小波理论在小电流接地系统单相接地故障选线的应用

文/谢世康 王世荣 李明辉

在我国中低压配电网中广泛

采用小电流接地系统。小电流接

地系统中发生单相接地故障是整

个个电力系统各类故障中最容易

发生的故障，约占各类短路故障

的80% 以上。当系统中有一相发

生接地故障时，非故障两相电压

升高为原来的倍，这样会对电

力系统绝缘薄弱点处造成一定的

威胁，引发事故。因此，必须及

时准确地确定出故障线路，并将

其在最短时间内修复，以免对用

户造成不利影响。

摘 要

小很多。

3 小波选线方法

3.1 故障选线原理

在小电流接地系统中，若有一相发生接地

短路故障时，系统中会产生大量的高频暂态分

量，特别是在发生间歇性电弧接地故障时，每

一次燃熄弧都会出现比稳态量多几倍甚至几十

倍的暂态量，这些暂态量主要特征就是突变或

者奇异性，并且所有非接地线路的暂态零序电

流突变幅值之和等于接地故障线路暂态零序电

流突变之和，因此，可以将故障后各条线路暂

态零序电流的幅值作为判断故障线路的依据，

根据小波变换奇异性检测理论可知，发生故障

后的暂态零序电流的经过小波变换，其系数的

模极大值和暂态零序电流的突破点是相互对应

的，因此我们对发生故障后各线路的暂态零序

电流进行相应的小波分解和重新构造，对重新

构造后的细节系数确定模极大值点，这样就可

以选出故障线路。因为故障后的零序电流很小，

再经过小波分解，其细节分量重构的信号量很

微弱，为了区别故障线路和非故障线路的信号

特征，我们将取平方后进行比较，从而提高选

线的准确率。

3.2 故障选线的具体实现

3.2.1 小波函数的选取

能够用于小波变换的小波函数在理论上

有很多种，由这些小波函数可以引出具有不同

性质的小波基，用以满足不同问题的要求，实

验证明，取不同的小波基对同一种信号进行小

波变换，所得到的效果各不一样，甚至有较大

的差异。所以，必须对小波函数进行选取，才

能对信号的分析取得满意的效果。dbN 小波系

由于具有随着N 的增大，正则性增强，频域

局部性变好，且时域支集变长，时间局部性变

差这样的特点，在工程实际中应用较多，结合

故障选线的特点，我们选择db5 作为小波函数，

其在故障选线中可以达到理想的选线效果。

3.2.2 小波变换尺度的选择

用选取的小波函数将故障信号进行小波

变换后，进而得到信号在不同变换尺度上的细

节部分，但是只有个别的尺度上的细节部分才

适合用来选线，由前面的分析可知，不同尺度

上的细节部分代表着信号不同的频率成分。经

过分析，我们选择第4 尺度作为选线尺度。

3.2.3 边界的处理

通常都是对需要分析的信号截取一段时

间内的进行分析，这样就会出现常说的边界效

应，即边界上可能正好是幅值较大的地方，但

是对于边界以外没有值的地方设置成0，这样

就使得边界上的信号发生了突变，进而影响着

小波变换系数，使其明显增大。这将对选线造

成影响，为了避免边界效应带来的影响，可以

通过用加平滑窗的方法，使得信号在两边逐渐

衰弱为0。

4 结论

通过分析发生单相接地故障时候的稳态

特性。在此基础上，给出了小波变换选线理论，

小波法故障选线原理充分说明选线的可行性和

有效性，最后再具体实现方面给出最优的选取。

小波理论在分析单相接地故障选线问题上有很

好的帮助，值得进一步研究下去。

参考文献

[1] 要焕年，曹梅月. 电力系统谐振接地. 北

京: 中国电力出版社,2000.

[2] 刘涛，曾相利，曾军. 使用小波分析入门

[M]. 北京: 国防工业出版社,2006

[3] 李润先等. 中压电网系统接地实用技

术. 中国电力出版社,2002

[4] 廖亮. 小电流接地系统单相接地故障选线

研究.[D]. 电子科技大学,2012.

[5] 贾清泉. 非有效接地电网选线保护技

术.[M] 北京: 国防工业出版社,2007.

作者简介

王世荣（1962-），男，吉林省吉林市人。现

为长春工业大学副教授。主要从事电力系统继

电保护和开关电源节能方面研究。

谢世康（1995-），男，江苏声徐州市人。现

为长春工业大学硕士研究生。从事电气开关和

新能源开发工作。

李明辉（1991-），男，山东声枣庄市人。现

为长春工业大学硕士研究生。从事电力变换和

电气节能工作。

作者单位

长春工业大学电气与电子工程学院 吉林省长

春市 130012

图1：中性点经消弧线圈接地示意图