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        基于饋線暫態(tài)零流互差系數(shù)的配電網(wǎng)故障判別研究

        2020-12-16 07:42:34袁曉宇
        山東煤炭科技 2020年11期
        關(guān)鍵詞:選線暫態(tài)零序

        袁曉宇

        (山西西山晉興能源有限責(zé)任公司,山西 太原 030053)

        單相接地故障是配電網(wǎng)故障發(fā)生的主要形式,占故障的80%。出現(xiàn)單相接地故障后,配電系統(tǒng)暫時可以維持工作,長時間會擴大故障區(qū)域,且導(dǎo)致絕緣損壞,因此需要快速排除故障,減少損失。對配電網(wǎng)故障進行定位判斷的方法有被動法和主動法。被動法依據(jù)接受信號的不同,分為暫態(tài)分量法和穩(wěn)態(tài)分量法;主動法應(yīng)用較少,方法比較復(fù)雜,需要設(shè)置信號注入裝置。穩(wěn)態(tài)分量法所選取的物理量清晰,采用零序電流的特性進行選線,根據(jù)健全饋線、故障饋線有功分量幅值開展選線。

        本文對小電流接地系統(tǒng)暫態(tài)零序電流的分布規(guī)律進行分析,基于零序電流在健全饋線與故障饋線極性相反,提出一種基于波形差異的選線方法,進行PSCAD 仿真驗證,結(jié)果表明該方法選線的準(zhǔn)確性較高。

        1 消弧線圈接地的暫態(tài)零序電流

        配電網(wǎng)經(jīng)消弧線圈接地,在出現(xiàn)故障時,零序電流呈現(xiàn)一定規(guī)律,健全饋線和消弧線圈可以進行并聯(lián),即:

        出現(xiàn)并聯(lián)諧振,此時Y0( f ) = 0,并聯(lián)諧振頻率大小為:

        電容在不同饋線部分大小存在差異,電容大小與諧振頻率存在函數(shù)關(guān)系,若第i 回饋線電容Ci最大,則fp最大值為:

        2 基于暫態(tài)零序電流波形差異選線

        根據(jù)配電網(wǎng)的特點,接地方式一種不接地,一種經(jīng)消弧線圈接地。小波包具有良好的頻域分頻特點,有利于配電網(wǎng)故障選線。對于一個頻段內(nèi),暫態(tài)零序電流基本相同,滿足故障選線的應(yīng)用條件。常見的選線方法包含數(shù)據(jù)獲取和處理與選線判據(jù)的構(gòu)造兩部分。

        2.1 數(shù)據(jù)獲取和處理

        (1)根據(jù)信號奇異性檢測原理,獲取不同饋線零序電流,獲取時常為1 個工頻周期。考慮到Cn隨頻率f 的增大而增大,確定(0,f)為中性點不接地SFB,該頻段范圍內(nèi),健全饋線零序電流領(lǐng)先零序電壓90°,而故障饋線零序電流則滯后零序電壓 90°。

        (2)在初始階段的暫態(tài)過程,暫態(tài)零序電流分布集中的頻帶故障特征較為明顯。對暫態(tài)零序電流進行小波包分解,分解后不同頻帶對應(yīng)相應(yīng)節(jié)點,計算其能量。即:

        在SFB 內(nèi)不同節(jié)點之中,如果某一節(jié)點對應(yīng)的頻帶能量最大,則該能量所在的節(jié)點為特征節(jié)點。

        2.2 選線判據(jù)構(gòu)造

        (1)在小波包分解的基礎(chǔ)上,構(gòu)造饋線零序電流,定義為特征分量。不同特征分量記為: i0r1,i0r2,…,i0rm。

        (2)對特征分量進行符號化處理,使用函數(shù) sgn(x)標(biāo)記,處理后特征分量為:I0s1,I0s2,…,I0sm。

        (3)根據(jù)SFB 內(nèi),零序電流在故障饋線極性相反,在健全饋線極性相同,結(jié)合步驟(2)的處理,對零序電流波形差異系數(shù)進行定義,即:

        式中:L 代表數(shù)據(jù)窗的長度。

        波形差異系數(shù)分別為 P1,P2,…,Pm,m 代表配電網(wǎng)總饋線。記Pmax= maxPk,數(shù)值最大的Pmax代表故障所在饋線。根據(jù)不同饋線波形差異系數(shù)進行配電網(wǎng)故障判斷。

        3 實例驗證分析

        3.1 引入斜溝礦實際配電網(wǎng)模型

        為驗證本文選線方法的正確性,開展實例驗證分析。圖1 是斜溝礦10 kV 的配電網(wǎng)模型,電網(wǎng)輻射方式為單端輻射型。

        圖1 實際的單相接地故障配電網(wǎng)模型

        由圖1 可知,該模型包含電纜和架空線共計6條饋線,其中電纜為饋線1、4,架空線為饋線2、3、5、6。設(shè)置數(shù)據(jù)采樣頻率4 kHz,中性點接地控制方式為開關(guān)K 控制,采用過補償,補償度大小設(shè)為7.5%。

        3.2 案例分析

        配電網(wǎng)單輻射型,采用不接地方式,電阻大小25 Ω,饋線3 為故障點,距離母線1.7 km。對不同饋線零序電流進行小波包分解,分解4 層,采用db8 小波,頻率150~700 Hz 的節(jié)點,分別選擇(4,2)、(4,3)、(4,4),定義(4,4)為特征節(jié)點。對特征節(jié)點饋線零序電流重構(gòu),獲得不同特征分量,如圖2 所示。

        圖2 各饋線零序電流特征分量

        由圖3 可知,小波包分解節(jié)點(4,4)零序電流,其特征分量在饋線3 與其他饋線極性相反。依據(jù)故障選線原理,計算不同饋線零序電流波形差異系數(shù),故障選線結(jié)果如表1 所示。

        表1 故障選線的計算結(jié)果

        由表1 可知,零序電流在饋線3 上的波形差異系數(shù)遠(yuǎn)大于其余5 條饋線的波形差異系數(shù),波形差異系數(shù)在其余饋線的數(shù)值差別較小。經(jīng)波形差異系數(shù)計算,饋線3 與其他饋線的差距擴大。由選線判據(jù)可知,配電網(wǎng)中發(fā)生故障的饋線為饋線3。仿真結(jié)果驗證本文選線方法的有效性,能夠準(zhǔn)確判斷出故障所在饋線。

        3.3 魯棒性分析

        為驗證不同故障條件下選線方法的適用程度,對不同故障電阻、距離、接地方式情況下開展仿真。單相接地故障仿真選擇饋線2 和饋線4,在不同故障條件下選線結(jié)果如表2 所示。

        表2 不同故障條件下選線結(jié)果

        由表2 可知,故障電阻、距離、中性點接地方式等因素變化時,選線結(jié)果受到影響較小,選線方法仍可適用于配電網(wǎng)故障選線。

        4 結(jié)論

        單相接地故障較為復(fù)雜,根據(jù)配電網(wǎng)零序電流極性特征,提出一種基于暫態(tài)零序電流波形差異的配電網(wǎng)故障選線方法。采用小波包對饋線零序電流進行分解,對電流進行符號化處理并進行選線判據(jù)構(gòu)造,得到饋線零序電流波形差異系數(shù),凸出健全饋線與故障饋線之間的波形差異系數(shù),根據(jù)波性差異系數(shù)進行故障選線。最后,開展仿真驗證。仿真結(jié)果表明本文故障選線方法對于故障饋線和健全饋線的波性差異系數(shù)具有較好的區(qū)分效果,能夠用于配電網(wǎng)故障判斷。

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