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(diǎn)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(shí)的自動(dòng)熄弧率并可在出現(xiàn)永久性接地故障時(shí)繼續(xù)運(yùn)行1～2小時(shí)，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(dāng)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(shí)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(duì)供電可靠性和電能質(zhì)量要求的提高

2、，供電部門對(duì)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(jìn)展，一些實(shí)用化的選線裝置投入現(xiàn)場運(yùn)行，取得了較好的運(yùn)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(shí)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(jìn)一步提高。 目前國內(nèi)外常用的選線方法按照利用信號(hào)方式的不同可分為主動(dòng)式選線方法和被動(dòng)式選線方法。主動(dòng)式選線方

3、法主要包括注入信號(hào)法、殘留增量法和中電阻法等，其缺點(diǎn)是需要額外增加設(shè)備，且安裝維護(hù)較復(fù)雜。被動(dòng)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(hào)進(jìn)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(dòng)作，而且要求短路時(shí)必須有一個(gè)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(shí)便不再適用，也不適用于中性

4、點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地的系統(tǒng)。與利用穩(wěn)態(tài)信號(hào)進(jìn)行選線相比，利用故障后的暫態(tài)信號(hào)進(jìn)行選線不受消弧線圈的影響，不受故障點(diǎn)電弧不穩(wěn)定的影響，具有檢測(cè)靈敏度高的優(yōu)點(diǎn)。利用暫態(tài)信號(hào)進(jìn)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(hào)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(hào)特征進(jìn)行故障選線的重大突破，具有動(dòng)作判據(jù)明確、簡單、易于實(shí)現(xiàn)的優(yōu)點(diǎn)，在現(xiàn)場已有大量的應(yīng)用。但該方法

5、在選線前需要對(duì)故障數(shù)據(jù)進(jìn)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(shí)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(hào)的故障檢測(cè)方法。 本文利用Prony算法準(zhǔn)確地提取故障暫態(tài)信號(hào)中起主導(dǎo)作用的暫態(tài)主頻信號(hào)，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(jìn)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(hào)特征，總結(jié)了經(jīng)高阻接地故障時(shí)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(hào)能量是故障后暫態(tài)信號(hào)的主導(dǎo)成分，利用暫態(tài)主頻信號(hào)可以進(jìn)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(hào)時(shí)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(shí)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(yàn)證了Prony算法擬合小電流接地故障暫態(tài)信號(hào)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(shí)暫態(tài)主頻導(dǎo)納幅值大，其相位接近于-90°，反向短路時(shí)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(shí)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(jìn)行選線，當(dāng)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(shí)，判斷其為故障線路；當(dāng)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(shí)，則判斷其為非故障線路。 6.討論了在設(shè)定選線判據(jù)時(shí)應(yīng)考慮的因素。系統(tǒng)暫態(tài)主諧振頻率低時(shí)設(shè)定導(dǎo)納動(dòng)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(shí)忽略了一些次要因素，且系統(tǒng)各出線長度差別較大時(shí)短線路的相位誤差較大，因此在設(shè)定導(dǎo)納動(dòng)作區(qū)時(shí)不能設(shè)為90°，而是設(shè)定了角度動(dòng)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(jìn)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(shí)測(cè)故障數(shù)據(jù)對(duì)提出的選線新原理進(jìn)行了驗(yàn)證。 本文利用Pr

10、ony算法對(duì)母線暫態(tài)零模電壓信號(hào)、線路暫態(tài)零模電流信號(hào)進(jìn)行擬合，提取其暫態(tài)主頻電壓信號(hào)和電流信號(hào)，進(jìn)而計(jì)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(dòng)作區(qū)而進(jìn)行故障選線。本方法是一種基于暫態(tài)信號(hào)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(shí)數(shù)據(jù)的暫態(tài)特征法相比，判據(jù)更為準(zhǔn)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(duì)算法的性能進(jìn)行分析、評(píng)價(jià)。它只需采集母線零模電壓信號(hào)和本線路零模電