信息融合技術(shù)在小電流接地系統(tǒng)故障檢測中的應(yīng)用

郝潔

摘要：隨著信息融合技術(shù)和電力系統(tǒng)的發(fā)展，信息融合技術(shù)越來越多的被用到處理復(fù)雜的和不確定性問題上。本文基于信息融合技術(shù)在選線思路上做了一定的原理探究，所研究的信息融合方法也相對比較簡單，決策層信息融合中隸屬函數(shù)的形狀和每個特征所取的權(quán)值的處理要根據(jù)不同的小電流接地系統(tǒng)做不同的調(diào)整，這些問題尚需深入研究和不斷完善，進而達到最大限度地提高選線準(zhǔn)確率的目的。

關(guān)鍵詞：小電流單相接地 故障檢測 信息融合

1 小電流接地系統(tǒng)故障概述

小電流接地系統(tǒng)在發(fā)生單相接地故障時，受接地相角、接地電阻、接地方式等等多種因素的影響，再加上電網(wǎng)本身結(jié)構(gòu)和負(fù)荷很復(fù)雜，所以，到目前為止還沒有一種方法可以很好的解決小電流接地系統(tǒng)單相接地故障選線的問題。在目前看來，小電流接地系統(tǒng)單相接地選線問題因為存在上述的多種因素的影響，所以我們單獨采用一種方法進行準(zhǔn)確選線是很困難的。經(jīng)過電力工作者和科研工作者多年的努力，現(xiàn)在我們已經(jīng)探索出多種基于不同原理的選線方法。本文通過采用新興的信息融合技術(shù)來把多種方法綜合起來，對故障特征信息進行融合，進而達到最大限度地提高選線準(zhǔn)確率的目的。

2 數(shù)據(jù)層信息融合

隨著對信息融合研究的深入，在多個領(lǐng)域己經(jīng)采用了信息融合技術(shù)來解決實際的問題。同樣，對于復(fù)雜的電力系統(tǒng)我們也應(yīng)該采用信息融合技術(shù)來綜合復(fù)雜的電力系統(tǒng)中的各種信息來做出準(zhǔn)確的決策和判斷。小電流接地系統(tǒng)一直是電力系統(tǒng)中的一個難題，經(jīng)過幾十年來科研工作者的努力，至今都沒有很好的解決。但是，我們從不同的角度、基于不同的原理已經(jīng)獲得了很多選線方法。所以，我們采用信息融合技術(shù)來融合不同選線方法，進而提高選線的正確率。在故障選線信息融合過程中，數(shù)據(jù)層信息融合對應(yīng)于AD采集數(shù)據(jù)的濾波處理及故障啟動檢測，其數(shù)據(jù)層信息融合方法包括差分濾波、采樣頻率自動跟蹤、零序電壓啟動判據(jù)。在數(shù)字式故障選線裝置中，數(shù)據(jù)層信息融合和特征層信息融合得到廣泛使用，在故障選線中決策層信息融合技術(shù)得到初步的應(yīng)用。對于故障選線裝置通常只采用單一的故障選線方法進行故障選線。為此，一方面需要研究不同的故障選線方法的融合處理，另一方面需要研究配電網(wǎng)中不同測量點的各種故障特征量的融合處理，采用更多的故障特征量進行綜合故障選線，進而提高保護的精度和魯棒性。

進行故障檢測時，單一的故障選線方法準(zhǔn)確度比較低，其原因在于：①小電流接地系統(tǒng)零序阻抗大，在故障接地過渡阻抗的影響下，產(chǎn)生的故障電流比較小，導(dǎo)致故障線路與非故障線路難以區(qū)分。②在各種干擾因素的影響下，通過故障選線裝置對故障特征量的測量具有很大的模糊性和不確定性。

通常情況下，故障檢測信息的類別影響著干擾的程度，對不同的故障檢測信息同一干擾信號的影響也存在較大的差異，例如：接地相角對暫態(tài)電容電流的影響比較大，在接地相角比較小時，暫態(tài)電容電流幅值比較小，所以，此時基于暫態(tài)電容電流的選線方法不是很理想：而基于5次諧波的選線方法卻不受接地相角等因素的影響。

當(dāng)小電流接地系統(tǒng)發(fā)生故障后，與正常運行相比，系統(tǒng)在穩(wěn)態(tài)和暫態(tài)都會表現(xiàn)出不同的特征?；诜€(wěn)態(tài)分析的選線方法研究的比較多，其中許多方法在現(xiàn)有的選線裝置中得到了廣泛應(yīng)用；而基于暫態(tài)分析的研究相對較少，隨著DSP和其他硬件技術(shù)的發(fā)展，獲取暫態(tài)信息的能力不斷提高，再加上在電力系統(tǒng)應(yīng)用了小波分析理論。所以，要充分利用小電流接地系統(tǒng)的在暫態(tài)所表現(xiàn)出的故障特征進行故障選線。

以前多是單獨根據(jù)穩(wěn)態(tài)或者暫態(tài)來進行選線，沒有充分利用故障信息，所以，本文順應(yīng)電力系統(tǒng)信息化發(fā)展的潮流，采用新興的信息融合技術(shù)，把暫態(tài)和穩(wěn)態(tài)兩個方面的故障特征作為來自不同的“傳感器”所得到的數(shù)據(jù)，充分利用兩方面的特征信息，最大限度的提高選線的準(zhǔn)確率。而且，根據(jù)電力系統(tǒng)規(guī)章，故障發(fā)生后還允許運行1-2個小時，所以，也給我們進行信息融合處理放寬了時間上的限制，可以考慮在實際工程上進行運用本方法。

3 小電流接地系統(tǒng)故障特征分析

當(dāng)中性點非直接接地系統(tǒng)出現(xiàn)單相接地時，產(chǎn)生暫態(tài)過程。電氣量中含有高頻分量和直流分量。其中，電流量通常比較大，尤其是接地電容電流的暫態(tài)分量往往比其穩(wěn)態(tài)值大幾倍到幾十倍，容易測量。而此時的消弧線圈對于暫態(tài)分量中豐富的高頻信號相當(dāng)于開路。

在單相接地故障發(fā)生后，故障相電壓降低，正常相的電壓升高：由于線路上存在分布電容，所以，相電壓的變化會導(dǎo)致分布電容有一個比較明顯的充放電的過程。故障點的相電壓降低，這條線路的電容進行放電，相當(dāng)于加入了一個電流源，故障線路的電流從故障點流向母線，而正常線路的電流從母線流向線路末端。因為對于暫態(tài)電容電流而言，它們的頻率是比較高的，消弧線圈的作用可以忽略，相當(dāng)于中性點不接地，所以，故障線路的暫態(tài)電容電流幅值相當(dāng)于別的線路上的電容電流的總和。

小波包變換實際上就相當(dāng)于一個高通和低通雙通道濾波器，其過程就是將信號分為高頻信號和低頻信號，再對高頻信號和低頻信號進行再次的分解，分解到所需的頻率段。通過小波變換把信號分解成不同的尺度，對信號進行多分辨率分析，把信號分解成不同的頻率段分量。

所以，采用小波包對各條線路進行小波包分解，找出電容電流特征最明顯的頻段，可以根據(jù)這個特征頻段的模最大值來比較電容電流的大小。也就是說，小電流接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障后，在系統(tǒng)所有的線路中，故障線路的暫態(tài)電容電流經(jīng)小波包分解后特征頻段的模最大值是最大的，這一點可以成為我們進行故障檢測的依據(jù)。

受電網(wǎng)本身和接地電阻的影響和制約，通過選取合適的小波函數(shù)，進而最大限度地提取暫態(tài)故障信息。但是，面對不同的電網(wǎng)，不同的接地方式，不同的接地電阻，都會對故障信息的幅值有所影響，但是故障線路的電容電流相對來說還是比較大的。通過采用比較法，找出各個線路在細(xì)節(jié)系數(shù)的模的大小順序，通過模糊運算得出判斷結(jié)果。在各種干擾存在的情況下，最大限度的提高選線的準(zhǔn)確率。

4 故障選線過程

因為在發(fā)生單相接地故障后，三相零序電壓比起正常情況突然有明顯升高，所以把零序電壓作為發(fā)生單相接地故障的判斷信號。一般情況下，設(shè)置一個電壓閡值，當(dāng)三相電壓超過此值時，我們就認(rèn)為是發(fā)生了單相接地故障。

因為要對暫態(tài)過程進行分析，我們又不能夠預(yù)知故障發(fā)生的具體時刻，所以采樣要不間斷的進行。當(dāng)判斷發(fā)生單相接地故障后，再連續(xù)采樣幾個周期，然后，根據(jù)接地故障前的1個周期和故障后的幾個周期的數(shù)據(jù)進行離散小波包分析，根據(jù)以上所述的原則對每條線路的模最大值按大小順序進行排隊。

諧波法是基于穩(wěn)態(tài)特征進行選線，所以，我們需要根據(jù)故障后的數(shù)據(jù)進行運算。因為傅里葉變換可以計算幾次諧波，所以，我們可以等進行完離散小波包分析后，對小電流接地系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)采樣，用傅里葉變換求出每回出線零序電流的5次諧波。

接下來就是對所獲得的穩(wěn)態(tài)和暫態(tài)特征量進行模糊化，再加權(quán)進行求和，把計算結(jié)果按大小順序進行排隊，讓電站操作人員進行故障選線，排除故障線路。本文所采用的方法具體的實現(xiàn)流程圖如圖1所示。

5 結(jié)論

對于小電流接地系統(tǒng)的故障選線，本文通過采用信息融合技術(shù)進行解決。通過綜合處理多種故障信息，在一定程度上降低了干擾的影響，進而提高了故障檢測的精度以及系統(tǒng)的魯棒性。對于故障選線方法輸出的模糊性通過隸屬函數(shù)進行表示，通過加權(quán)求和的方式進行運算，進而將多種故障選線方法的信息進行融合。

隨著信息融合技術(shù)和電力系統(tǒng)的發(fā)展，在電力系統(tǒng)中運用信息融合技術(shù)解決復(fù)雜問題。但是，基于信息融合技術(shù)的小電流接地系統(tǒng)的單相接地故障選線處在起步階段，對信息融合方法的研究相對簡單，對于隸屬函數(shù)的形狀和每個特征的權(quán)值，需要根據(jù)小電流接地系統(tǒng)做出相應(yīng)的調(diào)整，這些問題需要進行深入地研究。

參考文獻：

[1]霍百林，王耀南，王輝，何曉.基于信息融合技術(shù)的單相接地故障選線方法[J].湖南電力，2003（04）.

[2]孫霞.加權(quán)系數(shù)信息融合在電力系統(tǒng)故障檢測中的應(yīng)用探討[J].煤礦現(xiàn)代化，2007（01）.

[3]曾祥君，K K Li，WLChan，尹項根，陳德樹，林干.信息融合技術(shù)在電力系統(tǒng)故障檢測中的應(yīng)用探討[J].中國電力，2003（04）.