基于融合新判据的故障选线法

基于融合新判据的故障选线法

马启荣方涛周悦苏珏（广东电网有限责任公司江门供电局,广东江门529000)

摘要：针对现有配电网谐振接地系统单相接地故障判别法可靠性较低的问题，本文提出了一种基于融合新判据的故障选线然后以新判据融合公式融合这两种变量，以达到法。首先借助小波包强大的特征提取能力提取各线路综合方向参数及能量参数，能很好地适应不同的单相接地故障。提高判据裕度的目的。通过仿真结果分析表明，本文所提方法受各类参数的影响较小，融合；关键词：谐振接地系统；单相接地故障；Abstract:Inordertosolvetheproblemoflowreliabilityofsinglephasegroundingfaultdiscriminationinresonantgrounding

systemofdistributionnetwork,anewfaultlineselectionmethodbasedonfusioncriterionisproposedinthispaper.Firstly,thecomprehensivedirectionparametersandenergyparametersofeachcircuitwereextractedwiththepowerfulfeatureextractioncapabilityofwaveletpacket,andthenthetwovariableswerefusedwiththenewcriterionfusionformulatoimprovethecriterionmargin.Simulationresultsshowthattheproposedmethodislessaffectedbyvariousparametersandcanadapttodifferentsingle-phasegroundingfaults.

Keywords:Theresonantgroundingsystem;Singlephasegroundingfault;Fusion;中图分类号院TM862文献标识码院A文章编号院2096-4390渊2019冤32-0004-03由于配电网谐振接地系统发生单相接地故障时故障特征信号微弱，因此有许多专家学者提出了一些方法以解决这种问题。如基于prony的故障选线法[1-2]利用prony强大的特征信号提取能力提取故障特征比较明显的特征频带信号进行故障判别，若参数设置不当则会导致选此方法所需人为设置的参数较多，线效果较差。基于首半波的故障选线[3]通过提取各线路首半波不易适应结构较的方向进行故障选线，此方法判据结构较单一，复杂的谐振接地系统故障选线。基于神经网络或支持向量机的数据融合选线法[4-5]通过融合多种特征变量以提高选线的可靠性，但此类方法对训练样本个数要求较大，且涉及的参数也较多、较复杂。因此针对以上问题，本文提出了基于融合新判据的故障选线法，通过定义的判据公式融合综合方向参数及能量参数，较适用于谐振接地系统故障判别。1基于融合新判据的故障选线法原理通过文献[6]可知故障线路特征频带下零序电流与健全线路而健全线路特征频带特征频带下零序电流之间波形相差较大，下各零序电流大致相同，为此它提出了综合方向参数的判据概念，公式如下所示：通过文献[6]可知故障线路相对健全线路特征频带下的零序电流幅值要大，而各健全线路特征频带下的零序电流幅值相对而其公式如下所示：言则差别不大，因此提出了能量参数的概念，piEi/Ei

i1

m

pipi

Pim1j1,jipj

m

(3)(4)Qi

PiminPimaxPiminPi(5)ij

I(n)I

in1Nn1

N

j

(n)

Ii(n)Ij(n)

(1)m

1iij

m1j1,ji

(2)式中ij为特征频带下线路i的零序电流Ii与线路j的零序i为线路i的综合方向参数，电流Ij之间的方向参数，n=1为故障起始时刻，N为信号数据长度，m为系线路总条数。m3

通过上述公式可知，健全线路的综合方向参数均为m1，故障线路的综合方向参数均为-1，此时可通过设定阈值进行故障判别，当线路上发生单相接地故障时某线路的综合相关系数否则为健全线路。小于阈值，则表示该线路为故障线路，式中Ei为线路i特征频带下零序电流的能量，Pi为线路i特征频带下零序电流的能量占总能量的比率，Pi为线路i的相对通过上述公能量因子，Qi为线路i归一化处理下得到能量参数。式可知，故障线路所表示的能量参数接近于1，而健全线路所表示的能量参数均接近于0，此时可通过设定阈值进行故障判别，则当线路上发生单相接地故障时某线路的能量参数大于阈值，否则为健全线路。表示该线路为故障线路，现定义一融合判据公式以融合能量参数与综合方向参数这两种判据，具体如下所示：iQii(6)式中i为线路i融合判据系数。通过该公式可知，故障线路的融合判据系数为2，健全线路m3

的融合判据系数为-m1，相对单个判据来说提高了判据裕度。此时可通过设定阈值set进行故障判别，当线路上发生单相接地故障时某线路的融合判据系数大于阈值，则表示该线路为故障线路，否则为健全线路。具体步骤如图1所示，其中U0、Um分别为系统零序电压和额定电压。2仿真结果与分析2.1仿真模型如图2所示。利用ATP软件搭建了一个谐振接地系统模型，图中线路1、线路3、线路5均为纯架空线路，其长度分别为其长度分别为10km、25km、20km，线路4、线路6均为电缆线路，2019.32科学技术创新-5-

图1基于融合新判据的故障选线流程图10km、8km。剩余的线路2为5km架空-5km电缆的混合线路。其中涉及到的线路参数如表1和表2所示，消弧线圈采用过补偿方式，其补偿度为8%，因此综合考虑电感值应设为0.703H，且每线路末端均用400+j20的阻抗以表示负荷。表2线路正序参数线路 类型 架空 电缆

R1(Ω/km) 0.17 0.12

正序参数 L1(mH/km)

1.21 0.52

C1(µF/km) 0.011 0.29

图2谐振接地系统仿真模型图表1线路零序参数线路 类型 架空 电缆

R0(Ω/km) 0.23 0.35

零序参数 L0(mH/km)

5.48 1.54

C0(µF/km) 0.009 0.19

仿真验证与分析2.2不同故障现分别提取线路1、线路2、线路4在不同合闸角、位置、不同故障电阻条件下发生单相接地故障时各线路的综合方向参数与能量参数如表3、表4所示。可得到融合通过对表3、表4结果进行融合判据公式处理，故障线判据系数结果表5所示。对比表3、表4、表5结果可知，判据路的融合判据系数与健全线路的融合判据系数差异最大，裕度相对其他单一判据要非常高，若将融合判据系数阈值设为0.7，则能很好地判别出故障线路。3结论本文提出了一种基于融合新判据的故障选线法，借助新判据融合公式融合这两种变量，在一定程度上相对单一判据而言提高了判据裕度的目的，解决了配电网谐振接地系统单相接地能故障判别法可靠性较低的问题，且受各类参数的影响较小，很好地适应不同的单相接地故障。参考文献[1]王晓卫,吴继维,李然月,田书,褚正超.基于Prony相对熵的故-6-科学技术创新2019.32

表3不同线路故障时各线路能量参数结果故障线路

故障位置

合闸角

Rf/(Ω)

Q1

1.00 1.00 1.00 1.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00

Q2

0.00 0.00 0.00 0.00 1.00 1.00 1.00 1.00 0.02 0.03 0.03 0.02

Q3

0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00

Q4

0.02 0.01 0.04 0.06 0.04 0.23 0.25 0.07 1.00 1.00 1.00 1.00

Q5

0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00

Q6

0.01 0.01 0.02 0.02 0.02 0.07 0.09 0.03 0.10 0.20 0.12 0.08

L1

10% 0 45

5 1000 1000 50 5 100 50 5 500 50 1000 5

90% 0 90

L2 10% 90%

0 90 45 90

L4 10% 45 90

90% 0 45

故障线路

故障位置

表4各线路单相接地故障时各线路综合方向参数结果合闸角

Rf/(Ω)

α1 α2 α3 α4 α5 α6

L1

10% 0 45

5 1000 1000 50 5 100 50 5 500 50 1000 5

-1.00 -1.00 -1.00 -1.00 0.60 0.60 0.60 0.60 0.60 0.60 0.60 0.60

0.60 0.60 0.60 0.60 -1.00 -1.00 -1.00 -1.00 0.60 0.60 0.60 0.60

0.60 0.60 0.60 0.60 0.60 0.60 0.60 0.60 0.60 0.60 0.60 0.60

0.60 0.60 0.60 0.60 0.60 0.60 0.60 0.60 -1.00 -1.00 -1.00 -1.00

0.60 0.60 0.60 0.60 0.60 0.60 0.60 0.60 0.60 0.60 0.60 0.60

0.60 0.60 0.60 0.60 0.60 0.60 0.60 0.60 0.60 0.60 0.60 0.60

90% 0 90

L2 10% 0 90

90% 45 90

L4 10% 45 90

90% 0 45

故障线路

表5各线路单相接地故障时各线路融合判据系数结果故障位置

合闸角

Rf/(Ω)

α1 α2 α3 α4 α5 α6

L1

10% 0 45

5 1000 1000 50 5 100 50 5 500 50 1000 5

2.00 2.00 2.00 2.00 -0.60 -0.60 -0.60 -0.60 -0.60 -0.60 -0.60 -0.60

-0.60 -0.60 -0.60 -0.60 2.00 2.00 2.00 2.00 -0.58 -0.57 -0.57 -0.58

-0.60 -0.60 -0.60 -0.60 -0.60 -0.60 -0.60 -0.60 -0.60 -0.60 -0.60 -0.60

-0.58 -0.59 -0.56 -0.54 -0.56 -0.37 -0.35 -0.53 2.00 2.00 2.00 2.00

-0.60 -0.60 -0.60 -0.60 -0.60 -0.60 -0.60 -0.60 -0.60 -0.60 -0.60 -0.60

-0.59 -0.59 -0.58 -0.58 -0.58 -0.53 -0.51 -0.57 -0.50 -0.40 -0.48 -0.52

90% 0 90

L2 10% 0 90

90% 45 90

L4 10% 45 90

90% 0 45

障投票选线新方法[J].中国电力,2013,46(1):59-64.

[2]张新慧.基于Prony算法的小电流接地故障暂态选线技术[D].山东大学,2008.

[3]胡鹏.基于小波分析的小电流接地系统单相接地故障选线研究[D].株州：湖南工业大学,2013.

[4]李震球.基于概率神经网络的小电流接地系统模式识别故障选线方法及应用[D].南昌：南昌大学,2014.

[5]盛怡.基于支持向量机的小电流接地系统故障选线研究[D].兰兰州交通大学,2013.州：[6]李臻,刘鹏,蔡军.基于暂态电流方向和能量的故障选线法[J].电力科学与工程,2017,33(8):13-18.