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基于小波分析的水電站饋線故障快速檢測算法研究

電子技術應用

萬浩平

1.江西省水利科學院；2.江西省鄱陽湖流域生態水利技術創新中心

摘要： 針對水電站饋線微機繼電保護裝置常用采樣算法時間偏長的現狀，以及現代化繼保裝置對于切斷故障的時效性要求越趨嚴格，提出了一種基于Symlets5小波的饋線微機保護算法。通過研究分析Symlets5小波分解重構后的故障信號高頻分量波形模極大值，發現Symlets5小波算法最快能夠在故障發生后在2/n~5/n周期內判定短路故障的發生，并計算出故障后信號幅值。Symlets5小波算法可作為保護算法啟動的判據或者與其他算法配合使用，可大大提高饋線保護裝置切斷故障線路的時效性，保護水電站饋線運行安全。

關鍵詞： 繼電保護 Symlets5小波算法仿真模極大值幅值

中圖分類號：TP273 文獻標志碼：A DOI: 10.16157/j.issn.0258-7998.245323
中文引用格式： 萬浩平. 基于小波分析的水電站饋線故障快速檢測算法研究[J]. 電子技術應用，2025，51(1)：50-55.
英文引用格式： Wan Haoping. Research of wavelet analysis in hydropower station feeder fault quick detection algorithm[J]. Application of Electronic Technique，2025，51(1)：50-55.

Research of wavelet analysis in hydropower station feeder fault quick detection algorithm

Wan Haoping1，2

1.Jiangxi Academy of Water Science and Engineering；2.Jiangxi Provincial Technology Innovation Center for Ecological Water Engineering in Poyang Lake Basin

Abstract： A feeder microcomputer protection algorithm based on Symlets5 wavelet is proposed to address the current situation of long sampling algorithm time in commonly used microcomputer relay protection devices for hydropower station feeders, as well as the increasingly strict timeliness requirements for cutting off faults in modern relay protection devices. Through studying and analyzing the maximum modulus of the high-frequency component waveform of the fault signal reconstructed by Symlets5 wavelet decomposition, it is found that the Symlets5 wavelet algorithm can quickly determine the occurrence of short-circuit faults within 2/n~5/n cycles after the fault occurs, and calculate the amplitude of the signal after the fault occurs. The Symlets5 wavelet algorithm can be used as a criterion for initiating protection algorithms or used in conjunction with other algorithms, which can greatly improve the timeliness of feeder protection devices in cutting off faulty lines, and protect the safety of hydropower station feeder lines.

Key words : relay protection；Symlets5 wavelet algorithm；simulation；maximum modulus；amplitude；phase

引言

水電站饋線確保了水力發電產生的電能能夠及時輸送到用電單位，在平時的運行管理中，需要常態化檢查饋線的狀態確保整個供電系統的安全性和可靠性。通過人工巡查來檢查饋線的狀態，時效性不強，且存在一定的風險。配備水電站饋線微機保護裝置[1-3]，在饋線發生短路故障時快速準確切斷故障線路顯得尤為重要。

水電站饋線微機保護裝置首先對饋線中的電壓、電流信號進行調理，而后通過對調理后的電壓、電流信號進行AD采樣，計算得到饋線中的電壓、電流幅值和相位，最后裝置根據采樣計算得到的電參數以及開入插件的輸入進行保護判斷算法，若保護判斷存在故障，則饋線保護裝置必須快速保護出口。可見，能夠快速準確判斷出饋線故障發生的時刻以及計算出饋線中故障電流幅值大小，是饋線微機保護裝置能夠及時準確切斷故障饋線的關鍵。

對于水電站饋線微機繼電保護，傅里葉算法應用得最多，傅里葉算法有全周傅氏和半周傅氏算法。對于這兩種算法，分別至少需要一個或半個信號采樣周期才能計算出饋線中的電壓、電流幅值，即至少需要10~20 ms才能計算出饋線中電參數幅值，如圖1所示，在時效性上已不能很好滿足現代化水電站饋線微機繼電保護需求。針對電網短路故障快速檢測的需求，國內學者做了許多相關的研究。吳浩偉等人提出了一種通過檢測電壓幅值和有功功率來判斷短路故障的快速檢測方案[4]，該檢測方法不具備普遍適應性。吳行健等人提出了一種基于短路電流小半波特征的檢測判據來實現任意故障初相角下的短路快速檢測[5]，該方法對于部分短路故障“盲區”不能實現快速檢測。李奕璋等人提出了一種基于三相電流平方和比值的短路故障快速檢測方法[6]，對于部分工況該檢測方法時間偏長且無法識別故障相位。金雪芬等人采用線路電流斜率快速識別故障信號[7]，該檢測方法存在“盲區”。綜上所述，目前應用于電網饋線短路故障檢測的方法或者部分工況上時效性仍存在不足、檢測存在“盲區”，或者缺乏相關深入的應用研究。針對饋線短路故障，如何快速可靠切除故障饋線、保護電網運行安全，仍需不斷進行深入研究[8-10]。

采用離散系列小波對于饋線中的離散電信號進行處理，適用于微機饋線保護中的快速計算，且算法簡易普適，可滿足現代化水電站饋線微機保護裝置快速精準切除故障線路的需求。本文主要研究了一種基于離散Symlets小波的水電站饋線故障時刻快速判定及故障電流幅值快速計算算法，相較于目前相關研究，Symlets小波算法原理簡單，更易適用于農村水電站饋線微機保護。