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摘要：在我国，10kV～35kV配电网一般采用小电流接地系统，随着电网结构的复杂与馈线数量的增加，此类配电网发生单相接地故障的几率非常大，而小电流接地系统单相接地故障选线问题一直是工程实际和现场运行中的难点。目前，较为成熟故障选线方法可分为外加信号法与故障信号法，故障信号法又可分为故障稳态信号法与故障暂态信号。但是，只基于单一判据的选线方法往往会出现选线误判，所以基于多种判据融合的选线方法是解决误判的有效途径。
关键词：小电流接地系统；故障选线；故障特征分量
引言
随着经济的发展，用电需求量不断增加，配电线路的安全运行成为人们关注的重点问题，尤其是不同地区小电流接地故障，不仅会对电力安全运行造成影响，还会对人们的生命健康形成一定的威胁，尤其对电力工作人员的安全影响非常严重。
1小电流接地系统概述
小电流接地系统主要是指中性点接地方式为非有效接地的电力系统，其主要优势在于发生单相接地故障时，三相线的电压不会出现较大的变化，电路上就不会构成直接的回路，对负荷供电产生的影响也会相应地减小，电网可以在单相接地的情况下正常运行，即使出现供电中断的现象，对用户也不会产生较大的影响。若电力工作者能够在出现故障的情况下及时排除故障，不仅不会出现停电的现象，还会提升电网的供电性能。小电流接地系统的主要特征就是允许系统在单相故障发生的情况下照常运行1~2h。该方式可以在一定程度上防止故障扩大，但为了进一步降低故障高压对绝缘损害，需要及时确定故障线路，方便在较短的时间内排除故障。目前，该方式对于单相接地已经有多种甄别方法，但是适用范围有一定的限制。对于两相接地故障，如果电阻较小，继电保护装置就会自动启动；如果一相接地，另一相为高阻接地，电流比较小，其本身也不会启动保护，这种情况下，就需要加强对故障线路的甄别。
2选线原理
为实现故障选线的多判据融合，分析故障零序电流提取故障特征分量，采用快速傅里叶变换（FFT，FastFourierTransform）算法提取零序电流稳态特征分量，包括基波、5次谐波特征分量；小波包变换（WPT，WaveletPacketTransform）算法提取零序电流的暂态特征分量。将各个特征分量输入训练完成的GA－BP神经网络模型，即可输出选线结果。
3选线方法
3.1小波基和分解层数的选取
在小波分析中，小波基的选择具有多样性.目前尚没有一个公认的原则来选择小波基，实际中可采用定性分析并结合试验比较的办法进行选取｡dbN小波系随着序号的增大，小波基的时域支集变长，时间局部性变差；但正则性增加，频域的局部性变好｡对故障零序电流进行小波分析时，小波基的时间局部性要求不高，只要时间窗宽度不过大就行；但希望小波基的频域局部性较好，以期能获得较准确的低频暂态成分，从而可以有效防止频谱重叠和泄漏｡同时考虑到应用时的计算量，经过对多种dbN小波基进行多次计算和仿真比较，发现选用db10小波基可以得到比较理想的效果，因此本文选用db10小波基｡应用小波变换分析故障零序电流信号时，正确选择小波分解的尺度非常重要.当采用多分辨算法对故障零序电流信号进行小波分解时，其分解尺度的选择应该从其信号的频带划分特性出发来选择适当的分解尺度.当信号的采样频率选择6kHz时，一般选择分解到5~6层比较合适｡
3.2基于暂态特征频段SFB的选线算法
选用窗函数法来设计FIR数字滤波器，利用MAT-LAB的滤波器设计工具箱FDATool来设计滤波器并且根据采样频率和带通滤波器的通带频率来优化滤波器的阶数，选择合适的窗函数得到最终的滤波系数，设置指标为带通滤波器，通带150~3000Hz，然后选择不同的窗函数和滤波器阶数得到滤波器并且分析滤波器性能，通过对比分析最终选择用Hanning窗函数设计了一个200阶的滤波器，设计完成之后导出滤波系数h（k）｡在通带范围内，原信号可以无损通过，在通带范围之外滤波效果明显，满足设计要求｡剔除了电气量中起干扰作用的谐波分量，得到的是电气量的SFB分量｡由于SFB分量保留了暂态零序电流的绝大部分能量，因此保证了检测的可靠性和灵敏度｡
3.3训练集与测试集的生成
在MATLAB/Simulink搭建的模型中，通过设置不同的故障线路、故障位置、故障初始角、故障点过渡电阻以及电源中性点接地方式与消弧线圈补偿度，运用排列组合的方式，就可以得到若干组不同的故障零序电流波形。其中，根据采样定律，将模型中零序电流的采样频率设置为3kHz，并取故障前一个周波和故障后一个周波的电流信号，对每个电流信号运用FFT和WPT算法，计算每个零序电流信号的故障分量，得到若干组故障特征分量作为训练样本输入，即可输出该线路是否故障。
3.4故障零序电流的小波能量
根据电路叠加原理，小电流接地系统发生单相接地故障后，电力系统可以看成是在正常运行系统上叠加了一个故障分量系统。正常运行系统是对称的，不会出现零序电压和零序电流；因此系统发生单相接地故障后，零序电压和零序电流只会在故障分量系统中出现。由于故障分量系统可以看成是一个零状态的单激励网络，发生故障时等效于在一个无源零状态网络突然加上一个假想电源-U0（零序电源），各线路分布电容所消耗和吸收的能量都由此假想电源提供。这时，系统中的非故障线路对地分布电容进行放电，而故障线路对地分布电容进行充电，故障线路与非故障线路对地分布电容具有不同的电流回路。采用小波分析方法，对系统中各条线路上的故障零序电流信号在各频带上的能量分布进行分析，根据能量分布的特征就能选择出故障线路。另外，小电流接地系统发生单相接地故障后，经过3~4个周波的暂态过程后进入稳态过程。暂态过程下的零序电流，特别是第一周波的零序电流的故障特征最为明显，且信号特征不易受电力系统补偿度、系统结构、故障角、线路长度、故障位置和电弧电阻等因素的影响。
3.5故障选线算法
当小电流接地系统发生单相接地故障时，采样故障后各条线路一个周期的零序电流，然后根据上述方法计算各条线路的全频带综合小波能量相对熵值，根据上述的故障选线判据实现小电流接地系统的故障选线。
结束语
综上所述，根据暂态零序电流的分布特征，利用小波变换对信号局部特征的放大作用和小波相对熵对信号间细微差别超强的辨识能力，通过比较各条线路故障后暂态零序电流的综合小波能量相对熵的大小实现故障选线。上述的理论分析和仿真实验都表明：综合小波能量相对熵利用小波分析构造了暂态零序电流信号的全频带能量信息，充分利用了暂态零序电流信号的所有频带的信息特征，使故障选线结果更加准确；综合小波能量相对熵全面而细微的信号辩识能力，使用该方法进行故障选线时，对电弧所造成的单相接地故障也具有较强的适应性。
参考文献：
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