PAGE7PAGE小電流接地系統(tǒng)單相接地故障選線方法研究摘要目前，我國(guó)的電力需求近年里飛速增加，如何提供穩(wěn)定的電力供給一直以來都是需要解決的重點(diǎn)，伴隨著對(duì)電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的要求越來越高，如何在發(fā)生故障之后進(jìn)行快速的選線和排除故障成為重中之重。在小電流接地系統(tǒng)中，屬單相接地故障發(fā)生概率最高，本文主要針對(duì)小電流接地系統(tǒng)中發(fā)生單相接地故障進(jìn)行研究分析。先是對(duì)發(fā)生故障時(shí)的故障特性進(jìn)行分析，從得到的故障特征進(jìn)行入手，選擇可以利用的選線方式，對(duì)比了多種選線方法的特點(diǎn)，選取合適的方案。經(jīng)分析本文決定使用小波分析法來進(jìn)行選線，介紹了小波分析法中的連續(xù)小波變換、離散小波變換、奇異性檢測(cè)、Mallat算法、多分辨率法的原理以及各種參數(shù)，利用小波分析法中的模最高值的特性利用分析故障特點(diǎn)得到故障暫態(tài)量的信息進(jìn)行選線。最后進(jìn)行Matlab/Simulink對(duì)小電流接地系統(tǒng)進(jìn)行仿真，對(duì)中性點(diǎn)不接地和中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地中分別有發(fā)生單相接地故障時(shí)，母線故障，故障相電壓為最大、0、負(fù)時(shí)進(jìn)行仿真，利用小波分析法選線，最后判斷出利用小波分析法擁有較高的準(zhǔn)確度。關(guān)鍵詞：小波分析法；小電流接地系統(tǒng)；單相接地故障ABSTRACTAtpresent,China'spowerdemandhasbeenincreasingrapidlyinrecentyears.Howtoprovideastablepowersupplyhasalwaysbeenafocusthatneedstobesolved.Withtheincreasingrequirementsforpowersystemstability,howtoquicklyselectalineafterafaultoccursAndtroubleshootingisthetoppriority.Inthelow-currentgroundingsystem,theprobabilityofsingle-phasegroundingfaultisthehighest.Thispapermainlystudiesandanalyzesthesingle-phasegroundingfaultinthesmall-currentgroundingsystem.First,analyzethefaultcharacteristicswhenafaultoccurs,startwiththeobtainedfaultcharacteristics,selecttheavailablelineselectionmethod,comparethecharacteristicsofmultiplelineselectionmethods,andselecttheappropriateprogram.Afteranalysis,thispaperdecidedtousewaveletanalysismethodtoselecttheline,introducedthewaveletanalysismethodofcontinuouswavelettransform,discretewavelettransform,singularitydetection,Mallatalgorithm,theprincipleofmulti-resolutionmethodandvariousparameters,usingwaveletanalysismethodThecharacteristicofthehighestvalueinthemoduleisusedtoselectthelinebyanalyzingthecharacteristicsofthefaulttoobtaintheinformationofthefaulttransient.Finally,Matlab/Simulinkisusedtosimulatethelow-currentgroundingsystem.Whenthesingle-phasegroundfaultoccursintheneutralgroundingandtheneutralgroundingthroughthearcsuppressioncoil,thebusbarfault,thefaultphasevoltageismaximum,0,negativeAtthetimeofsimulation,waveletanalysiswasusedtoselectlines,andfinallyitwasjudgedthatwaveletanalysishadhighaccuracy.Keywords:Waveletanalysis;Smallcurrentgroundingsystem;single-phasegroundfault目錄13652摘要 I18206ABSTRACT II17039目錄 III12097第1章緒論 11.1課題背景及研究的意義12097 1142791.1.1課題背景 1121181.1.2課題研究的意義 2241831.2小電流接地系統(tǒng)單相接地故障選線研究現(xiàn)狀 2297201.3本文完成的主要工作 311689第2章小電流接地系統(tǒng)的單相接地故障特征分析 4140332.1小電流接地系統(tǒng)單相接地故障的穩(wěn)態(tài)特性分析 42.1.1中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)的單相接地故障分析14033 42.1.2中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)的單相接地故障分析14033 7112212.2小電流接地系統(tǒng)單相接地故障的暫態(tài)特性分析 9223832.3本章小結(jié) 11第3章根據(jù)小波分析的單相接地故障選線分析14033 12123243.1小波分析理論的介紹 12149713.2小電流接地系統(tǒng)單相接地故障選線中小波分析的應(yīng)用 163.2.1利用小波分析的故障選線原理介紹14033 163.2.2利用小波分析的選線過程介紹14033 173.2.3故障發(fā)生時(shí)刻分析14033 173.2.4故障選線分析14033 173.2.5小波函數(shù)的選取14033 183.2.6尺度的選取14033 193.2.7頻率的選擇14033 193.2.8細(xì)節(jié)重建14033 193.2.9邊界的選擇14033 2083813.3本章小結(jié) 2015717第4章小波分析的小電流接地系統(tǒng)單相接地仿真 2190284.1建立小電流接地系統(tǒng)仿真模型 214.1.1仿真參數(shù)設(shè)置14033 214.1.2仿真模型建立14033 21284004.2中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)單相接地故障選線分析 224.2.1接地相電壓最大分析14033 234.2.2接地相電壓為0分析14033 254.2.3接地相電壓為負(fù)分析14033 264.2.4母線接地時(shí)分析14033 284.2.5中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)仿真總結(jié)14033 30182734.3中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地發(fā)生單相接地故障選線分析 304.3.1接地相電壓最大分析14033 304.3.2接地相電壓為0分析14033 324.3.3接地相電壓為負(fù)分析14033 344.3.4母線接地時(shí)分析14033 364.3.5中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)仿真總結(jié)14033 38308204.4本章小結(jié) 3912361結(jié)論 4031231參考文獻(xiàn) 414641致謝 43第1章緒論1.1課題背景及研究的意義1.1.1課題背景近年來我國(guó)用電量急劇上升，這不僅需要極高的電能質(zhì)量，對(duì)電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性要求也越加嚴(yán)格。但是電力系統(tǒng)難免出現(xiàn)故障，其中更屬自然故障難以避免，怎樣在故障發(fā)生后及時(shí)進(jìn)行故障選線，排除故障是目前研究需要著重解決的問題。小電流系統(tǒng)在我國(guó)十分廣泛，大部分應(yīng)用于66kV以下的配電網(wǎng)，其擁有良好的可靠性，且節(jié)省經(jīng)濟(jì)資源的特點(diǎn)。小電流系統(tǒng)主要指兩種中性點(diǎn)不同方式的系統(tǒng)：即中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)和中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)。但系統(tǒng)中發(fā)生故障時(shí)，單相接地故障發(fā)生的頻率最頻繁，根據(jù)故障統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，單相接地故障在各類故障中占比達(dá)及以上。單相接地故障是電力系統(tǒng)中常見的一種臨時(shí)性故障，其表示三相系統(tǒng)中的其中一相和大地發(fā)生了短接。當(dāng)系統(tǒng)中發(fā)生單相接地故障時(shí)由于有以下特點(diǎn)：故障點(diǎn)的電流很小（所以被稱為小電流接地系統(tǒng)），三相之間的線電壓仍然保持對(duì)稱。這樣導(dǎo)致發(fā)生故障對(duì)負(fù)荷設(shè)備的供電影響很小，所以允許小電流接地系統(tǒng)內(nèi)的設(shè)備在發(fā)生單相接地故障時(shí)短時(shí)運(yùn)行（小時(shí)）不跳閘，這樣大大提高了可靠性，有利于小電流接地系統(tǒng)的應(yīng)用。但是由于故障相與大地發(fā)生短接，導(dǎo)致了故障相電壓降為對(duì)地電壓變?yōu)榱?，非故障相的?duì)地電壓升高為相電壓的數(shù)倍。而且如果非故障相長(zhǎng)期處在過電壓的情況下會(huì)導(dǎo)致對(duì)電氣設(shè)備的絕緣造成破壞，如果不及時(shí)排除故障可能會(huì)造成兩相短路、弧光放電，甚至能夠造成電力線纜過壓爆炸引起對(duì)人身安全和電氣設(shè)備的威脅。在實(shí)際應(yīng)用中，各類選線的研究會(huì)受到現(xiàn)實(shí)中諸多影響，很難真正的達(dá)到理論中的準(zhǔn)確選線的要求，造成此情況的原因有以下：（1）當(dāng)小電流接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，故障相與大地短接，接地電流是分布電容電流，其數(shù)值比負(fù)荷電流小很多，雖然這樣提高了可靠性有利于小電流接地系統(tǒng)在低電壓配電網(wǎng)中應(yīng)用，但故障信號(hào)微弱給選線造成了困難，而且發(fā)生故障時(shí)通常又伴隨噪聲信號(hào)的干擾，故障持續(xù)時(shí)間也極為短暫，這導(dǎo)致了故障的特征不夠明顯信號(hào)難以提取，故障時(shí)刻難以確定。（2）小電流接地系統(tǒng)中大多數(shù)應(yīng)用中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地的情況來補(bǔ)償接地的容性電流，導(dǎo)致在中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地的系統(tǒng)中其發(fā)生故障后的得到零序信息很小，大大增加了選線的難度。（3）小電流接地系統(tǒng)受不平衡電流影響較大。在中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地的情況下，影響電能質(zhì)量中的電壓偏移會(huì)誘使不平衡電流的產(chǎn)生。不平衡電流在在大小和方向上擁有變化的特征。在小電流接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，系統(tǒng)測(cè)出的零序電流實(shí)際上是包含不平衡電流的在方向和大小方面的和。倘若此時(shí)不平衡電流較大，會(huì)明顯增加選線的難度。1.1.2課題研究的意義目前，國(guó)內(nèi)外的研究人員對(duì)小電流接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障提出了很多種選線方法，但是這些方法中各有各的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。為了徹底解決小電流接地系統(tǒng)中發(fā)生單相接地時(shí)的正確和快速選線，還需要更多的研究，這對(duì)提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性是非常必要的。1.2小電流接地系統(tǒng)單相接地故障選線研究現(xiàn)狀我國(guó)目前針對(duì)小電流接地系統(tǒng)中發(fā)生單相接地故障時(shí)主要應(yīng)用較多方法是利用發(fā)生單相接地故障后的暫態(tài)信息來選線。但是利用單相接地故障的暫態(tài)信息選線在實(shí)際應(yīng)用中會(huì)遇到很多困難，例如故障信號(hào)不夠明顯，噪聲過大，暫態(tài)信息難以提取等。這都需要繼續(xù)進(jìn)行研究來解決此類的影響。國(guó)外中主要有以下選線方式：文獻(xiàn)[21]提出運(yùn)用濾波器對(duì)噪聲進(jìn)行濾波，來針對(duì)噪聲過大造成的影響。該方法操作簡(jiǎn)單，易于應(yīng)用，節(jié)省了資源，但是只能適用于的配電網(wǎng)絡(luò)，擁有一定局限性。文獻(xiàn)[22]提出對(duì)導(dǎo)納法進(jìn)行改進(jìn)，針對(duì)于不同的故障特征，解決了補(bǔ)償參數(shù)變化導(dǎo)致故障區(qū)域擴(kuò)大的問題。該方法誤差較小，但是也是只能適用于的配電網(wǎng)絡(luò)，擁有一定局限性。文獻(xiàn)[23]提出了利用零序參數(shù)中的零序暫態(tài)功率的方向進(jìn)行選線。該方法節(jié)省資源，易于應(yīng)用，但是需要多次分析，有一定延遲。文獻(xiàn)[24]提出了根據(jù)暫態(tài)電流方向來進(jìn)行選線的方法，該方法易于應(yīng)用誤差較小，且能夠提高選線的精確性，但是也是需要多次分析，有一定延遲。文獻(xiàn)[17]提出了利用測(cè)量暫態(tài)信息的幅值來進(jìn)行故障選線的方法，該方法可以消除中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地的影響，選線精準(zhǔn)，但是其抗干擾能力較弱。1.3本文完成的主要工作本文的研究對(duì)象是小電流接地系統(tǒng)，主要的研究?jī)?nèi)容是小電流接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時(shí)對(duì)故障進(jìn)行分析，判別故障線路，對(duì)比分析各種方法針對(duì)小電流接地系統(tǒng)單相故障選線的優(yōu)缺點(diǎn)，選擇利用基于小波理論的方法進(jìn)行故障選線，分析小波理論選線的可行性和高效性，最后設(shè)計(jì)選線裝置，以下是詳細(xì)的研究?jī)?nèi)容：首先對(duì)小電流接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時(shí)進(jìn)行詳細(xì)的分析，根據(jù)故障出現(xiàn)后的暫態(tài)量特性和穩(wěn)態(tài)量特性，進(jìn)行對(duì)比后判斷出利用暫態(tài)量進(jìn)行故障選線有較大優(yōu)勢(shì)可以使故障選線擁有較高的準(zhǔn)確性和可靠性。詳細(xì)介紹小波理論，設(shè)計(jì)基于小波理論方法的故障選線框架。提出利用小波變換突變量最大值奇異性檢測(cè)原理的選線方法。使用Matlab/Simulink建立小電流接地系統(tǒng)仿真模型，根據(jù)本文提出的根據(jù)小波分析的算法對(duì)故障線路的仿真進(jìn)行計(jì)算和分析。根據(jù)仿真情況來判斷本文選用的小波分析法對(duì)故障選線的有效性和精確性。

第2章小電流接地系統(tǒng)的單相接地故障特征分析在選擇要使用的選線方法之前，應(yīng)該先從小電流接地系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)的特征入手。首先分析中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)和中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時(shí)的穩(wěn)態(tài)特性和暫態(tài)特性，給接下來選擇故障選相方法提供數(shù)據(jù)支撐和理論基礎(chǔ)。2.1小電流接地系統(tǒng)單相接地故障的穩(wěn)態(tài)特性分析2.1.1中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)的單相接地故障分析中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)即中性點(diǎn)對(duì)地絕緣。這種接地方式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)便，節(jié)省了接地設(shè)備，接地系統(tǒng)投資少，節(jié)約了大量成本。我國(guó)大部分6-10kV和部分35kV高壓電網(wǎng)采用中性點(diǎn)不接地運(yùn)行方式。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生\t"/item/%E4%B8%AD%E6%80%A7%E7%82%B9%E4%B8%8D%E6%8E%A5%E5%9C%B0%E7%B3%BB%E7%BB%9F/_blank"單相接地時(shí)，接地相相電壓變?yōu)?，非接地相相電壓升高為線電壓（相電壓）。由于中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)中缺少對(duì)感性電流的補(bǔ)償，導(dǎo)致了接地相電流產(chǎn)生明顯增長(zhǎng)，這給供電可靠性和系統(tǒng)安全性帶來了巨大的威脅。中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖1如下：圖2-1中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖（此結(jié)構(gòu)圖為減少誤差便于研究忽略了線路阻抗以達(dá)到理想系統(tǒng)狀態(tài)）該系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)三相平衡（ABC三相電流矢量和為0），中性點(diǎn)對(duì)地電壓為0，三相對(duì)地電容相等，各相電流超前電壓90°，線路中不存在零序電壓。該系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，假設(shè)A相為接地相，此時(shí)A相故障相電壓降為0，BC非故障相電壓升高為線電壓（相電壓的倍）。電壓向量的關(guān)系如圖2：圖2-2A相接地時(shí)系統(tǒng)電壓向量關(guān)系當(dāng)系統(tǒng)中出現(xiàn)單相接地故障時(shí)有以下特點(diǎn)：如果忽略A相的接地電阻，那么系統(tǒng)中三相線電壓的平衡沒有破壞。降為0，、升高為線電壓：（2-1）中性點(diǎn)電壓升高為相電壓，中性點(diǎn)的零序電壓為：（2-2）故障處的容性電流為：（2-3）由于B、C兩相都是不接地相，所以有，代表B、C相電壓的有效值。又有，其中表示A相流過的接地電流為B、C兩相不接地相的電容電流的總和，的有效值為：。當(dāng)系統(tǒng)中包括發(fā)電機(jī)（G）或多個(gè)出線的情況，由于不能忽略發(fā)電機(jī)和對(duì)地出線的容性電流。理想狀態(tài)下，設(shè)定線路1的A相發(fā)生接地故障如圖3：圖2-3中性點(diǎn)不接地的單相接地故障示意圖其中為發(fā)電機(jī)的等效電容，、分別為線路1、2的等效對(duì)地電容。通過圖3可知，線路1是故障線路，線路2是正常工作的線路，、分別為線路2的B、C兩相的容性電流。故障后的電流升高為倍。其中線路2的零序電流3為：（2-4）根據(jù)公式（2-2）得到3的有效值：（2-5）上式中表示相電壓的有效值。可知線路2的零序電流大小為對(duì)地容性電流值，假設(shè)母線到線路為正方向，線路2的零序電流方向?yàn)檎较?。針?duì)多個(gè)出線的情況下，每個(gè)非故障線路都可以應(yīng)用線路2的結(jié)論。、分別為發(fā)生A相單相接地故障的線路1內(nèi)的B、C兩相電流。A相電流為B、C兩相對(duì)地容性電流和，故障點(diǎn)電流表示為：(2-6)所以故障線路的零序電流3有：(2-7)由上式可知故障相的零序電流大小為正常線路容性電流和，方向?yàn)樨?fù)方向，即由線路指向母線方向。由以上分析可知，將中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)的穩(wěn)態(tài)特性總結(jié)如下：發(fā)生故障后，由于故障相電壓降為0，導(dǎo)致A、B、C三相相電壓不再平衡，中性點(diǎn)會(huì)出現(xiàn)零序電壓。非故障相電壓由相電壓升高為線電壓，即相電壓的倍。故障相和非故障相的零序電流方向和大小不同：故障相零序電流方向?yàn)樨?fù)，由線路指向母線，非故障相零序電流方向?yàn)檎?，由母線指向線路。故障相的零序電流的大小等于非故障相零序電流的總和。2.1.2中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)的單相接地故障分析中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)在我國(guó)的中低壓配電網(wǎng)中應(yīng)用廣泛。由于有消弧線圈，既有利于抑制接地電弧的產(chǎn)生，有效的抑制了產(chǎn)生電弧過電壓的情況，又可以利用電感線圈來補(bǔ)償故障處的容性電流，提高了系統(tǒng)的供電可靠性和穩(wěn)定性。中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如下：圖2-4中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)示意圖分析上圖可知，設(shè)定A點(diǎn)發(fā)生單相接地故障，線路1為故障線路，故障處的電流可表示為：（2-8）上式中，表示消弧線圈的電感電流，表示系統(tǒng)內(nèi)的容性電流，所以故障處的電流最終為：（2-9）雖然從式子上看是電感電流與系統(tǒng)內(nèi)的容性電流之和，但是容性感性電流相位相差180°兩者相互補(bǔ)償。利用消弧線圈的補(bǔ)償作用補(bǔ)償接地容性電流導(dǎo)致接地點(diǎn)的故障電流顯著降低。消弧線圈有三種補(bǔ)償方式：欠補(bǔ)償，全補(bǔ)償，過補(bǔ)償。由于欠補(bǔ)償和全補(bǔ)償都有發(fā)生諧振的風(fēng)險(xiǎn)，在我國(guó)應(yīng)用較多的是過補(bǔ)償。根據(jù)以上內(nèi)容可知，發(fā)生單相接地故障時(shí)：非故障相上經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)和中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)的零序電流都擁有相同的故障特點(diǎn)。故障相上經(jīng)消弧線圈接地由于有消弧線圈的電感電流補(bǔ)償了接地的容性電流，又由于采用過補(bǔ)償?shù)姆椒?，故障相的零序電流?huì)從容性變?yōu)楦行?，零序電流方向與原來呈180°，與非故障相的零序電流方向相同。經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)中根據(jù)相位法來進(jìn)行故障選相難以達(dá)到預(yù)期效果。2.1小電流接地系統(tǒng)單相接地故障的暫態(tài)特性分析一般認(rèn)為，暫態(tài)時(shí)期為發(fā)生單相接地故障后半個(gè)周期到1個(gè)周期內(nèi)。暫態(tài)時(shí)期內(nèi)零序電流幅值很大，大約是穩(wěn)態(tài)時(shí)期的幾倍或者幾十倍不等。對(duì)于經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)來說，在暫態(tài)時(shí)期一般有以下特點(diǎn)：暫態(tài)電流時(shí)期，雖然持續(xù)時(shí)間短保持在以內(nèi)，但是電流峰值非常高，能夠達(dá)到1kA及以上。接地故障產(chǎn)生的電容電流通常保持在以內(nèi)，但是會(huì)存在較長(zhǎng)時(shí)間。當(dāng)消弧線圈為隨調(diào)式時(shí)不僅需要考慮消弧線圈裝置的響應(yīng)時(shí)間還需要添加動(dòng)態(tài)響應(yīng)時(shí)間，導(dǎo)致更加延長(zhǎng)了電容電流的持續(xù)時(shí)間，最多能達(dá)到。雖然消弧線圈采用的是過補(bǔ)償?shù)姆绞?，但是還要考慮補(bǔ)償后的殘流，殘流的大小取決于線圈的調(diào)諧度。故障點(diǎn)電流過大會(huì)導(dǎo)致一系列問題：通信質(zhì)量下降，引發(fā)安全事故等。故障電流中包含暫態(tài)信息和穩(wěn)態(tài)信息，其中暫態(tài)信息占比最大，可以通過分析暫態(tài)信息獲得有利于選線的要素。當(dāng)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)在相電壓最大時(shí)發(fā)生單相接地故障，電感電流等于0，相當(dāng)于中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)的暫態(tài)過程。經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障瞬間線路簡(jiǎn)化的暫態(tài)回路電路圖如圖5：圖2-5經(jīng)消弧線圈接線圈接地單相接地故障暫態(tài)過程等效電路上圖中為零序電壓，表達(dá)式為：（2-10）其中，為相電壓幅值大小，為相電壓的角頻率，為相電壓初相角。為電感電流，是消弧線圈的電感，為消弧線圈電阻，為電容電流，為回路等效電感，為零序電流通過回路的等效電阻，為各個(gè)線路對(duì)地電容。當(dāng)出現(xiàn)單相接地故障時(shí)，當(dāng)只考慮線路中的電容電流時(shí)，消弧線圈的電感遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于回路內(nèi)的等值電感，即，所以可以將消弧線圈所在支路當(dāng)做開路處理，等效電路成為、、、的串聯(lián)回路，可得：（2-11）當(dāng)較小，滿足時(shí)，系統(tǒng)呈欠阻尼狀態(tài)，電容電感互相交換能量，電流呈明顯的伴隨著衰減的周期性震蕩，衰減速率與有關(guān)。當(dāng)較大，滿足時(shí)，系統(tǒng)呈現(xiàn)過阻尼狀態(tài)，電流沒有明顯的周期性，由暫態(tài)衰減過渡到穩(wěn)態(tài)。發(fā)生單相接地故障時(shí)，暫態(tài)電流由震蕩分量與穩(wěn)定分量構(gòu)成，設(shè)定，時(shí)可得：（2-12）上式中，是暫態(tài)電流幅值，為電流角頻率，為電流衰減系數(shù)，為初始相位。當(dāng)分別取和0時(shí)暫態(tài)電容震蕩分量取得極大值和極小值：（2-13）消弧線圈內(nèi)的感性暫態(tài)電流由暫態(tài)直流分量和穩(wěn)態(tài)直流分量構(gòu)成：（2-14）由分析可知，消弧線圈電感的振蕩角頻率與電源的角頻率相等，當(dāng)分別取和0時(shí)，暫態(tài)直流分量取得極小值和極大值。由上式（2-12）（2-14）可以看出暫態(tài)接地電流的幅值受初相角的影響。根據(jù)以上內(nèi)容可知，發(fā)生單相接地故障時(shí)：通過分析故障電流的暫態(tài)過程可以得到較多的故障特征。中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)和經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)在產(chǎn)生故障電流的暫態(tài)過程擁有較高相似度。2.3本章小結(jié)此章主要對(duì)小電流接地系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)的穩(wěn)態(tài)和暫態(tài)特性進(jìn)行研究，詳細(xì)地分析了故障后零序電流的特征，得出了發(fā)生單相接地故障時(shí)，通過分析故障電流的暫態(tài)過程可以得到較多的故障特征，中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)和經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)在產(chǎn)生故障電流的暫態(tài)過程中保持高度一致，根據(jù)這些結(jié)論更有利于提高選線的準(zhǔn)確度，為接下來的選線研究提供了理論基礎(chǔ)。第3章根據(jù)小波分析的單相接地故障選線分析本章將基于上一章根據(jù)分析單相接地故障穩(wěn)態(tài)和暫態(tài)特征獲得的結(jié)論：分析故障暫態(tài)過程有較大優(yōu)勢(shì)，更有利于選線，作為選線依據(jù)。然而實(shí)際系統(tǒng)中有諸多因素干擾，復(fù)雜性高，導(dǎo)致加大了獲取故障信號(hào)的難度。為了解決這些問題，本章將研究利用小波分析理論來處理故障信號(hào)，以此降低獲取故障信號(hào)的難度，提高選線的準(zhǔn)確性。3.1小波分析理論的介紹目前小波分析法在信號(hào)處理方面應(yīng)用較為廣泛。針對(duì)非線性特征的信號(hào)來說，小波分析法比傅里葉變換的時(shí)窗具有更加靈活的特點(diǎn)，可以根據(jù)具體的需要來進(jìn)行改變形態(tài)。（3-1）（3-2）上式中（3-1）為小波變換表達(dá)式，（3-2）是利用頻率表示小波變換的表達(dá)式。設(shè)定，通過對(duì)上式進(jìn)行傅里葉變換后有且滿足：（3-3）此時(shí)，稱為基本小波或者小波母函數(shù)。接著對(duì)化簡(jiǎn)縮略，可以獲得：（3-4）上式中為基本小波函數(shù)。連續(xù)小波變換設(shè)有函數(shù)，且令，確定基本小波，然后通過對(duì)進(jìn)行展開可以得到連續(xù)小波變換公式：（3-5）（3-6）上式（3-6）為利用連續(xù)小波變換重構(gòu)出的原始信號(hào)，小波變換系數(shù)為通過小波變換后得到的結(jié)果。從大體形式上看，小波變換與傅里葉變換有一些共同特點(diǎn)，例如都含有積分運(yùn)算，但是就本質(zhì)來說，兩者肯定是不同的。傅里葉變換中，使用的傅里葉基函數(shù)只含有一個(gè)因子：頻率，利用正變換的原理使頻率匯總到頻率域。小波變換中，使用的小波母函數(shù)擁有兩個(gè)因子：因子和因子，其中因子取決于高度移距，因子取決于水平方向的移動(dòng)距離。綜上所述，利用小波變換能夠?qū)⒛繕?biāo)函數(shù)從時(shí)間系里變換到時(shí)間-頻率系里，以此方便對(duì)信號(hào)進(jìn)行更全面的分析。（2）離散小波變換為了得到小波變換系數(shù)利用小波變換對(duì)原始信號(hào)進(jìn)行處理的過程中存在諸多干擾因素，此時(shí)就需要進(jìn)行離散處理，來減少干擾因素的影響。在實(shí)際應(yīng)用中，通常采用針對(duì)高度移距因子和水平移距因子離散化，利用這兩個(gè)因子得到的結(jié)果即離散小波變換的結(jié)果，公式如下：（3-7）離散小波系數(shù)為：（3-8）利用的小波變換變?yōu)椋海?-9）針對(duì)、的特殊情況，有二進(jìn)小波變換：（3-10）（3）多分辨率分析理論在小波變換中多分辨率分析理論應(yīng)用較為廣泛，是小波變換中重要的概念之一。其基本原理是用二分解法將逐級(jí)分解成多個(gè)子部分，以下為原理表達(dá)式：（3-11）上式中，分別稱為尺度空間和小波空間，在逐級(jí)分解的過程中，每級(jí)子部分的，和同一級(jí)的擁有以下關(guān)系：（3-12）具體來講，將用它的子部分，來表示為多分辨率分析理論的主要思想。其中有，當(dāng)?shù)扔跁r(shí)會(huì)產(chǎn)生遺漏信息，但是這不影響正常獲取信息。當(dāng)時(shí)，便可以對(duì)其進(jìn)行逐級(jí)分解，得到和，繼續(xù)進(jìn)行分解得到和，以此類推繼續(xù)進(jìn)行分解。這樣最終就會(huì)得到一個(gè)能在各個(gè)的分辨率下顯示當(dāng)前分辨率的具體細(xì)節(jié)和接近原分辨率的距離。圖3-1多分辨率分析原理圖上圖為多分辨率分析原理圖，S相當(dāng)于，進(jìn)行二分解得到CA1和CD1即，，然后又對(duì)CA1進(jìn)行二分解得到CA2和CD2即，以此繼續(xù)進(jìn)行分解。（4）算法分析理論算法是在多分辨率理論的基礎(chǔ)上進(jìn)行的，算法在小波分析中的作用就如同傅里葉中FFT起到的作用。算法主要應(yīng)用在小波分析中對(duì)信號(hào)的分解、重建過程中。其中，分解算法中對(duì)信號(hào)先濾波后抽取，以為基礎(chǔ)，利用的接近系數(shù)，通過一系列計(jì)算計(jì)算出的接近系數(shù)、相似系數(shù)。重建算法中對(duì)信號(hào)是先插值后濾波，重建過程與分解過程相反，即利用的接近系數(shù)、相似系數(shù)，通過一系列計(jì)算計(jì)算出的接近系數(shù)。設(shè)定，分解公式為：（3-13）其中，可以得出以下公式：（3-14）（3-15）（3-16）上式中k的值是固定的，可以通過利用來對(duì)、進(jìn)行求解來描述分解過程，同理重建過程可以利用、對(duì)求解來描述。算法易于使用，當(dāng)確定小波函數(shù)后，便能使用算法對(duì)目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行分解、重建。分解算法表達(dá)式：（3-17）重建算法表達(dá)式：（3-18）（5）奇異性檢測(cè)分析理論假設(shè)在某處發(fā)生斷連，或者此處的N階導(dǎo)數(shù)不是連續(xù)的，則稱為奇異性函數(shù)。檢測(cè)的奇異性通常利用方法來分析描述，奇異性檢測(cè)分析理論的定義為：設(shè)定n為大于等于0的整數(shù)，符合條件，設(shè)定代表兩個(gè)常數(shù)，表示次的多項(xiàng)式，針對(duì)于有以下公式：（3-19）由上式認(rèn)為的點(diǎn)為其用描述的奇異性點(diǎn)。當(dāng)有滿足（3-19）并且有,此時(shí)認(rèn)為在上具有相同的，當(dāng)?shù)娜≈挡煌瑫r(shí)，有不同種情況：當(dāng)時(shí)，在點(diǎn)連續(xù)，且可導(dǎo)。當(dāng)時(shí)，在點(diǎn)斷連。取值越大，在點(diǎn)處越平緩；取值越小，在點(diǎn)奇異性的特點(diǎn)越明顯。綜上所述，利用可以有效描述目標(biāo)函數(shù)的奇異性點(diǎn)，其具體數(shù)值可以通過使用小波分析的模最高值在目標(biāo)尺度的值計(jì)算解出。3.2小電流接地系統(tǒng)單相接地故障選線中小波分析的應(yīng)用3.2.1利用小波分析的故障選線原理介紹針對(duì)于小電流接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障故障時(shí)往往伴隨著系統(tǒng)中突變量的產(chǎn)生，這是一個(gè)好的切入點(diǎn)，檢測(cè)分析信號(hào)中的突變量更利于發(fā)現(xiàn)故障特點(diǎn)，對(duì)特點(diǎn)加以分析可以為故障選線提供更多信息。當(dāng)小電流接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，在故障剛剛發(fā)生的階段，會(huì)出現(xiàn)大量的高頻暫態(tài)分量，系統(tǒng)中由于發(fā)生故障產(chǎn)生的故障暫態(tài)信號(hào)可能是突變的，也可能是緩慢變化的，此時(shí)稱暫態(tài)信號(hào)具有奇異性的特點(diǎn)。當(dāng)暫態(tài)信號(hào)在特定的某處發(fā)生斷連，或者此處的某階導(dǎo)數(shù)不是連續(xù)的，則稱此處為暫態(tài)信號(hào)的奇異性點(diǎn)。根據(jù)奇異性檢測(cè)分析理論可得知暫態(tài)信號(hào)內(nèi)的奇異點(diǎn)對(duì)應(yīng)著小波分析的模最高值。分析暫態(tài)信號(hào)時(shí)，可以利用此特點(diǎn)對(duì)小波分析的模最高值進(jìn)行分析。其中小波分析的極性對(duì)應(yīng)著奇異點(diǎn)突變的方向。綜上所述，可以利用奇異性檢測(cè)分析理論中小波分析的模最高值來進(jìn)行選線。3.2.2利用小波分析的選線過程介紹本文通過利用小電流接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時(shí)的特點(diǎn)使用小波分析的方法進(jìn)行選線，具體步驟如下：當(dāng)系統(tǒng)中出現(xiàn)單相接地故障時(shí)，首先利用小波分析對(duì)三相零點(diǎn)的電壓分解、重建，分析出接地發(fā)生時(shí)刻。利用小波分析對(duì)發(fā)生接地后各個(gè)線路進(jìn)行分析判斷。當(dāng)發(fā)現(xiàn)其中一條線路擁有零序暫態(tài)電流的方向與另外線路不同、模最高值最大的特點(diǎn)，則確認(rèn)該相為故障相。（3）結(jié)合以上信息，判斷小電流接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時(shí)的故障相。3.2.3故障發(fā)生時(shí)刻分析首先對(duì)零點(diǎn)電壓進(jìn)行分析，利用上文中奇異性分析檢測(cè)理論中的對(duì)零點(diǎn)電壓的奇異性進(jìn)行表示，然后進(jìn)行小波分析，得到模最高值對(duì)具體數(shù)值進(jìn)行計(jì)算。詳細(xì)過程如下：有函數(shù)，對(duì)函數(shù)進(jìn)行小波分析得到，當(dāng)符合以下公式時(shí)（為尺度）：（3-19）則得出經(jīng)過小波分析之后的模最高值點(diǎn)為，為要求的模最高值。綜合以上信息可以分析出接地發(fā)生時(shí)刻。3.2.3故障選線分析在小電流接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，故障線路中會(huì)出現(xiàn)明顯的暫態(tài)零序電流變化。此時(shí)利用小波分析對(duì)各個(gè)線路的暫態(tài)電流信號(hào)進(jìn)行分解、重建，可以得到模最高值。然后利用故障發(fā)生后，小波分析系數(shù)的模最高值判斷出暫態(tài)電流中的突變位置，這樣便能完成故障選線。想要完成上述選線過程需要的問題是：目標(biāo)信號(hào)經(jīng)過小波分析的分解、重建后仍然有信號(hào)強(qiáng)度不夠的缺點(diǎn)，此時(shí)需要采用一定的措施。經(jīng)分析后本文決定從擴(kuò)大信號(hào)強(qiáng)度的入手：對(duì)信號(hào)量進(jìn)行平方擴(kuò)大。這樣可以增加故障信號(hào)和非故障信號(hào)之間的差異而不會(huì)對(duì)其他參數(shù)造成影響，方便進(jìn)行比較，提高了選線的正確性。具體步驟如下：（5-21）（5-22）上式中，為線的模最高值；為線的模最高值；為模最高平方差。為線的模最小平方。由于故障發(fā)生后，故障線路會(huì)出現(xiàn)暫態(tài)零序電流急劇上升的特點(diǎn)?？梢岳么颂攸c(diǎn)，根據(jù)每條線路的的大小來判斷是否是發(fā)生故障的線路。以下為三種情況：當(dāng)時(shí)，線為故障線路。當(dāng)時(shí)，線為故障線路。當(dāng)滿足時(shí)（分別為-中按大小順序排列的三個(gè)最高值），、大的線路為故障線路。當(dāng)不滿足時(shí)，說明三線的暫態(tài)零序電流沒有明顯差距，說明發(fā)生了母線故障。以上即為本文利用小波分析法進(jìn)行選線的大致思路，但是具體實(shí)行的過行程中還需要確定以下的細(xì)節(jié)：3.2.4小波函數(shù)的選取小波函數(shù)的選擇決定著小波分析的準(zhǔn)確性，而且小波函數(shù)有很多類型，需要根據(jù)實(shí)際使用需求來對(duì)比選擇具體的小波函數(shù)。小波函數(shù)中有系這一概念來描述小波的種類。隨著系中N的增加有以下特點(diǎn)：小波的正則性增加。頻域的局域性增強(qiáng)。時(shí)域的分支集變長(zhǎng)。時(shí)間局部性變差。在結(jié)合了文獻(xiàn)[8][9]的研究結(jié)果根據(jù)大量的仿真結(jié)果分析后，本文最終確認(rèn)選用的小波函數(shù)。3.2.5尺度的選取在選擇完小波函數(shù)后，需要利用小波函數(shù)對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理。在分解故障信號(hào)后，可以得到在不同尺度下的信息。在根據(jù)選線的需求進(jìn)行分析后，判斷需要的尺度來進(jìn)行選線。本文根據(jù)一般情況下，選擇最高數(shù)值的尺度為選線需要的目標(biāo)尺度。結(jié)合了文獻(xiàn)和[10][11]的研究結(jié)果，最終選擇為尺度為基準(zhǔn)。3.2.6頻率的選擇根據(jù)尼奎斯特采樣定理，為了避免發(fā)生頻率混疊，采樣頻率必須大于模擬信號(hào)最高頻率的二倍。由于本文針對(duì)的小電流系統(tǒng)中線路的頻率一般在之間，所以本文的采樣頻率設(shè)定為5000。3.2.7細(xì)節(jié)重建在小波分析的算法中，首先通過高頻濾波獲得細(xì)節(jié)部分，然后再通過低頻濾波獲得,然后對(duì)、進(jìn)行二提取，然后對(duì)繼續(xù)重復(fù)該過程可以得到各個(gè)尺度所對(duì)應(yīng)的小波系數(shù)。但是這樣的濾波過程會(huì)造成信號(hào)的長(zhǎng)度減小到原來的一半，導(dǎo)致小波系數(shù)無(wú)法與原信號(hào)的奇異點(diǎn)相對(duì)應(yīng)。為了使小波系數(shù)與原信號(hào)的奇異點(diǎn)保持對(duì)應(yīng)關(guān)系，本文選擇對(duì)分解后獲得的細(xì)節(jié)部分進(jìn)行重建，這樣可以使信號(hào)不發(fā)生變化。即小波分析的模最高值時(shí)間和原信號(hào)中奇異點(diǎn)時(shí)間相對(duì)應(yīng)。3.2.8邊界的選擇為了防止出現(xiàn)邊界效應(yīng)，本文采用增大窗的范圍的方法，來針對(duì)原來小窗時(shí)可能會(huì)發(fā)生的如果在邊緣處發(fā)生突變導(dǎo)致測(cè)量不準(zhǔn)確的情況。3.3本章小結(jié)此章主要介紹了在使用小波分析的情況下對(duì)于小電流接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時(shí)的選線原理以及具體步驟。其中詳細(xì)介紹了小波分析中的連續(xù)小波變換、離散小波變換、奇異性檢測(cè)、算法、多分辨率法的原理。最后對(duì)在使用小波分析法過程中的各個(gè)重要步驟進(jìn)行了具體分析，包括小波函數(shù)的選取、尺度的選取、頻率、細(xì)節(jié)重建、邊界選擇等重要步驟。這些都為下一章進(jìn)行仿真模擬提供了依據(jù)。第4章小波分析的小電流接地系統(tǒng)單相接地仿真本章將從利用小波分析來對(duì)小電流接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障分析的角度出發(fā)，使用中工具來建立小電流接地系統(tǒng)的仿真模型。分別通過經(jīng)消弧線圈接地和中性點(diǎn)不接地的情況分析利用小波分析進(jìn)行故障選線的有效性和準(zhǔn)確性。4.1建立小電流接地系統(tǒng)仿真模型4.1.1仿真參數(shù)設(shè)置首先利用MATLAB中的工具建立的小電流接地系統(tǒng)，對(duì)小電流接地系統(tǒng)中中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地和中性點(diǎn)不接地的情況進(jìn)行仿真：對(duì)于中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地的情況下，仿真需要設(shè)置的具體參數(shù)如下：（1）電源參考配電網(wǎng)選擇三相電源。其中電壓大小設(shè)置為，內(nèi)阻抗為，電感為，設(shè)置相的初相角默認(rèn)為0。（2）采用分布式線路，參數(shù)如下表：表4-1線路參數(shù)主變壓器選擇型的降壓變壓器。變壓器的容量變比分別為：、。用戶端負(fù)載采用并聯(lián)模擬（5）變壓器和電源的頻率根據(jù)我國(guó)用電頻率設(shè)定為。4.1.2仿真模型建立下圖為利用建立的中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地情況下的小電流接地系統(tǒng)仿真模型：圖4-1經(jīng)消弧線圈接地仿真模型零序電流、電壓有：（4-1）上圖中，三線經(jīng)過首端模塊輸出后的零序電流、電壓數(shù)值將變?yōu)檎?shù)值的倍，為了得到正常的數(shù)據(jù)，需要利用設(shè)置為的模塊的把零序電流、電壓從倍變?yōu)檎?shù)值。4.2中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)單相接地故障選線分析圖4-2中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)仿真模型上圖為中性點(diǎn)不接地情況下小電流接地系統(tǒng)的仿真模型，在此仿真模型的基礎(chǔ)下，分別進(jìn)行故障相電壓最大、為0、為負(fù)，母線故障的四種情況下進(jìn)行單相接地故障仿真分析：4.2.1接地相電壓最大分析設(shè)定線發(fā)生單相接地，模擬距母線，故障起始設(shè)定為，利用上文中確定使用的基函數(shù)使用小波分析以尺度為選線尺度分解零點(diǎn)電壓，重建經(jīng)尺度分解出的。以下分別為示波器顯示的故障相電壓最大情況下零點(diǎn)的電壓波形，和小波分解重建圖（橫軸為t，縱軸為V）：圖4-3接地相電壓最大零點(diǎn)電壓波形圖圖4-4接地相電壓最大小波分解重建波形圖對(duì)上2圖進(jìn)行比較可知，在時(shí)發(fā)生單相接地故障，對(duì)圖4-4進(jìn)行放大后發(fā)現(xiàn)誤差僅為，屬于很好的誤差。由以上分析可見通過小波分析法在接地相電壓最大時(shí)對(duì)零點(diǎn)電壓分析判斷故障發(fā)生時(shí)刻有很高的準(zhǔn)確性。繼續(xù)進(jìn)行仿真，得到的零序電流波形如下（橫軸為t，縱軸為I）：圖4-5接地相電壓最大時(shí)的零序電流波形分別對(duì)的零序電流進(jìn)行尺度分解，對(duì)分解得到的重建得到如圖：圖4-6接地相電壓最大時(shí)零序電流小波重建圖由上圖可以得知與有明顯的不同：的方向與恰好相反，而且波形的變化量明顯高于。根據(jù)這兩個(gè)特點(diǎn)可以判斷出線即為故障線路，符合理論。4.2.2接地相電壓為0分析設(shè)定線發(fā)生單相接地，故障接地為，模擬距母線，故障起始時(shí)間為，按照故障相最大時(shí)進(jìn)行相同處理，得到零點(diǎn)和電壓波形（橫軸為t，縱軸為V）：圖4-7接地相電壓為0時(shí)零點(diǎn)電壓波形圖圖4-8接地相電壓為0時(shí)零點(diǎn)小波分解重建對(duì)上2圖進(jìn)行比較可知，在時(shí)發(fā)生單相接地故障，對(duì)圖4-8進(jìn)行放大后發(fā)現(xiàn)誤差為，在允許的范圍內(nèi)。由以上分析可見通過小波分析法在接地相電壓為0時(shí)對(duì)零點(diǎn)電壓分析判斷故障發(fā)生時(shí)刻有很高的準(zhǔn)確性。圖4-9接地相電壓為0時(shí)零序電流波形繼續(xù)進(jìn)行仿真，分別得到的零序電流波形如上（橫軸為t，縱軸為I），分別對(duì)的零序電流進(jìn)行尺度分解，對(duì)分解得到的重建得到：圖4-10接地相電壓為0時(shí)零序電流小波重建圖由上圖可以得知與有明顯的不同：的方向與恰好相反，而且波形的變化量明顯高于。根據(jù)這兩個(gè)特點(diǎn)可以判斷出即為接地故障線路，符合理論。4.2.3接地相電壓為負(fù)分析設(shè)定線發(fā)生單相接地，故障接地為，模擬距母線，故障起始設(shè)定為。得到零點(diǎn)和的電壓波形（橫軸為t，縱軸為V）：圖4-11接地相電壓為負(fù)時(shí)零點(diǎn)電壓波形圖4-12接地相電壓為負(fù)時(shí)零點(diǎn)小波分解重建圖對(duì)上圖進(jìn)行分析可知，在時(shí)出現(xiàn)故障特征，對(duì)圖4-12進(jìn)行放大后發(fā)現(xiàn)誤差僅為，屬于非常良好的誤差。由以上分析可見通過小波分析法在接地相電壓為負(fù)時(shí)分析零點(diǎn)電壓判斷故障發(fā)生時(shí)刻的選線方式有很高的準(zhǔn)確性。圖4-13接地相電壓為負(fù)時(shí)零序電流波形圖4-14接地相電壓為負(fù)時(shí)零序電流小波重建圖繼續(xù)進(jìn)行仿真，分別得到的零序電流波形如圖4-13（橫軸為t，縱軸為I），分別對(duì)的零序電流進(jìn)行尺度分解，對(duì)分解得到的重建得到圖4-14。由上圖可以得知與有明顯的不同：的方向與恰好相反；統(tǒng)一情況下，波形的變化量明顯高于。根據(jù)這兩個(gè)特點(diǎn)可以判斷出即為故障線路，符合理論。4.2.4母線接地時(shí)分析設(shè)定母線上的相發(fā)生接地故障，故障發(fā)生時(shí)刻為：，得到零點(diǎn)和的電壓波形（橫軸為t，縱軸為V）：圖4-15母線接地時(shí)零點(diǎn)電壓波形圖圖4-16母線接地時(shí)零點(diǎn)電壓小波分解重建圖對(duì)上2圖進(jìn)行比較分析可知，在時(shí)出現(xiàn)故障特征，對(duì)圖4-16進(jìn)行放大后發(fā)現(xiàn)誤差僅為，也是屬于非常小誤差。由以上分析可見通過小波分析法在母線發(fā)生接地故障時(shí)對(duì)零點(diǎn)電壓分析判斷故障發(fā)生時(shí)刻的選線方式有很高的準(zhǔn)確性。圖4-17母線接地時(shí)零序電流波形繼續(xù)進(jìn)行仿真，分別得到的零序電流波形如圖4-17（橫軸為t，縱軸為I），分別對(duì)的零序電流進(jìn)行尺度分解，對(duì)分解得到的重建得到圖4-18。圖4-18母線發(fā)生接地時(shí)零序電流小波重建圖在圖4-18中分析看出，在同一時(shí)刻，相差不大，的方向都是相同的，對(duì)于變化量來說僅僅只有L3看起來稍微大一些，但是這也是符合預(yù)期的情況。根據(jù)以上特點(diǎn)可以判斷出均不是接地相，即母線發(fā)生接地故障，符合理論。4.2.5中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)仿真總結(jié)經(jīng)過在中性點(diǎn)不接地的四種情況下的分別進(jìn)行仿真分析后，可以得出使用小波分析法在對(duì)小電流接地系統(tǒng)中中性點(diǎn)不接地情況下在故障相為最大、0、負(fù)，母線故障時(shí)發(fā)生的單相接地故障進(jìn)行故障選線均有良好的效果，且選線誤差在允許的范圍內(nèi)。4.3中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地發(fā)生單相接地故障選線分析4.3.1接地相電壓最大分析本小節(jié)利用上文圖4-1中的仿真模型進(jìn)行仿真分析。設(shè)定線發(fā)生單相接地，模擬距母線，故障起始設(shè)定為。得到零點(diǎn)和的電壓波形（橫軸為t，縱軸為V）：圖4-19接地相電壓最大時(shí)零點(diǎn)電壓波形圖圖4-20接地相電壓最大時(shí)零點(diǎn)小波分解重建圖對(duì)圖4-19和圖4-20進(jìn)行比較分析可知，在時(shí)出現(xiàn)故障特征，對(duì)圖4-20進(jìn)行放大后發(fā)現(xiàn)誤差僅為，屬于良好的誤差。由分析可見通過小波分析法在發(fā)生接地故障接地相電壓最大時(shí)對(duì)零點(diǎn)電壓分析判斷故障發(fā)生時(shí)刻的選線方式有很高的準(zhǔn)確性。圖4-21接地相電壓最大時(shí)零序電流波形繼續(xù)進(jìn)行仿真，分別得到的零序電流波形如圖4-21（橫軸為t，縱軸為I），分別對(duì)的零序電流進(jìn)行尺度分解，對(duì)分解得到的重建得到圖4-22。圖4-22接地相電壓最大時(shí)零序電流小波重建圖由上圖4-22可以看出L1與的波形在方向和變化量上有明顯的不同：的方向與恰好相反；統(tǒng)一情況下，波形的變化量明顯高于。根據(jù)這兩個(gè)特點(diǎn)可以判斷出即為故障線路，符合之前設(shè)置的結(jié)果。4.3.2接地相電壓為0分析設(shè)定線發(fā)生單相接地，模擬距母線，接地R為，故障起始設(shè)定為。得到零點(diǎn)和的電壓波形（橫軸為t，縱軸為V）：圖4-23接地相電壓為0時(shí)零點(diǎn)電壓波形圖圖4-24接地相電壓最大時(shí)零點(diǎn)小波分解重建圖對(duì)圖4-23和圖4-24進(jìn)行比較分析可知，在時(shí)出現(xiàn)故障特征，對(duì)圖27進(jìn)行放大后發(fā)現(xiàn)誤差為，屬于良好的誤差。由分析可見通過小波分析法在發(fā)生接地故障接地相電壓為零時(shí)對(duì)零點(diǎn)電壓分析判斷故障發(fā)生時(shí)刻的選線方式有很高的準(zhǔn)確性。圖4-25接地相電壓為0時(shí)零序電流波形繼續(xù)進(jìn)行仿真，分別得到的零序電流波形如圖4-25（橫軸為t，縱軸為I），分別對(duì)的零序電流進(jìn)行尺度分解，對(duì)分解得到的重建得到圖4-26。圖4-26接地相電壓為0時(shí)零序電流小波重建圖由上圖4-26可以看出L1與其他兩線的波形在方向和變化量上有明顯的不同：的方向與恰好相反；統(tǒng)一情況下，波形的變化量明顯高于。根據(jù)這兩個(gè)特點(diǎn)可以判斷出即為故障線路，符合之前設(shè)置的結(jié)果。4.3.3接地相電壓為負(fù)分析設(shè)定線發(fā)生單相接地，模擬距母線，接地R為，故障起始設(shè)定為。得到零點(diǎn)和的電壓波形（橫軸為t，縱軸為V）：圖4-27接地相電壓為負(fù)時(shí)零點(diǎn)電壓波形圖圖4-28接地相電壓為負(fù)時(shí)零點(diǎn)小波分解重建圖對(duì)上兩圖進(jìn)行比較可看出，在時(shí)出現(xiàn)故障特征，對(duì)圖4-28進(jìn)行放大后發(fā)現(xiàn)誤差為，屬于優(yōu)秀的誤差。由分析可見通過小波分析法在發(fā)生接地故障接地相電壓為負(fù)時(shí)對(duì)零點(diǎn)電壓分析判斷故障發(fā)生時(shí)刻的選線方式有很高的準(zhǔn)確性。圖4-29接地相電壓為負(fù)時(shí)零序電流波形繼續(xù)仿真實(shí)驗(yàn)，分別得到的零序電流波形如圖4-29（橫軸為t，縱軸為I），分別對(duì)的零序電流進(jìn)行尺度分解，對(duì)分解得到的重建得到圖4-30。圖4-30接地相電壓為0時(shí)零序電流小波重建圖由上圖可以清楚的看出L1與其他兩線的波形在方向和變化量上有明顯的不同：的方向與恰好相反；統(tǒng)一情況下，波形的變化量明顯高于。根據(jù)這兩個(gè)特點(diǎn)可以判斷出即為故障線路，符合之前設(shè)置的結(jié)果。4.3.4母線接地時(shí)分析設(shè)定母線上的相發(fā)生接地故障，故障發(fā)生時(shí)刻為：，得到零點(diǎn)和的電壓波形（橫軸為t，縱軸為V）：圖4-31母線接地時(shí)零點(diǎn)電壓波形圖圖4-32母線接地時(shí)零點(diǎn)電壓小波分解重建圖對(duì)上2圖進(jìn)行比較分析可知，在時(shí)出現(xiàn)故障特征，對(duì)圖4-32進(jìn)行放大后發(fā)現(xiàn)誤差僅為，也是屬于非常小誤差。由以上分析可見通過小波分析法在母線發(fā)生接地故障時(shí)對(duì)零點(diǎn)電壓分析判斷故障發(fā)生時(shí)刻的選線方式有很高的準(zhǔn)確性。圖4-33母線接地時(shí)零序電流波形圖4-34母線發(fā)生接地時(shí)零序電流小波重建圖繼續(xù)進(jìn)行仿真，分別得到的零序電流波形如圖4-33（橫軸為t，縱軸為I），分別對(duì)的零序電流進(jìn)行尺度分解，對(duì)分解得到的重建得到圖4-34。在圖4-34中分析看出，在同一時(shí)刻，相差不大，的方向都是相同的，對(duì)于變化量來說僅僅只有L3看起來稍微大一些，但是這也是符合預(yù)期的情況。根據(jù)以上特點(diǎn)可以判斷出均不是接地相，即母線發(fā)生接地故障，符合理論。4.3.5中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)仿真總結(jié)經(jīng)過在中性點(diǎn)不接地的四種情況下的分別進(jìn)行仿真分析后，可以得出使用小波分析法在分別對(duì)小電流接地系統(tǒng)中經(jīng)消弧線圈接地情況下在故障相為最大、0、負(fù)，母線故障時(shí)發(fā)生的單相接地故障進(jìn)行故障選線均有良好的效果，且選線誤差在允許的范圍內(nèi)。4.4本章小結(jié)此章主要研究了利用小波分析法對(duì)小電流接地系統(tǒng)中的中性點(diǎn)不接地和中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地的仿真分析。先是利用MATLAB中的Simulink建立模型，然后針對(duì)發(fā)生接地故障時(shí)，接地相電壓為最大、0、負(fù)，或者母線故障時(shí)，利用小波分析法進(jìn)行仿真選線的可行性和準(zhǔn)確性。經(jīng)此章分析得出，利用小波分析法對(duì)小電流接地系統(tǒng)中中性點(diǎn)不接地或者經(jīng)消弧線圈接地發(fā)生單相接地時(shí)進(jìn)行故障選線有比較優(yōu)秀的準(zhǔn)確性。結(jié)論小電流接地系統(tǒng)在我國(guó)應(yīng)用十分廣泛，其中最重要的部分就是繼電保護(hù)，如何在發(fā)生故障時(shí)快速的進(jìn)行判斷故障選線，及時(shí)切除故障成為提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性必須要著重解決的重點(diǎn)。在小電流接地系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，屬單相接地發(fā)生概率最高，本文利用小波分析法針對(duì)小電流接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時(shí)故障選線進(jìn)行了研究分析。主要的工作如下：先是對(duì)小電流接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時(shí)的穩(wěn)態(tài)和暫態(tài)特性進(jìn)行分析，分析了故障后零序電流的特征，得出了發(fā)生單相接地故障時(shí)，通過分析故障電流的暫態(tài)過程可以得到較多的故障特征。介紹了本文著重利用的小波分析法對(duì)于小電流接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時(shí)的選線原理以及具體步驟。介紹了小波分析中的連續(xù)小波變換、離散小波變換、奇異性檢測(cè)、算法、多分辨率法的原理。最后對(duì)在使用小波分析法過程中的各個(gè)重要步驟進(jìn)行了具體分析。（3）最后利用MATLAB中的Simulink建立小電流接地系統(tǒng)的仿真模型，仿真發(fā)生單相接地故障時(shí)，接地相電壓為最大、0、負(fù)，或者母線故障的情況，利用小波分析法進(jìn)行仿真選線。經(jīng)分析得出利用小波分析法對(duì)小電流接地系統(tǒng)中中性點(diǎn)不接地或者經(jīng)消弧線圈接地發(fā)生單相接地時(shí)進(jìn)行故障選線有比較優(yōu)秀的準(zhǔn)確性。參考文獻(xiàn)[1]張志霞.小電流接地系統(tǒng)單相接地故障選線理論研究[M].遼寧：遼寧科學(xué)技術(shù)出版社，2014.[2]葛耀中.新型繼電保護(hù)和故障測(cè)距的原理和技術(shù)[M].西安：西安交通大學(xué)出版社，2013.[3]閆光太，梁甲文，王新濤，等.利用暫態(tài)幅值故障測(cè)度的諧振電網(wǎng)故障選線[J].電氣應(yīng)用，2008，27(2)：40-43．[4]杜欣．基于廣義Ｓ變換的配電網(wǎng)故障選線與定位方法研究[D]．湖南，長(zhǎng)沙，湖南大學(xué)，2014．[5]唐金偉．基于ＤＳＰ的電網(wǎng)接地故障選線裝置研究[D]．陜西，西安，西安理工大學(xué)，2015．[6]WangX，GaoJ，ChenM，etal.FaultyLineDetectionMethodBasedonOptimizedBistableSystemforDistributionNetwork[J]．IEEETransactionsonIndustrialInformatics，2018，14(4)：1370-1381．[7]ShuHongchun，WangXU．OntheuseofS-transformforfaultfeederdetectionbasedontwophasecurrentsindistributionpowersystems[C].IEEEInternationalConferenceonIndustrialandInformationSystems，2010：282-287.[8]VasquezBJ，MarkovskiiSA，SmithCW.TheTurbulenceMagneticHelic