小電流接地系統(tǒng)的單相接地故障基于粗糙集理論的故障選線仿真研究

李知城

【摘 要】電流接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時，故障類型包括：弧光接地、高阻接地以及金屬性接地。不同的運行方式以及不同的故障類型都會對不同的選線方法的效果有所影響。為了提高故障選線的正確率，采用粗糙模糊集對小電流接地系統(tǒng)進(jìn)行仿真分析。

【關(guān)鍵詞】單相接地；粗糙集；故障選線

中圖分類號： TM862 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號： 2095-2457（2018）35-0236-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.35.102

Simulation of Fault Line Selection Based on Rough Set Theory for Single-Phase Ground Fault of Small Current Grounding System

LI Zhi-cheng

（Zhanjiang Power Supply Bureau of Guangdong Power Grid Co.， Ltd.， Zhanjiang Guangdong 524000， China）

【Abstract】When single-phase grounding fault occurs in current grounding system， the fault types include arc grounding， high resistance grounding and metal grounding. Different operation modes and different fault types will affect the effect of different line selection methods. In order to improve the accuracy of fault line selection， the simulation analysis of small current grounding system is carried out by using rough fuzzy sets.

【Key words】Single-phase grounding； Rough set； Fault line selection

0 引言

接地電阻、接地相角、接地方式等因素影響下系統(tǒng)的故障特征呈多樣性。隨著電網(wǎng)結(jié)構(gòu)和負(fù)荷情況的變化，使得故障特征的變化非常大。而現(xiàn)有的選線方法往往基于其中某一故障特征做出判斷，容易導(dǎo)致出現(xiàn)錯誤選線的情況。針對這個問題，融合不同的故障特征在一起，進(jìn)行小電流接地系統(tǒng)的單相接地故障判斷，本章以粗糙集為工具，實現(xiàn)了對選線特征層及其決策層的信息融合從而可以大大提升選線的準(zhǔn)確性[1]。

1 小電流接地系統(tǒng)模型的建立

系統(tǒng)的仿真模型電路按照圖1搭建10kV配電網(wǎng)系統(tǒng)，線路參數(shù)設(shè)置如下，斷路器BK閉合，系統(tǒng)采用中性點經(jīng)消弧線圈接地的運行方式，消弧線圈為過補(bǔ)償?shù)臓顟B(tài)，補(bǔ)償度為8%，消弧線圈的電感為LN=1.12H。

線路參數(shù)為：

在本仿真系統(tǒng)中設(shè)置每一條饋線分5段，每段占比20%，充分模擬線路在不同位置上發(fā)生故障的情況。

2 基于粗糙集融合選線方法的驗證

2.1 選線決策表的建立及約簡

在MATLAB/SIMULINK建立的如圖1所示的小電流接地系統(tǒng)的模型中，對每條線路不同段次上進(jìn)行故障仿真，故障類型設(shè)置包括：（1）故障時瞬間電壓相位為0°、45°、90°三種情況，（2）故障過渡電阻設(shè)置為1Ω、10Ω、100Ω、1000Ω、10000Ω五種情況；（3）模擬不同的電網(wǎng)中，五次諧波的含量不一樣；（4）在中性點消弧線圈上串入電阻模擬線路不同有功電流的情況，阻值為消弧線圈電抗的10%以下；（5）模擬故障間歇性接地故障，注入接地故障模塊間歇性脈沖導(dǎo)通信號。通過對以上五種情況仿真，基本可以模擬現(xiàn)實故障的絕大多數(shù)情況，提高了實驗結(jié)果的真實性和可靠性。

圖1 系統(tǒng)仿真模型電路

現(xiàn)設(shè)定為線路L2在出線2km處發(fā)生A相接地故障，接地故障相角設(shè)置為-90°，故障過渡電阻設(shè)置為100Ω。對各線路發(fā)生故障前0.5個周波到發(fā)生故障以后2.5個周波的故障信號進(jìn)行db4小波包5層分解。同時對各零序電流采用傅立葉變換，可以求出各條故障線路的零序五次諧波電流的大小如表2所示

從五次諧波法的結(jié)果中可以得到，五次諧波電流只存在故障暫態(tài)中，五次諧波電流的大小和故障暫態(tài)的電流大小基本成正比。進(jìn)入故障穩(wěn)態(tài)后，電源中五次諧波的含量減少，五次諧波法選線方法失去判決導(dǎo)致選線失敗。

表1 五次諧波法選線結(jié)果

同理，從仿真數(shù)據(jù)中可獲得不同線路零序電流以及電壓計算得到的有功功率當(dāng)消弧線圈的有功電流分量較大時，采用有功功率法基本能夠正確完成選線判斷。

按照以上例子的步驟，在各種不同情況下多次進(jìn)行單相接地實驗，從而得到大量的實驗數(shù)據(jù)，從其中隨機(jī)選取120個建立選線可靠性的決策表，如表2。

2.2 基于粗糙集的融合選線方法驗證

在本算例中，電源端采用無五次諧波的電壓源，中性點經(jīng)消弧線圈接地，串聯(lián)電阻設(shè)定為線圈感抗的10%，線路L2設(shè)定在出線2km處發(fā)生A相接地故障，接地電阻取為10Ω，故障類型為間歇性弧光接地。對故障數(shù)據(jù)進(jìn)行分析計算，得到本次單相故障實驗得到的數(shù)據(jù)樣本如表4所示。

根據(jù)前后實驗結(jié)果數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，我們可以得到，在同等條件下（同一條線路，相同的地點上）線路上發(fā)生相似的接地故障情況，各個故障特征的屬性隨著接地狀態(tài)變化而變化，從而影響不同選線方法的準(zhǔn)確性。

在這里，將本實驗得到的樣本進(jìn)行離散化，根據(jù)上述的決策歸冊，得到本次故障的選線結(jié)果如表5所示。

由表格可見，兩種傳統(tǒng)的選線方法無法正確選線，但基于粗糙集的綜合選線算法依舊可以給出正確的選線結(jié)果，大幅度提高選線的準(zhǔn)確率。仿真實驗結(jié)果表明，采用基于粗糙集的綜合選線算法，比起依靠任何單一故障特征的傳統(tǒng)的選線方法來說，顯著提高了選線的準(zhǔn)確性，本選線算法正確、有效。

3 結(jié)束語

本文在MATLAB/SIMULINK平臺上建立的小電流接地系統(tǒng)的模型，對于系統(tǒng)發(fā)生的單相故障進(jìn)行了仿真分析。仿真實驗通過改變接地電阻、合閘時間、接地點位置、負(fù)載的平衡性、五次諧波分量的含量以及零序電流中有功分量等故障參數(shù)，模擬了多種接地故障，并利用故障點的間歇性導(dǎo)通模擬弧光接地故障。得到足夠的實驗數(shù)據(jù)樣本后，進(jìn)一步得到了基于粗糙集綜合選線算法，并設(shè)定其他故障類型對本算法進(jìn)行驗證。仿真結(jié)果證明了，本文提出的綜合選線方法能夠達(dá)到預(yù)期的性能，具有實用性。

【參考文獻(xiàn)】

李雅靚. 小電流接地系統(tǒng)單相接地故障仿真及其特征分析[D].華北電力大學(xué)，2015.