基于小波和分形的直流系统环网支路接地故障检测研究.pdf

维普资讯 第34卷 第16期 继 电器 Vo1．34 No．16 2006年8月16日 REL Y Aug．16，2006 17 基于小波和分形的直流系统环 网支路接地故障检测研究 李冬辉，李晟，王金凤 (天津大学电气与 自动化工程学院，天津300072) 摘要：分析了低频信号注入法在直流系统环网支路接地故障检测 中的局限性，提出了利用小波变换与分形理 论进行环网支路接地故障检测的新方法：首先对环网支路的采样电流信号进行基于双正交bior2．2样条小波 的2次多分辨率分析，提取出环网电流信号的低频段成分特征，再计算2尺度(底层)空间概貌系数a2曲线的 分形维数，以识别不同情况下的环网接地故障。该方法解决了环网中谐波电流对低频信号注入法的影响。经 数值仿真分析，验证 了此方法的可行性和有效性。 关键词：直流系统； 环网； 小波； 分形； 盒维数 中图分类号：TM77 文献标识码 ：A 文章编号：1003-4897(2006)16-0017-05 0 引言 1 环网支路对直流系统接地故障检测的影 响 发电厂、变电所的直流系统是操作信号和保护 装置的电源。直流系统的绝缘水平关系着 电网、发 为了保证重要的控制、信号回路供电可靠，发电 电厂和变电站的安全运行。支路接地是直流系统最 厂、变电站直流系统中多采用环网方式供电，如图1 常见的故障，当发生一点接地时必须进行处理，否则 所示。假设当支路 1与直流电网负母线相连的负极 一 旦发生另一点接地，就有可能引起信号回路、控制 电缆出现故障时，通过支路2，3均可以保证支路 1 回路 、继电保护装置等的误操作，甚至会酿成大范围 的回路完整，不出现开环断路。因此，支路 1的供电 的停电事故。 可靠性大大增加。 目前，低频信号注入法是常用的直流系统接地 故障检测方法之一，即向直流系统正负母线注入低 频正弦电压信号，通过计算接地电阻值来判断出故 障支路。但是该方法在实际应用中，存在一定的局 限性，容易受到直流系统支路中存在的对地分布电 容，环 网谐波 电流，纹波 电压和其 它干扰 的影 响¨J。本文针对直流系统中环网故障检测这一问 题进行分析探讨，在低频信号注入法的基础上提出 图1 直流系统中的环网 利用小波与分形进行环网故障检测的方法。该方法 Fig．1 SampleofloopnetinDC system 通过计算小波分解后不同尺度上信号盒维数的大小 及其变化，反应信号在不同频段内的不规则程度和 但是由于整流电源纹波电压的影响，流经四段 复杂度，从信号的非平稳性角度分析，克服了谐波电 导线的电流包含着幅值和相位各不相同的谐波分 流的影响，实现直流系统接地故障支路的准确定位。 量，四段导线中的复阻抗也各不相同，因此其上形成 本文首先对环网支路进行了分析，其次对小波 的压降各不相等，如图2。 与分形理论的相关内容进行了简单介绍，然后具体 在环网运行时，可以等效为四个 电压源和四个 地阐述了环网故障检测方法的步骤，最后给出了仿 复阻抗串连在同一回路中，因此会形成由谐波分量 真结果。通过对仿真结果进行分析，验证了该方法 组成的环流。这种情况下，电流互感器一次侧的谐 在环网接地支路故障检测中的可行性和有效性。 波成分非常大，很可能会达到饱和，饱和程度不同，