摘 要：本文分析了礦區(qū)6KV架空輸電線路發(fā)生單相接地故障時(shí)，永久性故障與瞬時(shí)性故障電弧燃燒的特性，提出一種符合礦區(qū)環(huán)境要求的動(dòng)態(tài)小波能量法的自適應(yīng)單相重合閘故障類(lèi)型的判別方法。

關(guān)鍵詞：?jiǎn)蜗嘀睾祥l；能量法；動(dòng)態(tài)小波變換

鐵法礦區(qū)僅66KV和6KV的架空輸電線路就累計(jì)長(zhǎng)達(dá)600多公里，且架空線路多為穿越大地、河流、沉區(qū)等惡劣地帶，此種地形容易使桿塔發(fā)生倒桿的事故。同時(shí)，隨著礦區(qū)線路的逐漸延伸，雷雨及風(fēng)雪天氣等極端天氣的增多，都會(huì)造成單相接地故障。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在電力系統(tǒng)輸電線路的故障中有70%～80%為單相接地故障，在超高壓輸電線路故障中，單相接地故障更是占到了90%以上。

目前，鐵法礦區(qū)架空線路發(fā)生跳閘事故后，尋找故障點(diǎn)通用的方法為“撒網(wǎng)式”查線，此種方法受線路地域路況、巡線人員個(gè)體差異等因素的影響較大，而且恢復(fù)供電的時(shí)間也較長(zhǎng)。為克服上述方法的缺點(diǎn)，在調(diào)隆甲線、乙線，熱隆甲線、乙線，四條架空輸電線路上應(yīng)用了自動(dòng)重合閘技術(shù)。自動(dòng)重合閘技術(shù)可以大大提高安全供電和穩(wěn)定運(yùn)行的可靠度，但當(dāng)重合于永久故障時(shí)，對(duì)系統(tǒng)造成的，甚至比短路時(shí)對(duì)系統(tǒng)的沖擊更大，因此，本文提出了采用基于動(dòng)態(tài)小波變換的單相自適應(yīng)重合閘的方法。該方法不但克服了傳統(tǒng)自動(dòng)重合閘的合閘盲目性，還大大提高了故障類(lèi)型判別的精確性。

1 自適應(yīng)重合閘的研究方向

自適應(yīng)重合閘的任務(wù)之一就是對(duì)故障性質(zhì)的判別，即對(duì)瞬時(shí)故障和永久故障進(jìn)行預(yù)先判斷，以確定是否合閘。當(dāng)故障為瞬時(shí)性時(shí)，則可以重合，否則不予合閘，避免了傳統(tǒng)自動(dòng)重合閘的盲目重合性。目前對(duì)單相自適應(yīng)重合閘的研究方法，主要是依據(jù)瞬時(shí)性故障恢復(fù)電壓和故障電弧特性。如電壓判據(jù)、相位判據(jù)，以及利用流過(guò)并聯(lián)電抗器故障相的電流與中性點(diǎn)小電抗器的電流的幅值比法等。這些方法受線路參數(shù)、負(fù)荷和過(guò)渡電阻等因素影響較大。雖然利用瞬時(shí)性故障電弧特性的方法受負(fù)荷和過(guò)渡電阻等因素較小，并可以在熄弧之前判別故障類(lèi)型，確保了重合時(shí)間，但多次諧波和整定值的計(jì)算較困難，如用復(fù)小波獲得線路故障性質(zhì)的方法，以及用電壓諧波參數(shù)估計(jì)技術(shù)和能量比值方法等。

本文提出了基于動(dòng)態(tài)小波變換的單相自適應(yīng)重合閘方法應(yīng)用于鐵法礦區(qū)的架空輸上，此方法充分利用了小波變換和傅里葉變換各自的優(yōu)點(diǎn)，提取單相故障時(shí)的故障波形特征，檢測(cè)線路電壓局部極大值，來(lái)區(qū)分瞬時(shí)性故障與永久性故障。

2 利用動(dòng)態(tài)小波變換檢測(cè)礦區(qū)架空輸電線路故障時(shí)電壓尖頂波

本文選取鐵法礦區(qū)6kV架空輸電線路作為研究對(duì)象。且本文考慮的系統(tǒng)是三相對(duì)稱(chēng)的，所以為簡(jiǎn)化仿真計(jì)算，只考慮A相發(fā)生單相接地故障，將A相作為故障相。分別利用動(dòng)態(tài)小波變換和常規(guī)小波變換進(jìn)行單相瞬時(shí)性故障的仿真，仿真測(cè)試結(jié)果證明：礦區(qū)架空輸電線路發(fā)生瞬時(shí)性故障時(shí)，電弧的反復(fù)重燃導(dǎo)致了工頻電壓尖頂波，主要集中在150Hz頻率左右。且動(dòng)態(tài)小波變換檢測(cè)突變信號(hào)的突變分量的能力相對(duì)較強(qiáng)，較常規(guī)小波變換的模極值大，且大1.3倍左右。因此，在單相故障電弧燃燒階段，利用小波系數(shù)能量法能夠準(zhǔn)確地判別出故障類(lèi)型。

3 動(dòng)態(tài)小波變換能量判據(jù)的建立

3.1 判據(jù)的建立

本文例中主要是利用瞬時(shí)性故障下故障相和非故障相電壓波形的畸變程度較大這一特點(diǎn)來(lái)區(qū)分故障類(lèi)型的，考察的主要是動(dòng)態(tài)小波變換后瞬時(shí)性故障的小波變換系數(shù)要比永久性故障下的小波變換系數(shù)的模極大值要大這一特點(diǎn)。因此所考慮的動(dòng)態(tài)小波標(biāo)幺能量與動(dòng)態(tài)小波能量成正比，與線路額定相電壓的平方成反比的特點(diǎn)進(jìn)行仿真計(jì)算。

3.2 對(duì)信號(hào)的分析及動(dòng)態(tài)小波能量判據(jù)的驗(yàn)證

由于本文考慮的系統(tǒng)是三相對(duì)稱(chēng)的，所以，為簡(jiǎn)化仿真訓(xùn)練，只考慮A相接地短路故障時(shí)的情況，將A相作為故障相。以1600Hz的采樣頻率對(duì)短路故障相（A相），故障發(fā)生到故障點(diǎn)完全熄弧之前（即從0.10s到0.15s這段時(shí)間）的電弧燃燒階段進(jìn)行采樣。在電弧燃燒階段，瞬時(shí)性故障存在一次電弧階段和二次電弧階段，而永久性故障僅存在一次電弧階段，且電弧燃燒階段含有較高能量的奇次諧波，在奇次諧波的含量中，三次諧波的所占比例最大，因此依據(jù)諧波的含量便可以判別出故障類(lèi)型。用動(dòng)態(tài)小波變換分析電弧燃燒階段的信號(hào)，采樣頻率為1600HZ，取第4層小波變換的模系數(shù)d4（100-200HZ之間），近而算出小波能量和小波能量的標(biāo)幺值，設(shè)定閾值判定故障類(lèi)型。下表為部分?jǐn)?shù)據(jù)：

表1為發(fā)生A相發(fā)生單相接地故障時(shí)，對(duì)于不同的故障性質(zhì)、不同的兩側(cè)系統(tǒng)相對(duì)阻抗角、不同的過(guò)渡電阻值以及不同的故障地點(diǎn)等情況下，分別采用常規(guī)小波能量法和動(dòng)態(tài)小波能量法進(jìn)行故障類(lèi)型的判別。在上表中利用動(dòng)態(tài)小波變換計(jì)算的小波能量標(biāo)幺值，在不同故障距離、過(guò)渡電阻的情況下，永久性故障情況時(shí)的動(dòng)態(tài)小波能量標(biāo)幺值均小于1，而瞬時(shí)性故障情況時(shí)的動(dòng)態(tài)小波能量標(biāo)幺值均大于1，因此可設(shè)定閾值為1，進(jìn)行瞬時(shí)性故障與永久性故障的類(lèi)型判別。由表中的計(jì)算結(jié)果可以證明，動(dòng)態(tài)小波能量法能夠準(zhǔn)確地判別出故障類(lèi)型，且數(shù)據(jù)的精確度較高。而常規(guī)小波變換僅在較小的過(guò)渡電阻，和故障距離首端較近的情況下能判別出故障類(lèi)型，而其他情況下會(huì)出現(xiàn)誤判的現(xiàn)象。

5 結(jié)論

本文針對(duì)我集團(tuán)公司的架空輸電線路，探討了采用動(dòng)態(tài)小波能量法來(lái)判別輸電線路單相瞬時(shí)性故障與永久性故障的方法，并進(jìn)行了MATLAB仿真結(jié)果驗(yàn)證。結(jié)果證明，利用動(dòng)態(tài)小波變換提取故障信號(hào)的突變信息（即動(dòng)態(tài)小波模系數(shù)），來(lái)計(jì)算動(dòng)態(tài)小波能量，來(lái)實(shí)現(xiàn)在各種情況下用動(dòng)態(tài)小波能量法對(duì)瞬時(shí)性故障和永久性故障的判別。該方法不但克服了傳統(tǒng)自動(dòng)重合閘的合閘盲目性，還大大提高了輸電線路發(fā)生單相故障時(shí)重合閘判據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性。

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