【正文】 到 180o，從而創(chuàng)造更好的選線條件。首先，將所有饋線的零序電流相加得到一個(gè)電流相量，它實(shí)際上是由接地點(diǎn)返回的消弧線圈電流。據(jù)此可檢測出故障線路。同時(shí)其易受弧光接地故障、間歇性接地故障及三相參數(shù)不平衡的影響，可靠性得不到保障。接地故障后，自動(dòng)調(diào)諧消弧線圈可處于最佳補(bǔ)償狀態(tài)，有利于故障熄弧。隨調(diào)諧方式消弧線圈正常時(shí)遠(yuǎn)離諧振點(diǎn)，故障后迅速調(diào)整到最佳補(bǔ)償位置；預(yù)調(diào)諧方式消弧線圈正常運(yùn)行時(shí)聯(lián)接的阻尼電阻故障后必須立即切除，上述方法均可引起線路電流的變化。據(jù)此可確定故障線路。由于消弧線圈帶負(fù)荷調(diào)諧的制約及對系統(tǒng)安全的考慮，故障點(diǎn)殘流電流的改變量較小，一般在數(shù)安培到十安培之間 。為了避免直接帶負(fù)荷調(diào)諧可能給消弧線圈帶來的沖擊和損傷，也可通過也消弧線圈并聯(lián)或串聯(lián)選線用電阻或電感的方式實(shí)現(xiàn)殘流增量。此外，改變消弧線圈的補(bǔ)償度等附加的操作增加了電網(wǎng)的安全隱患。故障線路暫態(tài)零序電流主頻率在 300～ 3000Hz之間，幅值是穩(wěn)態(tài)電流的幾倍到幾十倍，無論中性點(diǎn)在何種接地方式下，健全線路暫態(tài)零序電流的大小與本線路對地電容的大小成正比，而故障線路零序電流暫態(tài)分量等于所有非故障線路暫態(tài)零序電流之和，且方向相反。根據(jù)次特征，可選出故障線路。應(yīng)用暫態(tài)分量選線，自然會遇到選擇數(shù)據(jù)時(shí)間窗口的問題。其次，故障暫態(tài)信號包含從直流到數(shù)千赫茲的頻率分量，其中包含支持上述選線原理的“正確”分量，也同時(shí)包含不支持選線原理的“錯(cuò)誤 分量。 (2)首半波法 首半波原理是基于單相接地故障發(fā)生 在故障相電壓接近最大值附近這一假設(shè)條件，因?yàn)殡娏ο到y(tǒng)中單相接地有相當(dāng)一部分是在雷擊或者相電壓峰值附近的情況下發(fā)生單相接地短路的。此時(shí)的暫態(tài)電容電流比暫態(tài)電感電流大得多，不論是不接地系統(tǒng)還是經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)，故障發(fā)生瞬間的暫態(tài)過程近似相同。對于配電網(wǎng)暫態(tài)零序電流和零序電壓的首半波之間還存在著固定的相位關(guān)系，在故障線路上兩者極性相反，在非故障線路上兩者極性相同。但在，當(dāng)線路在故障相電壓接近于零瞬間發(fā)生單相接地故障時(shí)，在首半波時(shí)線路中的暫態(tài)電流數(shù)值并不大；當(dāng)過渡電阻數(shù)值較大時(shí)，系統(tǒng)中不會產(chǎn)生周期性時(shí)間衰減的過渡電流，同樣也達(dá)不到首半波零序電流數(shù)值最大的要求，所以首半波法選線存在較大的工作死區(qū)。小電流接地系統(tǒng)單相接地故障選線，一直是繼電保護(hù)領(lǐng)域未能徹底解決的一個(gè)難題。以上各個(gè)方案均具有一定的可行性，但是它們都存在個(gè)各自使用局限性和動(dòng)作死區(qū)。 (2)故障情況復(fù)雜，隨機(jī)性強(qiáng)，難以用單一模型描述。故障點(diǎn)過渡電阻一般較小，此時(shí)產(chǎn)生相對較大的故障特征信號，但是當(dāng)故障點(diǎn)過渡電阻較大時(shí)，產(chǎn)生的故障特征信號的很小?？傊?，在故障狀況不同的時(shí)候，產(chǎn)生的故障量在數(shù)值上、變化規(guī)律上相差懸殊，這給選線帶來很大的困難。特別上經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)，流過故障線路的故障穩(wěn)態(tài)電流十分微弱，甚至比健全線路感受到的電流變化還小。 (4)影響小電流接地系統(tǒng) 故障選線準(zhǔn)確性和可靠性的配電網(wǎng)系統(tǒng)自身因素很多：①線路長短、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及三相不平衡電流的影響。另外三相不平衡也會產(chǎn)生零序電流，這樣，更加劇了選線的困難。隨著配電網(wǎng)容量的越來越大，大量消弧線圈將投入使用。而消弧線圈的補(bǔ)償與故障選線有著密切的關(guān)系， 從而給選線帶來了新的困難。因此，實(shí)際的電流互3 選線方法分析及解決思路 19 感器通常有大小和相位上的誤差。 ②與電流互感器相似，電壓互感器由于其傳變特性不一致，也存在電壓大小和相角的誤差。 (6)小電流選線裝置未作為繼電保護(hù)裝置對待 H引，不論是 從設(shè)計(jì)制造工藝還是從應(yīng)用上講，小電流選線裝置一直被認(rèn)為是一個(gè)檢測裝置，由于它的運(yùn)行好壞不直接對系統(tǒng)的安全運(yùn)行造成影響，因此未引起足夠的重視，對小電流選線裝置沒有一套完善的管理和維護(hù)程序。其原因在于目前的選線裝置都是利用零序電壓越限啟動(dòng)選線程序，而很多故障都是漸進(jìn)過程，故障的最初暫態(tài)過程發(fā)生一段時(shí)間后零序電壓才越限，這時(shí)記錄下的波形已 不能滿足暫態(tài)信號選線的要求了。目前，大多數(shù)選線裝置采用了利用故障電流穩(wěn)態(tài)分量進(jìn)行選線的方法，其效果要優(yōu)于其他方法。利用穩(wěn)態(tài)數(shù)據(jù)的缺點(diǎn)在于有用信號的含量很低，導(dǎo)致信噪比過低，而發(fā)生誤選。傳統(tǒng)觀念認(rèn)為，接地故障發(fā)生后先經(jīng)過暫態(tài)過渡過程 (一到兩個(gè)周期 )，然后進(jìn)入穩(wěn)態(tài)。通過本章分析可以發(fā)現(xiàn)，小電流接地電網(wǎng)單相接地故障狀況復(fù)雜多樣，所表現(xiàn)出來的故障特征在形式上、大小上都變化無常。理論和實(shí)踐都表明，沒有一種選線方法能夠保證對所有的故障類型都有效，每種選線判據(jù)都具有一定的適用范圍，也都有各自的局限性，需要滿足一定的適用條件。所以，僅依靠一種判據(jù)進(jìn)行選線是不充分的 H引。一種可行的辦法是使用多 重選線判據(jù)來構(gòu)成綜合判據(jù)，利用各種判據(jù)選線性能上的互西安交通大學(xué)網(wǎng)絡(luò)教育學(xué)院論文 補(bǔ)性，從而擴(kuò)大正確選線的故障范圍，提高選線結(jié)果的可靠性。使用多重選線判據(jù)的另一個(gè)優(yōu)勢是：當(dāng)一個(gè)故障樣本對所有選線判據(jù)的適用條件都不滿足時(shí)，對多個(gè)判據(jù)不充分的選線結(jié)果進(jìn)行融合，能夠得到一個(gè)更加充分可信的判斷結(jié)果。單個(gè)判據(jù)的充分性條件意味著當(dāng)一個(gè)實(shí)際故障滿足該條件時(shí)，判據(jù)就一定能夠做出正確的判斷。各個(gè)判據(jù)的充分性特征域與整個(gè)故障域的關(guān)系可以表示為圖 3— 1所示。但所有判據(jù)的充分性特征域總和并不一定能夠完全覆蓋整個(gè)故障域。位于充分性特征域以外的故障，需要利 用多重判據(jù)所提供的故障信息融合來得到一個(gè)可靠的選線結(jié)果。綜合選線策略的最終目標(biāo)就是要構(gòu)造滿足充分性條件的綜合選線判據(jù)。 4 基于模糊理論的多判據(jù)綜合選線方法 21 4 基于模糊理論的多判據(jù)綜合選線方法 通過第三章各種選線方法和誤判原因的分析，以及小電流接地系統(tǒng)單相接地故障選線解決思路的論述。在此基礎(chǔ)上，建立了一個(gè)完整的基于模糊理論的多判據(jù)綜合選線體系。信息融合技術(shù)按融合信息的層次結(jié)構(gòu)可以有三種基本融合類型，即數(shù)據(jù)層融合、特征層融合和決策層融合。故障選線融合過程亦可分為數(shù)據(jù)層融合、特征層融合和決策層融合 H引。故障特征量有：正序、零序、負(fù)序、阻抗、導(dǎo)納、功率、能量等通常采用的提取方法有：傅里葉變換、卡爾曼濾波及小波變換等；決策層信息融合對測量點(diǎn)的故障特征量及對不同測量點(diǎn)的故障特征量進(jìn)行融合處理，判斷故障線路數(shù)據(jù)層信息融合和特征層信息融合方法己在故障選線裝置中得到了較好的應(yīng)用，但 決策層信息融合技術(shù)在故障選線中僅得到了初步的應(yīng)用。 4． 2模糊理論 模糊理論己在實(shí)踐中證明是信息融合技術(shù)中最重要的技術(shù)之一，是處理復(fù)雜不確定問題的方法陸羽。這里所謂的模糊性主要是指有關(guān)事物差異的中間過渡的不分明性，這種屬性也反映在小電流系統(tǒng)單相接地故障選線中。模糊理論能通過建立相應(yīng)的隸屬函數(shù)有效地處理這種模糊性，將不分明性轉(zhuǎn)換為確切的數(shù)值描述。 (1)普通集合 通常把討論的全體對象叫做論域，常用 U， V， E， ?， X， Y等大寫字母表示。定義 4． 1 給定論域 X和某一性質(zhì)西安交通大學(xué)網(wǎng)絡(luò)教育學(xué)院論文 或?qū)傩?P， X中滿足性質(zhì) P的所有元素所組成的全體叫做集合，簡稱集。 考慮到現(xiàn)實(shí) 世界中很多事物的分類邊界是不分明的，而這種不分明的劃分在人們的識別、判斷和認(rèn)知過程中起著只要的作用，為了用數(shù)學(xué)的方法來處理這種問題，扎德 (L． A． Zadeh)于 1965年提出了模糊集合的概念?？梢哉J(rèn)為隸屬函數(shù)是普通集合中特征函數(shù)的推廣。模糊集合完全由隸屬函數(shù)所刻劃。①設(shè)論域 X是有限集或可數(shù)集，②設(shè)論域 x是無限集， (4)模糊集的隸屬函數(shù) 一個(gè)論域上的模糊集的隸屬函數(shù)是千差萬別的。 ①
偏小型 式中， c∈ X是任意一點(diǎn)， a， b是二個(gè)大于零的參數(shù)。 ③中間型 式中， c∈ X是任意一點(diǎn)， a是大于零的參數(shù)， b為正偶數(shù)，這是一類定義或描述近似程度的模糊集 4． 3故障測度和判據(jù)權(quán)重系數(shù) 在過去的選線方法中，選線輸出沒有附加約束，所以對選線原理只要求能夠輸出一個(gè)標(biāo)明哪一條線路故障的符號型 選線結(jié)果就可以了，但是該種輸出有很多弊病。一個(gè)故障當(dāng)其特征量非常顯著時(shí)，選線結(jié)果非?？煽?，當(dāng)其特征量很微弱時(shí)，選線結(jié)果有可能是錯(cuò)的，這種差異從符號輸出上不能體現(xiàn)。4 基于模糊理論的多判據(jù)綜合選線方法 23 第三，不利于多判據(jù)融合，在使用多判據(jù)融合選線時(shí)，簡單地把幾個(gè)判據(jù)用投票的方式表決并不是一個(gè)可行的方法。針對這些弊病做出的改進(jìn)策略是，第一，判據(jù)由單輸出改為多輸出，不再只是輸出故障線路的 標(biāo)號，而是輸出每一條線路的故障狀況；第二，由符號型輸出改為數(shù)值型輸出。既然是判斷，那么并不總是可以十分肯定地確認(rèn)哪條線路必定是故障線路，其他線路必定不是故障線路，有些情況下可能會出現(xiàn)含糊不清的情況。在構(gòu)造數(shù)值型多輸出選線判據(jù)時(shí)，希望判據(jù)能夠計(jì)算出每一條線路具有故障線路表現(xiàn)的程度度量，并輸出這種度量。這樣，針對一個(gè)特定的故障樣本，在某一判據(jù)準(zhǔn)則下可以通過設(shè)定基于該判據(jù)的故障測度隸屬函數(shù)來賦予每一條出線的故障測度。為此，定義各單一判據(jù)權(quán)重系數(shù)的概念，權(quán)重系數(shù)也是定義在實(shí)數(shù)內(nèi)的變量，用來描述一個(gè)故障樣本在基于某一判據(jù)基準(zhǔn)下選線的可信程度。 4． 4基于模糊理論的多判據(jù)綜合選線體系 4． 4． 1多種單一判據(jù)的選取 研究綜合選線的首要任務(wù) 是選擇參與綜合決策的單一選線原理，故障選線原理主要從以下幾方面考慮：①適用不同接地方式；②適用過渡電阻能力；③適用不同故障相角能力；④抗不穩(wěn)定弧光接地能力；⑤反映瞬時(shí)性故障能力；⑥減少系統(tǒng)不平衡、電流互感器不平衡等不利因素影響。 (1)零序電流群體比幅法 : 零序電流群體比幅法，適用于中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)，但不適合諧振接地系統(tǒng)，這種方法是對零序電流絕對值比較法的一種擴(kuò)展 和該進(jìn)，其優(yōu)點(diǎn)是采用相對幅值比較，具有“水漲船高’’的特點(diǎn)，避免了絕對值整定等不確定因素，選線精度相對較高。 (2)基于諧波畸變率特性的故障選線方法 : 非正弦波周期性電氣量，根據(jù)傅里葉級數(shù)分析，可分解成基波分量和具有基波頻率整數(shù)倍的諧波分量，采用 FFT算法原理可以求出電網(wǎng)中基波及各次諧波分量。對于中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)，發(fā)生單相接地故障時(shí)，故障線路流出容性電流和感性電流，在母線側(cè)，容性電流流入非故障線路，感性電流通過中性點(diǎn)消弧線圈流出，可知，故障線路流過的零序電流含有較多的諧波分量。利用電磁暫態(tài)仿真軟件 PSCAD／ EMTDC建立一個(gè)電壓等級為 35kV，饋線的小電流接地系統(tǒng)模型，其中線路 Ll=25km；線路 L2=30km；線路 L3=40km；線路 L4=45km，中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地，采用補(bǔ)償度為 10％的過補(bǔ)償方式，故障發(fā)生在相電壓最大值時(shí)，即故障相角為 90O，距母線 N20km的線路 L3處，接地電阻為 50歐。 表 4． 1薦線躥零序電流諧波畸變率 選線結(jié)果為線路 L3是故障線路， 選線正確。但暫態(tài)分量的大小很容易受到干擾，所以在干擾信息偏大的情況下比較暫態(tài)電流分量幅值可能會帶來困難。 (5)基于衰減直流分量的故障選線方法 由第二章小電流接地系統(tǒng)單相接地故障的暫態(tài)分析可知，當(dāng)中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地的電網(wǎng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，流過故障線路的零序電流由暫態(tài)電容電流和暫態(tài)電感電流兩部分疊加而成，其中第一項(xiàng)為接地電流穩(wěn)態(tài)分量，其余為接地電流的暫態(tài)分量，等于電容電流的暫態(tài)自由振蕩分量與電感電流的暫態(tài)直流分量之和，對于非故障線路而言，其流經(jīng)的零序電流中只含有暫態(tài)電容電流分量，而不含有電感電流分量。 而當(dāng)故障發(fā)生在相電壓過零點(diǎn)時(shí)，故障線路會出現(xiàn)明顯的衰減直流分量。 4． 5． 1仿真模型的建立 利用電磁暫態(tài)仿真軟件 PSCAD／ EMTDC，建立一個(gè)電壓等級為 220kV／ 35kV五條饋線的小電流接地系統(tǒng)仿真模型，五條饋線長度分別為 20km、 30km、 40km、 45km和 50km，4 基于模糊理論的多判據(jù)綜合選線方法 27 全部采用相同負(fù)載。本文仿真實(shí)驗(yàn)所使用的系統(tǒng)采樣頻率為 lOkHz。 (1)算例 1：在離母線 20km線路 L3處， t=O． 1s， A相發(fā)生接地故障，故障相角為 0。 (2)算例 2：由算例 1的模型，在 t=0． 1s時(shí)，母線 A相發(fā)生接地故障，故障相角為 0，接地電阻 Rf=100歐。 (3)方法有效性驗(yàn)證 本文采用算列 1的方法和模型對不同故障相角、不同接地電阻分別進(jìn)行了仿真，其中基于零序電流群體比幅法和注入信號法利用的是系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)值選線，可以忽略相角的影響，所以，在仿真時(shí)相角取任意值。本章就是利用已有的故障樣本，通過灰關(guān)聯(lián)分析推斷出新故障樣本的故障線路。這樣就會使得數(shù)值較小的項(xiàng)目可能失去作用，而數(shù)值較大的項(xiàng)目又可能被夸大，從而失去公共的交點(diǎn)，而這些數(shù)據(jù)時(shí)常又不存在運(yùn)算關(guān)系。這就提出了數(shù)據(jù)變換問題，在灰關(guān)聯(lián)分析中常用的數(shù)據(jù)變化有初始化處理、均值化處理和區(qū)間值化處理。均值化處理就是對一個(gè)數(shù)列的所有數(shù)據(jù)均用它的平均值去除，從而得到一個(gè)新數(shù)列。在關(guān)聯(lián)分析中，關(guān)心的是關(guān)聯(lián)度大小的排序，而不是關(guān)聯(lián)度的實(shí)際大小。 5． 2基于灰關(guān)聯(lián)分析的故障選線方法 由前面分析可知，灰色關(guān) 聯(lián)分析在故障選線中主要的優(yōu)點(diǎn)是：首先，利用已有的典型故障樣本可以使待測故障的某一信息特征量得到充分的反映；其次，利用已有的故障樣本中含有豐富的選線信息，可以增加新的故障樣本選線的信息冗余度，提高狀態(tài)識別的準(zhǔn)確性和可靠性。 5． 3本章小結(jié) 傳統(tǒng)的選線方法只利用待測故障的故障信息選線，而沒有利用到已有故障樣本中含有大量對故障選線有利的信息，本章在基于對已有故障樣本的故障信息分析的基礎(chǔ)上，提出利用灰關(guān)聯(lián)分析對新的待測故障樣本進(jìn)行選線，建 立了基于注入信號峰值和零序電流小波包分解系數(shù)的灰關(guān)聯(lián)分析故障選線方法