(duì)三相信號(hào)進(jìn)行相模變換，可以得到獨(dú)立的行波模分量。

假設(shè)線路發(fā)生故障，采樣得到的各相電壓行波信號(hào)為 U A、 U B、 U C，經(jīng)凱倫貝爾變換后的模量為零模U0、線模Uα、線模Uβ，則相模變換關(guān)系為[5]

另外，引入第三個(gè)線模分量Uγ，在線路的B、C兩相之間傳播，與 U B和 U C關(guān)系為

當(dāng)線路發(fā)生接地故障時(shí)，由于零?？梢栽趯?dǎo)線與大地之間形成通路，則此時(shí)零模分量不為零?，F(xiàn)有的接地故障選相判據(jù)為

1）單相接地故障時(shí)， U 0 ≠0

行波在線路上傳播過程中會(huì)發(fā)生衰減現(xiàn)象[6]，導(dǎo)致波頭畸變。線模分量在導(dǎo)線之間傳播，則它們的衰減特性一致。零模在導(dǎo)線和大地之間傳播，受大地電阻率影響，其衰減特性與線模不一致，且傳播速度比線模低。經(jīng)仿真發(fā)現(xiàn)，在有些算例中，零模與線模之間的關(guān)系并不完全滿足上述判據(jù)中的關(guān)系式。這就導(dǎo)致上述判據(jù)在某些接地故障情況下，不能正確選相。

2 改進(jìn)的接地故障選相判據(jù)

為了使線路發(fā)生接地故障時(shí)可以正確的進(jìn)行選相，本文提出對(duì)已有判據(jù)進(jìn)行改進(jìn)。在線路發(fā)生故障后，首先計(jì)算零模分量，根據(jù)有無零模分量判斷屬于接地故障或非接地故障。如果線路發(fā)生接地故障，則把現(xiàn)有判據(jù)中定量的等式關(guān)系，改為定性的不等式關(guān)系，以提高判據(jù)的穩(wěn)定性。

1）單相接地故障時(shí)， U 0 ≠0

2）兩相接地短路故障時(shí)， U 0 ≠0

3 判據(jù)方法仿真驗(yàn)證

仿真使用Matlab仿真軟件中PSB模塊，建立的仿真模型為220kV輸電線路。進(jìn)行仿真的電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

圖1 仿真電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

仿真采用某 220kV輸電線路參數(shù)，使用 50Hz三相分布線路模型，線路參數(shù)為：

線路全長(zhǎng)100km，設(shè)置為A相接地故障，故障點(diǎn)距M端距離20km，距N端距離80km，接地電阻1Ω，采樣頻率1MHz。設(shè)定故障發(fā)生時(shí)刻0.013s。對(duì)故障后得到的三相電壓行波進(jìn)行相模變換，使用DB5小波對(duì)零模和三個(gè)線模分量進(jìn)行小波變換，做四層分解。求取各尺度下行波波頭對(duì)應(yīng)的小波變換模極大值，得到M端各個(gè)模極大值能量如表1所示。

表1 各模分量行波波頭小波變換模極大值能量絕對(duì)值

4 結(jié)論

本文研究了輸電線路發(fā)生接地故障情況下的故障選相方法。根據(jù)現(xiàn)有判據(jù)進(jìn)行選相時(shí)，由于零模的衰減特性與線模不一致，在接地故障條件下使用現(xiàn)有判據(jù)就可能造成選相誤判。因此，本文提出了對(duì)各個(gè)模分量進(jìn)行小波變換，求取行波波頭對(duì)應(yīng)的模極大值能量，通過對(duì)比它們的絕對(duì)值大小，來進(jìn)行選相判斷。將現(xiàn)有定量的等式判據(jù)改為定性的不等式判據(jù)，并且在判據(jù)中不再采用零模分量，以達(dá)到消除零模分量影響的目的。通過仿真，驗(yàn)證了判據(jù)的有效性和穩(wěn)定性。

[1]孫延奎.小波分析及其應(yīng)用[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2005.

[2]彭玉華.小波變換與工程應(yīng)用[M].北京:科學(xué)出版社,1999.

[3]董新洲,賀家李,葛耀中.基于小波變換的行波故障選相研究[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化,1999,23(12):24-26.

[4]董新洲,葛耀中,徐丙垠.利用暫態(tài)電流行波的輸電線路故障測(cè)距研究[J].中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào),1999,19(4):76-80.

[5]林湘寧,劉沛.基于故障電流暫態(tài)分量的測(cè)距研究[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化,2002,26(3):45-51.

[6]覃劍,陳祥訓(xùn),鄭健超.行波在輸電線上傳播的色散研究[J].中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào),1999,19(9):27-35.