基于不平衡电桥与小波变换的直流系统接地故障综合检测研究

doi:10.16628/j.cnki.2095-8188.2021.09.013

电器与能效管理技术 ›› 2021, Vol. 0 ›› Issue (9): 78-84.doi: 10.16628/j.cnki.2095-8188.2021.09.013

基于不平衡电桥与小波变换的直流系统接地故障综合检测研究

徐以超¹, 聂德宇¹, 顾赟¹, 王书征²

1.国网江苏省电力有限公司盐城供电分公司, 江苏盐城 224006
2.南京工程学院电力工程学院, 江苏南京 211167

收稿日期:2021-04-27 出版日期:2021-09-30 发布日期:2022-01-25
作者简介:徐以超(1987—),男,高级工程师,主要从事变电站继电保护设备运行维护。|聂德宇(1990—),男,工程师,主要从事变电站继电保护设备运行维护。|顾赟(1997—),男,主要从事变电站继电保护设备运行维护。
基金资助:
国网江苏省电力有限公司盐城供电公司科技项目(SGJSYC00KHJS2001018)

Study on DC System Ground Fault Detection Relating to Unbalanced Bridge and Wavelet Transform

XU Yichao¹, NIE Deyu¹, GU Yun¹, WANG Shuzheng²

1. Yancheng Power Supply Company of State Grid Jiangsu Electric Power Co.,Ltd., Yancheng 224006, China
2. School of Electric Power Engineering,Nanjing Institute of Technology, Nanjing 211167, China

Received:2021-04-27 Online:2021-09-30 Published:2022-01-25

摘要/Abstract

摘要：

绝缘监测和故障支路定位是变电站直流系统关注的重点问题,针对传统拉路法、平衡电桥法等检测方法的不足,提出了基于不平衡电桥与小波变换的直流系统接地故障综合检测方法。通过不平衡电桥监测正、负母线对地绝缘电阻,给出了一种综合母线对地电压偏差率和检测灵敏度的电桥参数设计方法。通过选择最优小波基函数对支路电流进行滤波重构,并利用复值小波变换提取信号的幅值与相位信息计算出接地阻值,完成对故障支路的定位。仿真结果表明,所提方法相比傅里叶分析法具有更高的检测精度,并能更好地抑制系统分布电容的影响。

关键词: 直流系统, 接地故障检测, 不平衡电桥, 小波变换

Abstract:

The insulation monitoring and fault branch location are the key problems of substation DC system.To deal with the shortcomings of the detection methods such as pull circuit and balanced bridge,a comprehensive method relating to unbalanced bridge and wavelet transform is proposed.By monitoring the insulation of busbars to the ground with an unbalanced bridge,this paper presents a method which combines bus voltage deviation rate and detection sensitivity to ground.The optimal wavelet basis function is selected to filter and reconstruct the branch current,and the complex wavelet transform is used to extract the amplitude and phase information of the signal to calculate the grounding resistance,so as to complete the location of the fault branch.The simulation results show that the proposed method has higher detection accuracy with regard to the Fourier analysis method,and can restrain the influence of the distributed capacitance of the system to a great extent.

Key words: DC system, ground fault detection, unbalanced bridge, wavelet transform

中图分类号:

TM862

徐以超, 聂德宇, 顾赟, 王书征. 基于不平衡电桥与小波变换的直流系统接地故障综合检测研究[J]. 电器与能效管理技术, 2021, 0(9): 78-84.

XU Yichao, NIE Deyu, GU Yun, WANG Shuzheng. Study on DC System Ground Fault Detection Relating to Unbalanced Bridge and Wavelet Transform[J]. LOW VOLTAGE APPARATUS, 2021, 0(9): 78-84.

图/表 16

图1

图2

图3

图4

图5

图6

图7

图8

表1

图9

表2

图10

图11

表3

表4

图12

参考文献 19

[1]	黄煜炜, 秦金飞, 刘妮妮, 等. 直流绝缘双桥臂不平衡桥差流检测方法[J]. 电器与能效管理技术, 2019(11):57-61.
[2]	郭兴强, 党政, 纪哲夫, 等. 变电站直流系统接地故障解析及新型检测方法的研究[J]. 电子测量技术, 2020, 43(3):81-85.
[3]	姚明, 安宇, 韩浩江, 等. 小电流接地系统故障选线与定位方法研究[J]. 电器与能效管理技术, 2017(20):12-17.
[4]	陆伟明. 直流系统接地故障查找方法及其优缺点分析[J]. 电工技术, 2020(8):86-87.
[5]	杨东升, 王素宁, 陈建枫, 等. 基于随机矩阵的配电网单相接地故障区段定位[J]. 电器与能效管理技术, 2019(14):64-68,76.
[6]	TAN M, CUI H, WEI B, et al. A new DC system fault detection method based on improved unbalanced bridge[C]// 2017 4th International Conference on Electric Power Equipment Switching Technology (ICEPE-ST).IEEE, 2017:419-423.
[7]	李玮, 赵攀, 赵丽杰. 基于改进不平衡电桥的直流系统故障检测研究[J]. 电气自动化, 2018, 40(6):52-54.
[8]	黄晶, 朱武. 基于双平衡桥探测直流系统接地故障检测的新方法[J]. 电测与仪表, 2017, 54(8):75-79.
[9]	文忠进, 肖小兵, 刘安茳, 等. 基于故障序特性分析的配电网单相接地故障研究[J]. 电器与能效管理技术, 2020(8):62-67.
[10]	WANG Z, BALOG R S. Arc fault and flash signal analysis in DC distribution systems using wavelet transformation[J]. IEEE Transactions on Smart Grid, 2015, 6(4):1955-1963. doi: 10.1109/TSG.2015.2407868
[11]	PONS E, TOMMASINI R, COLELLA P. Fault current detection and dangerous voltages in dc urban rail traction systems[J]. IEEE Transactions on Industry Applications, 2017, 53(4):4109-4115. doi: 10.1109/TIA.2017.2692202
[12]	张帆, 赵俊, 孙楠, 等. 关于变电站直流接地故障的查找及处理方法[J]. 电子测试, 2016(22):45-46.
[13]	郑必龙. 直流系统接地故障检测研究[J]. 电工技术, 2016(12):76-77.
[14]	柴玉华, 蒋祝巍, 周雪莹, 等. 基于Db小波变换的直流系统的研究[J]. 电测与仪表, 2014, 51(17):49-52.
[15]	LI R, XU L, YAO L. DC fault detection and location in meshed multiterminal HVDC systems based on DC reactor voltage change rate[J]. IEEE Transactions on Power Delivery, 2016, 32(3):1516-1526. doi: 10.1109/TPWRD.2016.2590501
[16]	王龙. 直流系统接地故障的查找与处理[J]. 科技创新与应用, 2016(29):202.
[17]	RYBSKI R, KACZMAREK J, KONTORSKI K. Impedance comparison using unbalanced bridge with digital sine wave voltage sources[J]. IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement, 2015, 64(12):3380-3386. doi: 10.1109/TIM.2015.2444255
[18]	张小桃, 邢宝钦, 王爱军, 等. 基于小波变换的谐波电流监测及线损分析[J]. 电力系统保护与控制, 2013, 41(22):79-83.
[19]	吐努合·阿米提, 崔双喜, 王维庆, 等. 基于MATLAB的电网接地故障建模与仿真分析[J]. 电器与能效管理技术, 2019(3):12-17.

接地阻值/kΩ	正母线接地		负母线接地
接地阻值/kΩ	计算值/kΩ	检测误差/%	计算值/kΩ	检测误差/%
1	0.82	18.4	0.93	6.6
10	10.82	8.2	11.16	11.6
20	17.02	14.9	18.40	8.0
40	57.32	43.3	43.90	9.8
60	79.56	32.6	66.12	10.2
80	86.96	8.7	86.96	8.7
100	93.02	6.9	112.36	12.3

接地阻值/kΩ	正母线接地		负母线接地
	计算值/kΩ	检测误差/%	计算值/kΩ	检测误差/%
	1	1.05	4.9	1.03	3.4
10	10.42	4.2	10.38	3.8
20	20.91	4.6	19.42	2.9
40	38.93	2.7	40.43	1.1
60	61.98	3.3	57.90	3.5
80	77.28	3.4	80.81	1.0
100	101.63	1.6	100.20	0.2

分布电容/μF	低阻接地/kΩ	高阻接地/kΩ	低阻接地误差/%	高阻接地误差/%
2	5.23	24.33	4.6	51.3
10	4.56	29.79	8.7	40.4
20	3.56	21.48	28.2	57.0
30	3.68	20.14	26.3	59.7
40	3.79	10.33	24.1	79.3
60	3.21	19.08	35.7	61.8
80	5.12	9.68	2.3	80.6

分布电容/μF	低阻接地/kΩ	高阻接地/kΩ	低阻接地误差/%	高阻接地误差/%
2	5.24	51.75	4.7	3.5
10	5.23	48.29	4.6	3.4
20	5.16	48.08	3.3	3.8
30	4.89	48.18	2.3	3.6
40	4.88	47.94	2.5	4.1
60	4.86	48.69	2.8	2.6
80	4.78	47.56	4.3	4.8

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Study on DC System Ground Fault Detection Relating to Unbalanced Bridge and Wavelet Transform

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[1]	琚兴宝, 王伟. 中压直流系统短路电流快速识别装置[J]. 电器与能效管理技术, 2022, 0(4): 47-54.
[2]	李学军, 张一瑾, 赵尔敏, 张文庆, 高飞, 袁铁江. 接入氢储能的低压直流系统及其商业模式构建[J]. 电器与能效管理技术, 2021, 0(7): 29-33.