【正文】 故障電流中的有功分量。 小波算法 小波分析是一門現(xiàn)代信號處理理論與方法，它能有效的分析變化規(guī)律不確定和不穩(wěn)定的隨機信號，能夠從信號中提取到局部化的有用成分。由于小波分析在時域和頻域上同時具有良好的局部化性質(zhì)和多分辨率特性，特別適用于分析奇異信號，可以在不同頻域考察信號時域與頻域特征。穩(wěn)態(tài)時故障信息比較微弱的問題，人們提出利用有較大突變的暫態(tài)信息作為 故障信號的選線小波算法。 小波算法利用單相接地故障產(chǎn)生的暫態(tài)電流和暫態(tài)電壓作為選線判斷的依據(jù)。由于小電流接地電網(wǎng)單相接地故障等值電路是一個容性通路，故障的突然作用在電路中產(chǎn)生的暫態(tài)電流通常很大，特別是發(fā)生弧光接地故障或間歇性接地故障的情況下，暫態(tài)電流含量更 23 豐富，持續(xù)時間更長。暫態(tài)電流滿足在故障線路上的數(shù)值等于在非故障線路上數(shù)值之和且方向相反的關(guān)系，可以用于選線。 小波選線方法的優(yōu)點是：對中性點不接地和中性點經(jīng)消弧線圈接地的電網(wǎng)都適用；特別適應于故障狀態(tài)復雜、故障波形雜亂的情況，與穩(wěn)態(tài)量選線方法形成優(yōu)勢互補。 小波法選線技術(shù)的難點在于小波基函數(shù)與小波分解尺度的選擇。由于小波算法采用的暫態(tài)信號受過渡電阻 !故障時刻等多種因素的影響 ,暫態(tài)信號呈隨機性、局部性和非平穩(wěn)性的特點，可能出現(xiàn)暫態(tài)過程不明顯的情況，易發(fā)生誤選，所 以往往通過采用與其它方法 (如：維納濾波技術(shù) )相結(jié)合的選線技術(shù)。 能量函數(shù)法 能量函數(shù)法通過能量計算公式： )()k( 00 kIUWk ?? 計算出能量值。能量函數(shù)的值能體現(xiàn)有功分量的大小和方向，這樣可以實現(xiàn)故障選線。實際上能 量函數(shù)法是對有功分量進行累加。 能量函數(shù)法的基本原理：在中性點經(jīng)消弧線圈接地的電網(wǎng)中，當系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障后，接地點的電容電流由消弧圈的感性電流進行補償，使得故障點的殘余電流很小，有利于接地電弧熄滅。同時消弧線圈在過補償?shù)淖饔孟拢收暇€路的零序電流方向與非故障線路的方向相同，不利于選線 [7]。但此時零序電流中的阻性分量與補償無關(guān)，即故障線路的零序電流的阻性分量與非故障線路的零序電流的阻性分量方向相反，且故障線路零序電流阻性分量的絕對值最大。如果能夠從線路零序電流中分解出阻性電流分量，則可以利用此值進行選線 。但從零序電流中分解阻性分量在接地故障暫態(tài)過程實現(xiàn)困難。考慮到電網(wǎng)中電容和電感只能儲存能量而不消耗能量，則零序電流與電壓乘積在一定時間內(nèi)的積分值就是零序電流中阻性分量消弧的能量。此能量同樣具有零序阻性電流的特點，可以作為選線的判據(jù)。為了使選線判據(jù)在間歇性電弧接地和瞬間接地故障時同樣有效，以暫態(tài)量作為研究對象，所以此時定義的零序電流不再是傳統(tǒng)意義上的三序電流中的零序分量，而是三相電流瞬時值之和的 1/3。同樣，零序電壓也為三相電壓之和的 1/3。如下式所示： 0 a b c( ) 3i i i i? ? ? (34) 0 a b c( ) 3u u u u? ? ? (35) 定義線路 j 的零序暫態(tài)能量為： 0jj00 d t j 1 ,2 ,3u iT NW ??? (36) 24 式中 0u 為中性點電壓； ji0 為第 j 條線路的零序電流； T 為電網(wǎng)工頻周期。對于消弧線圈支路也可以看成一條線路，只是要把 ji0 改為 Li 。 電網(wǎng)發(fā)生單相接地故障后，根據(jù)疊加原理，可以假定系統(tǒng)由兩個子系統(tǒng)疊加構(gòu)成：一個由三相電源和傳輸網(wǎng)絡及負載組成的正常運行系統(tǒng)；一個由發(fā)生故障后故障點假想電壓源和傳輸網(wǎng)絡組成的故障系統(tǒng)。則此時式中定義的能量 就為故障系統(tǒng)中線路 j 上一個工頻周期的能量。電感和電容只是存儲能量，在整數(shù)倍工頻周期內(nèi)差為零，線路的電阻和對地導納上才消耗能量，所以 jW 是第 j 條線路上零序能量 ,根據(jù)零序電流的參考方向和零序阻性電流的特點，消弧線圈的補償作用，故障線路的零序電流方向與非故障線路的方向則可得故障線路的能量為負，非故障線路上的能量為正，且故障線路的能量絕對值最大。從物理意義上來講，就是在故障系統(tǒng)中，故障線路提供了零序能量而非故障線路（包括母線和消弧線圈） 消耗了能量，所以故障線路的能量為負值，且絕對值等于所有非故障線路能量絕對值之和，可以以此作為選線的判據(jù)，即對每條線路作上式的積分，積分值為負而且絕對值最大的就是故障線路。 由以上分析可以得出以下結(jié)論，利用能量函數(shù)法可以利用能量函數(shù)的方向進行判別選線，即：能量函數(shù)值大于零時，為非故障線路；能量函數(shù)值小于零時為故障線路；也可以利用量函數(shù)的大小進行判別選線，即：能量函數(shù)值最大的線路為故障線路。 能量函數(shù)法的缺點是：如果噪聲的影響變大，會影響選線的靈敏性。 信號注入法 信號注入法突破了長期以來 使用故障產(chǎn)生信號選線的框架，不利用故障產(chǎn)生的信號，而是向系統(tǒng)注入外部信號進行選線的一種方法。一般從電壓互感器二次側(cè)注入電流信號，其頻率取在各次諧波之間，從而保證不被工頻分量及高頻諧波分量干擾。 注入電流信號沿接地線路的接地相流動，并經(jīng)接地點入地，用信號探測裝置對每一條出線進行探測，探測到注入信號的線路即故障線路 [8]。該方法的最大優(yōu)點是適用于線路上只安裝兩相電流互感器的系統(tǒng)，利用該方法的選線裝置己大量投入運行，但效果并不理想，這是因為該方法的缺點： l) 注入信號的功率不夠大，且經(jīng)高阻接地時 ，注入信號微弱而不易檢測。 2) 弧光接地時諧波含量豐富，注入信號極易受到干擾。 3) 電弧接地時含有豐富的諧波分量，不論注入信號取哪一頻帶，都有可能識別不出。 4) 非故障線路中也會有注入頻率的對地充電電流，在故障電阻較大的情況下，故障線 25 路與非故障線路上的信號差異不明顯。 5) 需要附加信號裝置，實現(xiàn)困難，可靠性差。 選線影響因素分析 從上述分析中可以看出，小電流接地系統(tǒng)的接地故障零序電流小，微弱的零序電流往往混雜在各式各樣的干擾中間，使得選線問題變得很復雜，必須綜合考 慮各種因素的影響。 跟中性點的接地方式有關(guān)。中性點不接地或經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)中，單相接地故障的特征是不同的，因此選線問題有顯著的不同。中性點不接地系統(tǒng)中的選線技術(shù)現(xiàn)在已經(jīng)相當成熟，但是在諧振接地系統(tǒng)中尤其是暫態(tài)選線目前還沒有一種非常有效的選線方法。 跟線路的長短與結(jié)構(gòu)有關(guān)。小電流接地系統(tǒng)單相接地故障電流是由對地電容產(chǎn)生的，線路的對地電容與線路的長短和結(jié)構(gòu)關(guān)系密切。一般來說，電纜線路的對地電容比架空線路的零序電流大；線路的對地電容與線路的長度成正比。并且對地電容不平衡對基于有功分量信號 選線方法會產(chǎn)生影響，具體影響也是跟過渡電阻和故障相有關(guān)系。 跟系統(tǒng)的故障方式有關(guān)。由等值電路可以看出，小電流接地系統(tǒng)單相接地故障后的電流與等效接地阻抗有關(guān)。系統(tǒng)中的故障方式很多，包括直接接地、電阻接地、電弧接地、瞬間接地、間歇性接地、電阻電弧接地等，這些接地情況的等效接地電阻不同，要保證解決小電流接地選線問題，必須保證對各種故障情況都能選線準確。 跟電流互感器有關(guān)。在小電流接地選線中，一般采用測量用電流互感器獲得零序電流或負序電流進行選線。因為零序電流通過三個單相電流互感器組成的相序 濾過器獲得，每一相互感器的鐵芯不可能完全相同，所以存在零序電流誤差。另外，電流互感器的變比比較大，鐵芯具有非線性，這些都對選線有影響。 跟電壓互感器有關(guān)。小電流接地選線往往采用零序電壓作為啟動條件，選線過程也要用到電壓量。這些都是通過并聯(lián)在母線上的電壓互感器得到的。電壓互感器的電氣特性跟選線關(guān)系密切，如電壓互感器的鐵磁諧振現(xiàn)象，會對選線造成較大的干擾。 綜合選線算法 中性點非有效接地系統(tǒng)單相接地故障狀況復雜多樣，各種接地狀況所表現(xiàn)出來的故障信號特征在形式上、大小上都變化無常。雖然目前已 有多種選線方法被提出并進行實際應用，但是各種選線方法都有一個共同的不足之處，它們都只是用到了某一方面的故障特征，例如五次諧波法利用故障信號的五次諧波分量特征，有功法或能量法利用故障信號的有功 26 分量特征等。由于故障狀況的復雜性，僅利用故障信號某一方面特征構(gòu)造的單一選線方法具有片面性，當該方法所需要的故障信號特征表現(xiàn)不明顯時，這種選線方法的選線結(jié)果很可能是錯誤的。每種選線方法都有一定的適用范圍，也都有各自的局限性，需要滿足一定的適用條件。當一個故障信號具備該方法的適用條件時，該方法一定可以做出正確的判斷；當適用條 件不滿足時，該方法的判斷結(jié)果可能正確，也可能不正確，結(jié)果是具有模糊性的。因此僅僅依靠一種選線方法進行選線是不充分的。 為了適用于各種復雜的故障情況，多種選線方法進行集成來構(gòu)造一種綜合選線方法。每一種選線方法需要利用的故障信號特征是不同的，所需要的故障信號特征可以看作該方法的適用條件，針對某個故障信號，一種方法的適用條件可能不滿足，但另一種方法的適用條件可能能夠滿足，幾種方法覆蓋的總的有效區(qū)域必然大于單個方法的有效區(qū)域。這樣可以充分利用各種選線方法選線性能上的互補性擴大正確選線的范圍，提高選線結(jié)果的正確性，這 就是使用多種選線方法的優(yōu)勢 [9]。 在綜合選線方式中，整個電網(wǎng)各條線路的測量數(shù)據(jù)匯集在一起，各種選線方法對信號分別提取所需的特征，最終所有特征共同參與了選線。這種選線方法使得選線決策能夠從被識別對象全局狀況出發(fā)，綜合考慮了多個測點數(shù)據(jù)，從各個角度提取信號的特征，因此選線正確性有了極大的提高，其信息融合模型如圖 所示。 中 性點非有效接地系統(tǒng)P T 數(shù) 據(jù) 獲 取C T 1 數(shù) 據(jù) 獲 取C T n 數(shù) 據(jù) 獲 取群 體 比 幅 比 相 法五 次 諧 波 法小 波 法能 量 法信 號 注 入 法特殊融合，綜合選線 選 線 結(jié) 果 圖 多種選線方法集成的信息融合模型 Fig Line method integrates a variety of options for information fusion model 能夠使某個選線方法正確選線的故障信號的特征稱為該選線方法的有效域。選線方法的有效域意味著當一個實際故障信號特征落在某個選線方法有效域內(nèi)時，該選線方法就一定能夠做出正確的判斷；當落在這個方法的有效域外時，該方法可能正確，也可能錯誤。 27 本文將所有的故障信號特征稱為故障域。當一個故障發(fā)生后，故障信號特征落在某個選線方法的有效域內(nèi)時，只需使用該方法進行選線即可，不需要其它方法參與。但所有方法的有效域總和并不一定能夠完全覆蓋整個故障域，也 就是說，存在這樣一些故障信號，不能夠找到一種選線方法能夠?qū)@些故障之一做出充分可靠的判斷。綜合考慮這兩種情況，就形成了多種選線方法綜合選線策略。 連續(xù)選線算法 由于小電流接地系統(tǒng)單相接地故障信號微弱，易受到外界的各種噪聲干擾，很有可能通過 A/D 采樣器件采集的信號受到了較大程度的干擾，此時利用該信號進行選線的誤選可能性就非常高。故障持續(xù)過程中，有些時段信號不利于選線，但更多的時段信號能夠反映故障特征適于選線。因此，如果能將單相接地故障持續(xù)過程中的信號進行充分利用，那么選線正確性將得到很大提高 。最極限的想法當然是將故障持續(xù)時間內(nèi)的全部信號存儲起來進行選線，但是受裝置存儲容量的限制，這是不可能做到的。一個可行的方法就是故障發(fā)生后，每間隔一段時間進行一次數(shù)據(jù)采集和選線，只要故障不消失，選線就不停止，這就是連續(xù)選線的概念。 連續(xù)選線方法是在綜合選線方法的基礎上，進一步研究如何充分利用故障持續(xù)過程中的有用信息進行選線。在故障持續(xù)過程中，每一次數(shù)據(jù)采集及選線都是一個相對獨立的決策過程，連續(xù)選線方法的功能就是將多次決策融合成為最終的決策，具體實現(xiàn)形式就是由單次選線結(jié)果 (即各條線路的單次故障度 )合成得到連續(xù)選 線結(jié)果 (即各條線路的連續(xù)故障度 )，通過決策規(guī)則對連續(xù)選線結(jié)果進行分析并給出最終結(jié)論。連續(xù)選線的模型可以表示為圖 。 中性點非有效接地第一次數(shù)據(jù)獲取第二次數(shù)據(jù)獲取第n次數(shù)據(jù)獲取綜合選線綜合選線綜合選線決策融合，連續(xù)選線決策一決策二決策三選線結(jié)果 圖 連續(xù)選線的信息融合模型 Fig Continuous line selection information fusion mode 28 連續(xù)選線方法只對每一次選線的決策結(jié)果進行融合，而不需要考慮決策單元所使用的原始數(shù)據(jù)或提取的信號特征。因此該方法不僅能夠充分地利用故障信息，進一步提高選線正確 率，而且可以避免大量數(shù)據(jù)存儲問題，節(jié)約系統(tǒng)資源，提高系統(tǒng)運行效率。 連續(xù)故障度定義如下：連續(xù)故障度是定義在 [0，∞ ]上的實變量，用來定量描述一條線路在連續(xù)進行 K0 次選線后的可能為故障線路的度量，線路的連續(xù)故障度越大，表明該線路越可能是故障線路。 通過連續(xù)故障度的定義可以發(fā)現(xiàn)連續(xù)故障度與單次故障度都是對系統(tǒng)各條線路的故障可能性進行定量的分析，值越大說明故障的可能性越高。連續(xù)選線結(jié)果就是多個單次選線結(jié)果的融合，最終以各條