吳巧玲　繆希仁　許火炬　郭謀發(fā)

（福州大學(xué)電氣工程及其自動(dòng)化學(xué)院，福州 350108）

相控開關(guān)的早期故障檢測(cè)及過零預(yù)測(cè)方法研究

吳巧玲繆希仁許火炬郭謀發(fā)

（福州大學(xué)電氣工程及其自動(dòng)化學(xué)院，福州 350108）

本文分析了相控開斷技術(shù)的意義和難點(diǎn)，簡(jiǎn)要介紹了短路電流過零點(diǎn)預(yù)測(cè)現(xiàn)狀。將短路故障早期檢測(cè)技術(shù)引入高壓斷路器短路故障分?jǐn)?，采用小波變換第四尺度小波分量作為短路故障特征量，通過建立動(dòng)模實(shí)驗(yàn)室模型仿真驗(yàn)證其對(duì)中壓線路短路故障早期檢測(cè)可行性，仿真表明在400μs后即可判斷短路故障。在此基礎(chǔ)上，針對(duì)相控開斷技術(shù)中短路電流過零點(diǎn)預(yù)測(cè)的需求，本文提出故障早期檢測(cè)的短路電流等比直流分量遞推的故障電流預(yù)測(cè)算法，在故障早期檢測(cè)出故障后，使用約半個(gè)周波的采樣時(shí)間后實(shí)現(xiàn)電流過零點(diǎn)預(yù)測(cè)，通過Matlab對(duì)0°～180°故障初相角及含有諧波和噪聲的故障信號(hào)進(jìn)行仿真，結(jié)果表明過零點(diǎn)誤差在小于0.5ms，滿足相控開斷技術(shù)的需求。最后，采用Compact-RIO測(cè)控系統(tǒng)經(jīng)動(dòng)模實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了早期檢測(cè)及其過零預(yù)測(cè)的快速性和有效性對(duì)絕緣油老化引起的一起高壓電纜終端故障進(jìn)行了深入的分析，結(jié)合可能造成終端內(nèi)絕緣油老化的原因，提出了相應(yīng)。

早期檢測(cè)；相控開斷；過零預(yù)測(cè)；短路故障

隨著電力系統(tǒng)高電壓、大容量的發(fā)展，斷路器分?jǐn)嗟墓收隙搪冯娏鞣挡粩嘣黾?，采用斷路器相位控制（controlled fault interruption， CFI）實(shí)現(xiàn)開關(guān)主觸頭在零電流時(shí)分?jǐn)嗍钱?dāng)前智能化開關(guān)分?jǐn)喙收想娏鞯募夹g(shù)趨勢(shì)［1-5］。其中，短路電流過零點(diǎn)的有效預(yù)測(cè)，已成為斷路器提高分?jǐn)嗄芰Φ年P(guān)鍵技術(shù)［6-10］。

現(xiàn)有的斷路器相控分?jǐn)嗉夹g(shù)，在確定最佳的分閘相位基礎(chǔ)上，以盡量短的時(shí)間預(yù)測(cè)故障電流過零時(shí)刻，且綜合考慮斷路器的固有動(dòng)作時(shí)間、最佳燃弧時(shí)間及其動(dòng)作分散性時(shí)間裕度、短路電流過零點(diǎn)預(yù)測(cè)算法時(shí)間，以期利用斷路器智能控制單元實(shí)現(xiàn)斷路器主觸頭在短路電流過零點(diǎn)時(shí)可靠熄弧分?jǐn)啵?1-13］。

由于短路電流包含直流分量并非周期過零，這是相控分?jǐn)喽搪冯娏鞯囊淮箅y點(diǎn)。國內(nèi)外學(xué)者在斷路器分?jǐn)喽搪冯娏鬟^零點(diǎn)預(yù)測(cè)方面，開展了一些研究工作，主要涉及短路電流過零點(diǎn)預(yù)測(cè)算法，包括預(yù)測(cè)算法抗噪聲干擾能力、預(yù)測(cè)算法快速性及其預(yù)測(cè)精度。其中，文獻(xiàn)［9］采用改進(jìn)的半波傅氏算法，利用半周波加兩個(gè)采樣點(diǎn)的時(shí)間預(yù)測(cè)故障電流過零點(diǎn)，誤差在±1ms以內(nèi)。文獻(xiàn)［10］提出一種基于遞推最小二乘估計(jì)電流參數(shù)的方法，在15ms內(nèi)即可得故障電流參數(shù)，電流過零點(diǎn)誤差精度為±0.2ms。文獻(xiàn)［14］采樣自適應(yīng)神經(jīng)元法，通過正交濾波濾除直流分量以加速收斂，在故障后10ms即可提取短路電流參數(shù)。文獻(xiàn)［8-15］提出安全點(diǎn)法和自適應(yīng)校驗(yàn)算法，安全點(diǎn)法在1/4～1/2周波內(nèi)可預(yù)測(cè)出較保守的過零點(diǎn)，自適應(yīng)校驗(yàn)算法在沒有干擾的情況下，過零點(diǎn)精度可達(dá)到0.2ms。以上所述過零點(diǎn)檢測(cè)方法均為假定故障電流公式模型，進(jìn)而計(jì)算各個(gè)參數(shù)以預(yù)測(cè)電流過零點(diǎn)，所還原的短路電流信號(hào)的最高次諧波有限而實(shí)際輸電線路中短路電流含有豐富的諧波信號(hào)，因此預(yù)測(cè)電流過零點(diǎn)均存在誤差，有待于進(jìn)一步研究適用于更高次諧波分量的故障電流信號(hào)零點(diǎn)、滿足短路電流過零預(yù)測(cè)快速性及精度高的預(yù)測(cè)算法。

在實(shí)際應(yīng)用中，大容量高速開關(guān)裝置動(dòng)作判據(jù)一般是基于電流變化率、電流瞬時(shí)值及電流變化量等方法［16-17］，電流變化率法對(duì)噪聲敏感，易造成誤判，而電流瞬時(shí)值或變化量法則花耗較長(zhǎng)時(shí)間才可斷定短路故障。文獻(xiàn)［18］利用TMS320F2812DSP芯片，采用小波變換在中壓系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)短路電流早期檢測(cè)，可在短路發(fā)生1ms內(nèi)發(fā)出脫扣信號(hào)。為減小短路故障持續(xù)時(shí)間，準(zhǔn)確而快速地判斷故障，本文將早期檢測(cè)技術(shù)引入高壓斷路器短路故障分?jǐn)啵诖嘶A(chǔ)上，開展短路電流過零預(yù)測(cè)，以期大幅度降低短路故障判斷時(shí)間及縮短過零點(diǎn)預(yù)測(cè)時(shí)間，為基于故障早期檢測(cè)的斷路器相控分?jǐn)嗉夹g(shù)奠定基礎(chǔ)，從而提高斷路器開斷能力和電壽命，確保電力系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。

本文提出基于故障早期檢測(cè)的短路電流等比直流分量遞推的故障電流預(yù)測(cè)算法簡(jiǎn)稱遞推算法，早期檢測(cè)快速判斷發(fā)生短路故障后，遞推算法可在半個(gè)周波加兩個(gè)采樣點(diǎn)時(shí)間內(nèi)快速預(yù)測(cè)電流過零點(diǎn)，遞推算法不涉及具體參數(shù)值估計(jì)，不局限于短路故障電流模型，可準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)包含高次奇數(shù)次諧波的短路電流零點(diǎn)。經(jīng)Matlab仿真及動(dòng)模系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，基于早期檢測(cè)技術(shù)的相控開斷遞推預(yù)測(cè)零點(diǎn)方法具備抗噪聲干擾與滿足預(yù)測(cè)精度的特點(diǎn)，故障早期檢測(cè)及其過零預(yù)測(cè)算法的快速而準(zhǔn)確的零點(diǎn)預(yù)判對(duì)斷路器相控分?jǐn)嗉夹g(shù)具有理論與應(yīng)用價(jià)值。

1　短路電流預(yù)測(cè)

由于短路電流包含非周期分量，電流并非周期過零點(diǎn)，而CFI技術(shù)要求在電流過零點(diǎn)時(shí)分?jǐn)?，因此電流過零點(diǎn)的預(yù)測(cè)就成為了限制CFI技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵。而要發(fā)揮CFI技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，觸頭動(dòng)作分散性要求小于1ms［11-19］，這就要求算法精度必須控制在1ms以內(nèi)。本文提出基于等比直流分量遞推的故障電流預(yù)測(cè)算法，以下簡(jiǎn)稱遞推算法，可在半周波加兩個(gè)采樣點(diǎn)時(shí)間后預(yù)測(cè)短路電流過零點(diǎn)，過零點(diǎn)預(yù)測(cè)誤差小于0.5ms，可滿足相控開斷算法的要求。

1.1算法推導(dǎo)

本文提出的預(yù)測(cè)遞推算法不同于前述的過零點(diǎn)預(yù)測(cè)算法，無需得到直流分量、基波分量以及高次諧波分量的幅值、初始相位以及時(shí)間常數(shù)具體數(shù)值，而是借助短路電流表達(dá)式本身的特點(diǎn)，通過前N/2+2個(gè)采樣點(diǎn)即可遞推后繼的短路電流幅值，其中N為每周期的采樣點(diǎn)數(shù)，進(jìn)而預(yù)測(cè)短路電流過零時(shí)刻，避免了一般算法中具體參數(shù)估計(jì)，適用含任意高次奇數(shù)諧波的短路電流預(yù)測(cè)，算法原理簡(jiǎn)單，易于編程實(shí)現(xiàn)。

短路電流是由衰減直流分量、基頻周期分量以及高次諧波分量組成，其中高次諧波主要是奇數(shù)次諧波［20］，則電流表達(dá)式如下：

式中，D0為衰減直流分量的初始幅值；τ 為衰減直流分量的時(shí)間常數(shù)；h為短路電流所包含的最高次諧波次數(shù)；ω為基波分量的角頻率；當(dāng)j=0時(shí)，I1m為基波分量的幅值；φ1為基波分量的初始相角；當(dāng)jε1時(shí)，Ikm為對(duì)應(yīng)高次諧波分量的幅值，φk為各高次諧波分量的初始相角。

將式（1）離散化，以一個(gè)周波N個(gè)采樣點(diǎn)數(shù)對(duì)故障電流信號(hào)進(jìn)行等間隔采樣，則它的離散化短路電流表達(dá)式為

進(jìn)行短路電流預(yù)測(cè)需要N/2+2個(gè)采樣點(diǎn)數(shù)據(jù)，即i（0）， i（1）， i（2）， …， i（N/2）， i（N/2+1）。以下為遞推過程：

至此，就可得到未知點(diǎn)i（N/2+2）的值

利用等比數(shù)列的性質(zhì)，可采用遞推形式預(yù)測(cè)未來電流值，在采樣完畢后第n（n≥2）個(gè)點(diǎn)時(shí)，

則

至此，即可根據(jù)N/2+2個(gè)已知采樣點(diǎn)，從而向后遞推獲取所有采樣時(shí)刻對(duì)應(yīng)的電流值，進(jìn)而得到過零時(shí)刻。

本算法的特點(diǎn)是依據(jù)函數(shù)表達(dá)式本身三角函數(shù)間的換算關(guān)系加減相消從而由已知采樣點(diǎn)遞推預(yù)測(cè)短路電流過零時(shí)刻，避免了計(jì)算每個(gè)短路電流參數(shù)具體值，計(jì)算量小，遞推過程簡(jiǎn)單。本文提出采用等比直流分量遞推算法，遞推一個(gè)未知電流值只需要6次加法和2次乘法，需要的采樣點(diǎn)數(shù)為N/2+2，采樣時(shí)間為半個(gè)周波加上兩個(gè)采樣周期。本算法遞推量可抵消信號(hào)中的高次奇數(shù)諧波，從而可準(zhǔn)確地進(jìn)行預(yù)測(cè)，即遞推算法可準(zhǔn)確預(yù)測(cè)包含高次奇數(shù)諧波的短路電流信號(hào)。仿真結(jié)果表明，本算法精度可滿足CFI技術(shù)的需求。

1.2基于Matlab的仿真驗(yàn)證

本文以Matlab軟件為平臺(tái)，在不同的故障初相角以及包含高次諧波和噪聲的情況下，驗(yàn)證所提出遞推算法的有效性以及魯棒性。

1）全故障相角驗(yàn)證

針對(duì)短路發(fā)生時(shí)，所有可能出現(xiàn)的故障時(shí)刻，仿真了故障初相角θ 從0°～180°變化時(shí)短路電流信號(hào)，假設(shè)故障信號(hào)為

考慮到電力系統(tǒng)故障中極為嚴(yán)重的情況，本文采用的仿真信號(hào)中采用相同幅值的直流分量與基波分量［21］。若在此故障信號(hào)下算法能夠滿足CFI技術(shù)開斷要求的話，則其他故障情況也適用。取采樣頻率為100kHz，時(shí)間常數(shù)τ =45ms，在早期檢測(cè)出故障以后，采用遞推算法預(yù)測(cè)電流過零點(diǎn)。

圖1　故障初相角θ 分別為0°、45°、90°、135°時(shí)的信號(hào)電流與預(yù)測(cè)電流波形

仿真結(jié)果表明，當(dāng)故障初相角θ 在0°～180°區(qū)間變化時(shí)，在半周波加兩個(gè)采樣周期的時(shí)間窗后，本算法可完全跟蹤預(yù)測(cè)出電流信號(hào)，預(yù)測(cè)信號(hào)波形跟原始信號(hào)波形幾乎完全重合，從而準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)出電流過零時(shí)刻。

2）魯棒性驗(yàn)證

電力系統(tǒng)中存在各種各樣的噪聲干擾，實(shí)際故障信號(hào)除了基波分量外，還包含高次諧波（主要為奇次諧波）及高頻噪聲。為了驗(yàn)證本算法在實(shí)際應(yīng)用環(huán)境中的預(yù)測(cè)效果，在短路故障信號(hào)中加入10%的三次諧波和15%的5次諧波（I3m=0.1I1m，I5m=0.15I1m）及信噪比為30dB的高斯白噪聲，則故障信號(hào)為

式中，ν （t）為信噪比為30dB的高斯白噪聲。

仿真結(jié)果如圖2所示，從圖中可以看出遞推算法在高次諧波和白噪聲干擾下，原始電流波形和預(yù)測(cè)電流波形存在很大的偏差并且?guī)в须S機(jī)性，因而不能有效地預(yù)測(cè)故障電流過零時(shí)刻。產(chǎn)生誤差的原因?yàn)楦咚拱自肼暯o遞推算法帶來隨機(jī)干擾，多次仿真得到的預(yù)測(cè)電流波形并不一致，導(dǎo)致算法帶有隨機(jī)性。

圖2　未濾波噪聲的預(yù)測(cè)電流

為了使算法在含有諧波和噪聲干擾情況下，仍然能可靠地預(yù)測(cè)故障電流過零點(diǎn)，考慮到小波變換具有很好的去噪效果［22］，因此本文采用小波變換濾除信號(hào)噪聲。

圖3 濾波噪聲后的預(yù)測(cè)電流

圖3為濾除噪聲以后的仿真圖。從圖3中可以看出采用小波變化濾除采樣信號(hào)中的噪聲以后，遞推算法所預(yù)測(cè)的故障電流信號(hào)波形基本與原始故障信號(hào)重合。表1為包含諧波與噪聲的原始信號(hào)和預(yù)測(cè)信號(hào)過零時(shí)刻的對(duì)比表。

表1　含諧波與噪聲時(shí)過零點(diǎn)的對(duì)比表

從表1中可以看出遞推算法過零點(diǎn)預(yù)測(cè)誤差時(shí)間在0.5ms以內(nèi)，滿足故障電流相控開斷技術(shù)需求。

2　基于小波的早期故障檢測(cè)與仿真實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

2.1小波原理

眾所周知，短路故障的發(fā)生將對(duì)電力設(shè)備和線路造成難以估量的損壞，若能對(duì)電力系統(tǒng)進(jìn)行短路故障早期檢測(cè)，并采取一定的措施，則可避免系統(tǒng)設(shè)備因承受長(zhǎng)時(shí)間大電流所帶來的設(shè)備過熱損壞、導(dǎo)體間大機(jī)械應(yīng)力破壞、電壓跌落、電磁干擾，可能導(dǎo)致系統(tǒng)的失步、頻率崩潰甚至瓦解等危害［23］?；诙喾直媛史治龅男〔ㄗ儞Q，利用正交小波基將信號(hào)分解為一組高頻細(xì)節(jié)分量和低頻平滑分量，再繼續(xù)將低頻分量分解為下一級(jí)高頻和低頻分量［24］，其快速遞推式如下：

式中，S20f為輸入信號(hào)；j為分解尺度；hk為低通濾波器的系數(shù)；gk為高通濾波器的系數(shù)；S2jf（ n）為第j尺度下的平滑分量；W2jf（ n）為第j尺度下的細(xì)節(jié)分量，以三次B樣條函數(shù)的導(dǎo)函數(shù)為小波函數(shù)，其低通及帶通濾波器的脈沖響應(yīng)系數(shù)為g0=-2，g1=2；h-1=h2=0.125，h0=h1=0.375［18］。

由于第四尺度小波分量既能適當(dāng)?shù)靥蕹肼暩蓴_，又保留足夠的故障信號(hào)奇異性強(qiáng)度以檢測(cè)出早期短路故障［25］，因此本文利用經(jīng)多尺度小波分解得到的第四尺度細(xì)節(jié)分量作為特征量，作為故障判別依據(jù)。

2.2故障早期檢測(cè)的動(dòng)模仿真實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

本文將前述小波變換原理應(yīng)用于中壓電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)模擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，如圖4所示，利用Matlab/ Simulink工具箱對(duì)圖4建立短路故障小波變換早期檢測(cè)模型，實(shí)現(xiàn)小波變換對(duì)動(dòng)模短路電流早期檢測(cè)，在早期故障檢測(cè)辨識(shí)后觸發(fā)后續(xù)的短路電流預(yù)測(cè)算法。

圖4中主要一次設(shè)備參數(shù)為01G：PN=12kW，cosψ =0.8，UN=380V；線路阻抗：X1=7.79Ω，阻抗角ψ =84.80；02G：PN=5kVA，Td=1.88s，n=1500r/min；01T：SN=15kVA，Uk%=13%，Y/△-11接線方式，k=380V/800V；21T：SN=50kVA，Uk%=13%，Y/△-11接線方式，k=800V/380V；其主要工作原理是利用升壓變壓器01T，21T將380V升至800V，模擬中壓系統(tǒng)電壓等級(jí)及線路參數(shù)。本文以A接地短路為例，研究短路故障早期檢測(cè)及其短路電流預(yù)測(cè)，得出全相角范圍短路故障早期檢測(cè)仿真分析結(jié)果見表2。

圖4　中壓電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)模擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)圖

表2　短路發(fā)生后400μs時(shí)刻的全相角范圍故障檢測(cè)

表2中I*dl為短路故障電流瞬時(shí)標(biāo)幺值，為短路電流小波第四尺度細(xì)節(jié)分量標(biāo)幺值，為1.5倍突變負(fù)載電流全相角下小波第四尺度細(xì)節(jié)分量標(biāo)幺值的最大值。上述標(biāo)幺值均以正常運(yùn)行時(shí)各量幅值為基值。由表2分析可得，在短路故障發(fā)生400μs之后，短路電流第四尺度小波分量標(biāo)幺值均明顯大于1.5倍突變負(fù)載電流全相角下小波第四尺度分量標(biāo)幺值的最大值，即仿真結(jié)果表明，設(shè)置適當(dāng)?shù)拈撝?，不僅可實(shí)現(xiàn)短路故障早期檢測(cè)，而且可有效避免中壓線路負(fù)荷突變引起誤判。

2.3故障數(shù)據(jù)驗(yàn)證

本文通過NI Compact-RIO測(cè)控系統(tǒng)（16位A-D轉(zhuǎn)換器，最高采樣頻率1MHz，本文采樣率設(shè)為100kHz）獲取動(dòng)模實(shí)驗(yàn)室故障電流，基于Labview平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)小波變換對(duì)動(dòng)模短路電流的早期檢測(cè)，在早期故障檢測(cè)辨識(shí)后觸發(fā)后續(xù)的短路電流預(yù)測(cè)算法，實(shí)現(xiàn)流程如圖5所示。設(shè)置動(dòng)模實(shí)驗(yàn)室發(fā)生A相短路故障，采用柔性羅氏線圈獲取故障電流經(jīng)過積分器后，由Compact-RIO測(cè)控系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)采樣及處理，對(duì)短路故障早期檢測(cè)及遞推算法的快速性和準(zhǔn)確性進(jìn)行檢驗(yàn)。圖6為動(dòng)模實(shí)驗(yàn)室原始故障電流信號(hào)與預(yù)測(cè)電流波形，從圖中可見，采用小波變換第四尺度小波分量可快速檢測(cè)出短路故障，檢測(cè)到短路故障以后，觸發(fā)本文提出遞推算法，在半周波加兩個(gè)采樣周期的時(shí)間窗后，預(yù)測(cè)故障電流波形，獲取目標(biāo)零點(diǎn)從而得到還原故障電流，發(fā)出開斷指令。從圖6中可以看出預(yù)測(cè)故障電流波形跟原始故障電流波形基本重合。

圖5　動(dòng)模仿真實(shí)驗(yàn)流程圖

圖6　動(dòng)模實(shí)驗(yàn)室故障電流信號(hào)與預(yù)測(cè)電流波形

表3為動(dòng)模實(shí)驗(yàn)室原始故障電流和預(yù)測(cè)所得故障電流過零時(shí)刻的對(duì)比表。從表3中可以看出遞推算法過零點(diǎn)預(yù)測(cè)誤差時(shí)間在0.5ms以內(nèi)，滿足故障電流相控開斷技術(shù)的需求。之所以出現(xiàn)過零點(diǎn)預(yù)測(cè)均偏大的原因是始信號(hào)經(jīng)小波濾波后具有略微的延遲。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明故障早期檢測(cè)與遞推預(yù)測(cè)有機(jī)結(jié)合可快速而有效地獲取故障電流的零點(diǎn)，為相控分?jǐn)喙收想娏鞯於ɑA(chǔ)。

表3　動(dòng)模實(shí)驗(yàn)室故障電流過零點(diǎn)的對(duì)比表

3　結(jié)論

為增大斷路器開斷容量、提高斷路器電壽命，同時(shí)縮短短路故障持續(xù)時(shí)間，將基于短路故障早期檢測(cè)的相控分?jǐn)嗉夹g(shù)應(yīng)用到高壓斷路器分?jǐn)喙收想娏髦?，本文作了以下工作?/p>

1）利用Matlab軟件建立動(dòng)模實(shí)驗(yàn)室仿真模型，采用小波變換第四尺度小波分量作為短路故障特征量，仿真驗(yàn)證了該方法在中壓線路故障早期檢測(cè)中的快速性，為短路故障相控分?jǐn)酄?zhēng)取時(shí)間。

2）提出了提出基于等比直流分量遞推的故障電流預(yù)測(cè)算法，在半周波加兩個(gè)采樣周期的時(shí)間后可實(shí)現(xiàn)故障電流過零點(diǎn)預(yù)測(cè)，適用于含任意高次奇數(shù)諧波的電流信號(hào)，過零點(diǎn)誤差小于0.5ms。

3）在動(dòng)模實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行單相接地短路試驗(yàn)，基于Compact-RIO測(cè)控系統(tǒng)驗(yàn)證了早期檢測(cè)及其預(yù)測(cè)算法的快速性和有效性，過零點(diǎn)預(yù)測(cè)誤差小于0.5ms，滿足相控技術(shù)要求。

［1］ Thomas R P， Solver C E. A method for controlled fault interruption for use with HV SF6 circuit breakers［C］// Power Tech， 2007 IEEE LausanneIEEE， 2007： 1135-1140.

［2］ Huang Zhihui， Duan Xiongying， Wan Huiming， et al. Improvement of breaking capability of vacuum circuit breaker using controlled fault interruption［C］//2013 2ND INTERNATIONAL CONFERENCE ON ELECTRIC POWER EQUIPMENT-SWITCHING TECHNOLOGY（ICEPE-ST）， 2013： 1-4.

［3］ 李慶民， 王冠， 李清泉. 電力系統(tǒng)相控開關(guān)技術(shù)及其智能控制策略［J］. 電氣開關(guān)， 2004， 42（3）： 42-46.

［4］ 婁殿強(qiáng)， 姚其新. 斷路器的相位控制技術(shù)及應(yīng)用［J］.高壓電器， 2008， 44（4）： 353-355.

［5］ 錢家驪. 相位控制高壓斷路器的動(dòng)向［J］. 高壓電器，2001， 37（1）： 38-40.

［6］ 舒勝文， 阮江軍， 黃道春， 等. 相控真空斷路器的最佳燃弧區(qū)間研究［J］. 高壓電器， 2012（8）： 1-6， 12.

［7］ 方春恩， 梁鳴華， 龐力， 等. 斷路器相控開斷短路電流智能控制裝置研究［J］. 電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2012， 40（23）： 138-144.

［8］ Poltl A， Frohlich K. A new algorithm enabling controlled short circuit interruption［J］. IEEE Transactions on Power Delivery， 2003， 18（3）： 802-808.

［9］ 羅楚軍， 袁召， 尹小根， 等. 基于改進(jìn)半波傅氏算法的故障電流相控開斷零點(diǎn)預(yù)測(cè)研究［J］. 高壓電器，2012（6）： 1-6.

［10］ 黃智慧， 段雄英， 鄒積巖， 等. 基于改進(jìn)RLS算法的故障電流參數(shù)估計(jì)［J］. 中國電機(jī)工程學(xué)報(bào)， 2014，34（15）： 2460-2469.

［11］ 丁富華， 鄒積巖， 段雄英. 相控開關(guān)的最佳投切相位研究［J］. 高壓電器， 2005， 41（6）： 408-411.

［12］ 苑舜， 王毅， 王季梅. 真空斷路器觸頭分離時(shí)刻對(duì)開斷性能影響的試驗(yàn)研究［J］. 中國電機(jī)工程學(xué)報(bào)，1993， 13（5）： 12-15.

［13］ Parikh U B， Bhalja B R. SVR-Based current Zero estimation technique for controlled fault interruption in the Series-Compensated transmission line［J］. IEEE Transactions on Power Delivery， 2013， 28（3）： 1364-1372.

［14］ 方春恩， 段雄英， 鄒積巖. 基于自適應(yīng)神經(jīng)元的短路電流參數(shù)提?。跩］. 中國電機(jī)工程學(xué)報(bào)， 2003， 23（8）：116-119.

［15］ Thomas R， Daalder J， Solver C E. An adaptive， selfchecking algorithm for controlled fault interruption［C］// IPST'05， 6th International Conference on Power System Transients， Montreal， June 19-23， 2005. 2005（Paper IPST05-011）.

［16］ 郭銀婷， 繆希仁. 低壓配電短路電流檢測(cè)與分?jǐn)鄼C(jī)構(gòu)技術(shù)［J］. 低壓電器， 2013（7）： 18-22.

［17］ 趙敏. 基于電流變化率的電網(wǎng)短路保護(hù)原理［J］. 電網(wǎng)技術(shù)， 2008（4）： 105-108.

［18］ 繆希仁， 李飆， 吳曉梅， 等. 基于短路早期檢測(cè)的中壓故障電流快速限制技術(shù)［J］. 電力自動(dòng)化設(shè)備，2014， 34（11）： 75-81.

［19］ 段雄英， 廖敏夫， 丁富華， 等. 相控開關(guān)在電網(wǎng)中的應(yīng)用及關(guān)鍵技術(shù)分析［J］. 高壓電器， 2007， 43（2）：113-117.

［20］ 何庭全， 李冰. 電網(wǎng)諧波分析及其對(duì)策［J］. 寧夏電力， 2004（3）： 40-41， 45.

［21］ 高婧， 鄭建勇. 一種快速濾除衰減直流分量的新型遞推傅氏算法［J］. 電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化學(xué)報(bào)， 2003，15（1）： 54-57， 114.

［22］ 林湘寧， 劉沛， 程時(shí)杰， 等. 小波分析基礎(chǔ)理論及其在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用——第3講 應(yīng)用綜述［J］. 電力系統(tǒng)自動(dòng)化， 1997， 21（12）： 79-83.

［23］ 陳宇. 淺論電力系統(tǒng)運(yùn)行中的短路故障與短路電流計(jì)算［J］. 中小企業(yè)管理與科技： 上旬刊， 2010（9）：308.

［24］ 張德豐. Matlab小波分析［M］. 北京： 機(jī)械工業(yè)出版社， 2011.

［25］ 陳麗安， 張培銘. 基于小波變換的短路故障早期檢測(cè)門限值的研究［J］. 電工技術(shù)學(xué)報(bào)， 2005， 20（3）：64-69.

Research on Phase Switch Early Fault Detection and Zero Prediction Method

Wu Qiaoling Miao Xiren Xu Huoju Guo Moufa（College of Electrical Engineering and Automation， Fuzhou University， Fuzhou 350108）

This paper analyzes the significance and the difficult of controlled interruption technology. It briefly introduces the status quo of zero-cross point of fault current. Early fault detection is applied into high voltage circuit breaker， being characterized by the fourth dimension component of wavelet transform， though the establishments of dynamic model laboratory simulation verify the feasibility of early fault detection for medium voltage lines. The simulation shows short-circuit faults can be detected in 400μs. On basically， according to the necessary in the controlled fault current interruption to predict the zero-cross point of fault current， a a geometric dc component recursion fault current prediction algorithm is put forward based on the early fault detection. After the early fault detecting， zero-cross points will be predicted in about half a cycle of sampling time. Though the simulation on fault initial angle varied from 0° to 180°and signal contained harmonic and noise on Matlab， the results show that the zero-cross point error is less than 0.5ms， meeting the needs of controlled interruption technology. Finally， Compact-RIO measurement and control system verified the quickness and the effectiveness of early detection and zero prediction via dynamic model laboratory experiments.

early detection； controlled interruption； zero-cross point prediction； short-circuit faults

國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（51377023）

吳巧玲（1990-），女，福建寧德人，碩士研究生，研究方向?yàn)橹悄茈娖骷霸诰€監(jiān)測(cè)技術(shù)。