唐克義，李也白，張霄霄

(長(zhǎng)興縣供電局，浙江 長(zhǎng)興 313100)

單相接地故障時(shí)的小電流接地系統(tǒng)，由于其故障電流很小，三相線電壓保持對(duì)稱(chēng)關(guān)系，不影響對(duì)負(fù)荷的持續(xù)供電，被廣泛應(yīng)用于國(guó)內(nèi)的配電系統(tǒng)[1，2].但由于接地點(diǎn)的出現(xiàn)，系統(tǒng)中非故障相的對(duì)地電壓由相電壓升至線電壓，使系統(tǒng)中出現(xiàn)工頻過(guò)電壓，最終導(dǎo)致線路的絕緣破壞.伴隨著電力線路總長(zhǎng)度的增加、系統(tǒng)容量的提升，電容電流也越來(lái)越大，這對(duì)安全生產(chǎn)造成了極大的影響.當(dāng)出現(xiàn)系統(tǒng)操作過(guò)電壓時(shí)，在電網(wǎng)的薄弱地點(diǎn)會(huì)輕易接地，進(jìn)而產(chǎn)生相間短路的現(xiàn)象.因此，一旦發(fā)生單相接地故障，就應(yīng)及時(shí)進(jìn)行故障定位和故障排除，以提升電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性，抑制伴隨故障的產(chǎn)生.

在小電流接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地后，迅速、準(zhǔn)確地進(jìn)行接地故障選線仍是繼電保護(hù)領(lǐng)域尚未徹底解決的難題.目前，現(xiàn)場(chǎng)大多采用基于傳統(tǒng)零序電流穩(wěn)態(tài)特征的提取、比較等原理設(shè)計(jì)的接地選線裝置，其檢測(cè)有效性較低.因此，有必要進(jìn)一步研究開(kāi)發(fā)新型實(shí)用的配電網(wǎng)單相接地故障選線裝置，以保障電力系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性和穩(wěn)定性.

1 新型選線原理

當(dāng)小電流接地系統(tǒng)單相接地時(shí)，接地電容電流的暫態(tài)分量往往比其穩(wěn)態(tài)值大幾倍到幾十倍.此時(shí)，為了能夠顯著提高故障選線的成功率，應(yīng)充分利用暫態(tài)信號(hào)中的特征分量.與傅里葉變換相比，小波變換作為一種時(shí)頻分析工具具有分析局域波形的能力，故可通過(guò)小波函數(shù)的伸縮和平移產(chǎn)生可變的時(shí)頻窗，以便從暫態(tài)信號(hào)中提取出特征分量[3].從技術(shù)方面來(lái)說(shuō)，與中性點(diǎn)直接接地電網(wǎng)單相接地瞬時(shí)動(dòng)作的短路保護(hù)不同，小電流接地系統(tǒng)單相接地故障選線裝置允許一定的延時(shí)動(dòng)作，這就為小波的應(yīng)用提供了條件.為了驗(yàn)證該方法的可行性，采用電磁暫態(tài)程序進(jìn)行仿真試驗(yàn)，結(jié)果表明，該方法具有較高的可靠性和靈敏度.

為了實(shí)現(xiàn)相電壓過(guò)零點(diǎn)附近和相電壓過(guò)峰值附近的故障選線，方案采用比較特征頻帶重構(gòu)后電流瞬時(shí)值符號(hào)的方法進(jìn)行綜合智能選線.根據(jù)該方法，研制成TS4430型小電流接地選線裝置，并在此裝置中使用小波包算法進(jìn)行時(shí)頻分析.小波包分解過(guò)程將信號(hào)分解為低頻和高頻兩部分，上一層分解序列的點(diǎn)數(shù)是本列的一倍，分解的點(diǎn)數(shù)越多，時(shí)域分辨率越低，頻域分辨率就越高.

當(dāng)單相接地短路故障發(fā)生在相電壓的峰值附近時(shí)，線路的暫態(tài)電容電流決定了各線路的零序電流暫態(tài)特性.暫態(tài)特性中的電感電流比電容電流小，暫態(tài)電容電流的自由振蕩頻率主要集中在300～1 500 Hz.因此，選線裝置采樣頻率取為4 000 Hz.對(duì)各條線路的零序電流進(jìn)行db小波包的4層分解，實(shí)際上是將零序電流分成16個(gè)子頻段，每個(gè)子頻段寬度為125 Hz，然后按能量譜函數(shù)確定出能量最大的子頻段，也就是故障暫態(tài)特征最明顯的特征頻段.

當(dāng)單相接地短路故障發(fā)生在相電壓過(guò)零點(diǎn)附近時(shí)，線路的暫態(tài)電感電流決定了線路暫態(tài)零序電流的特性.暫態(tài)特性中電容電流的自由振蕩分量等于零，其頻率主要集中在0～50 Hz.對(duì)故障和非故障的線路進(jìn)行4層分解后可知，第一個(gè)子頻段的能量是最大的.對(duì)各線路在該頻段進(jìn)行單枝重構(gòu)，重構(gòu)信號(hào)偏向于時(shí)間軸的一側(cè)，因此故障線路的零序電流中有大量的直流分量，這與周期變化的非故障線路是不同的，據(jù)此就可以定位線路故障.當(dāng)故障發(fā)生在相電壓過(guò)零點(diǎn)時(shí)，無(wú)論接地點(diǎn)是否有過(guò)渡電阻，采用比較重構(gòu)后電流瞬時(shí)值的符號(hào)進(jìn)行選線的方法都是有效的.選線流程如圖1所示.

圖1 TS4430型小電流接地選線裝置的選線流程

2 新型選線裝置的優(yōu)勢(shì)

暫態(tài)量的頻率成分和大小受多種因素，如故障時(shí)刻、網(wǎng)絡(luò)參數(shù)等的影響，因此通過(guò)選擇暫態(tài)量比較集中的線路頻率段來(lái)完成選線是比較困難的[4].本原理可以自動(dòng)選擇暫態(tài)特征最明顯的特征頻段進(jìn)行對(duì)比和研究，充分高效地利用了故障暫態(tài)過(guò)程中的信息，極大地提高了選線的可靠性，不會(huì)出現(xiàn)由于干擾和測(cè)量誤差而忽略故障特征的情況.

選擇125 Hz的選線頻帶寬度，同時(shí)利用db小波包對(duì)暫態(tài)電容電流進(jìn)行4層分解，不僅達(dá)到了良好的選線效果，還解決了小波分頻不細(xì)的問(wèn)題，并便于利用DSP+CPLD的硬件平臺(tái)實(shí)現(xiàn)選線.

另外，通過(guò)比較各線路暫態(tài)零序電流中直流分量和基頻分量的重構(gòu)信號(hào)的大小，使TS4430型小電流接地選線裝置實(shí)現(xiàn)了無(wú)死區(qū)的故障選線.

3 新型選線裝置的應(yīng)用

TS4430型小電流接地選線裝置采用了基于小波變換與重構(gòu)的技術(shù)，可操作性強(qiáng)且安裝簡(jiǎn)單[5，6].裝置采用箱體式結(jié)構(gòu)、插件式設(shè)計(jì)，可方便地安裝在各種屏柜上.裝置通過(guò)138 mm×64 mm的LCD液晶屏幕顯示接地的母線號(hào)、線路號(hào)及接地時(shí)間，同時(shí)對(duì)其他母線的故障采用堆棧式處理，使故障總是顯示為最新信息.當(dāng)故障解除后，則自動(dòng)檢查上一次的最新故障是否解除，如果沒(méi)有就繼續(xù)顯示該信息.

本選線裝置的采集量為4段母線零序電壓及32路出線零序電流，其中零序電壓用于構(gòu)成啟動(dòng)判據(jù)，零序電流用于構(gòu)成選線判據(jù).裝置的輸出信號(hào)為RS485通訊CDT協(xié)議的報(bào)警信息，采用屏蔽雙絞線通過(guò)一臺(tái)規(guī)約轉(zhuǎn)換器接入變電所Lonworks的現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò).該裝置不響應(yīng)下行命令，每1 s向上行發(fā)一次遙信量，當(dāng)發(fā)生接地故障時(shí)，相應(yīng)的遙信點(diǎn)將出現(xiàn)變位.選線裝置的通訊系統(tǒng)構(gòu)成如圖2所示.

圖2 TS4430型小電流接地選線裝置通訊系統(tǒng)

2012年，在長(zhǎng)興35 kV里塘變電站安裝投運(yùn)了TS4430型小電流接地選線裝置，將選線裝置與變電站的監(jiān)控主機(jī)和遠(yuǎn)動(dòng)信息管理主機(jī)聯(lián)網(wǎng)，通過(guò)后臺(tái)監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)單相接地故障進(jìn)行遠(yuǎn)方實(shí)時(shí)監(jiān)控和管理，以實(shí)現(xiàn)對(duì)配電網(wǎng)系統(tǒng)接地故障的集中監(jiān)控和數(shù)據(jù)信息共享.設(shè)備投運(yùn)后，實(shí)現(xiàn)了無(wú)死區(qū)的接地故障選線，提高了接地選線的準(zhǔn)確性與可靠性，運(yùn)行效果良好.

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)TS4430型小電流接地選線裝置的研究與實(shí)施，改善和加強(qiáng)了配電網(wǎng)暫態(tài)接地保護(hù)的性能.該選線技術(shù)不受故障時(shí)刻和補(bǔ)償度的影響，抗過(guò)渡電阻能力強(qiáng)，能實(shí)現(xiàn)無(wú)死區(qū)的故障選線，具有高度的靈活性和可靠性.而且該裝置可以迅速查找出故障線路，縮短停電時(shí)間，保證配電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，有較強(qiáng)的推廣應(yīng)用價(jià)值，并將獲得良好的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益.

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