According to the obvious transient characteristics at the beginning of the fault in the non-effectively grounding distribution system , a new method for selecting the fault line, based on Hilbert-Huang transform (HHT),is proposed to extract the non-power frequency transient current from the zero-sequence current in distribution networks with a single-phase-to-earth fault . HHT is used to get the amplitude and phase angle of the zero-sequence current at the beginning of the fault. The non-power frequency currents, which have obvious characteristics, are calculated when power frequency currents are extracted from the zero-sequence currents. A neutral non-effectual grounding distribution network model is established with the Matlab/Simulink and this model is simulated in many cases. The simulation results suggest that the non-power frequency current of the fault line, extracted with HHT, have a contrary polarity as the currents of the non-fault lines and have a more amplitude than each of the other non-fault lines at the one tenth of the wave period time after the fault occurs. These characteristics are used as evidence for fault line selection. The result indicates this method is precise and reliable with the single-phase to ground fault in distribution network. Keyword-single-phase-to-earth fault; Non-frequency transient component; non-effectual grounding distribution network; fault characteristic extracting; Hilbert-huang TransformI. 引言 我国配电网均采用中性点不直接接地方式,被称为小电 流接地系统。小电流接地系统包括中性点不接地系统、中 性点经消弧线圈接地系统(又称谐振接地系统)、中性点 经电阻接地系统。配电网发生故障时,单相接地故障的几 率最高,可占总故障的80%左右。传统的小电流接地系统 的选线方法例如幅值比较法、极性比较法、群体比幅比相 法、零序电流无功功率方向法 [1] ,基本满足小电流不接地系 统的选线要求,但不适用谐振接地系统。随着配电网的迅 速发展,电网中电缆线路的比例迅速上升,缆线混合线路 越来越多,电网发生单相接地故障时,故障零序电容电流 很大,更增大了谐振接地系统的选线困难。为解决谐振接 地系统故障选线这一难题,许多学者进行了大量的研究, 并提出了多种选线方法。目前应用于经消弧线圈接地系统 的选线方法主要由有功分量比较法和谐波比较法 [2-5] 。有功 分量比较法主要包括故障电流有功电流分量的幅值和极性 比较法、有功电流方向比较法、有功功率方向比较法,但 由于接地电流有功分量小(一般小于1A),可靠性不能满 足目前供电可靠性的要求。到目前为止在实际应用中,对于 中性点经消弧线圈接地系统,现有的故障选线原理效果不 理想,所以此问题还有必要进一步研究。在小电流接地系 统从故障前稳态到故障后稳态,存在一个明显的暂态过程, 该过程中暂态电流有大量的暂态分量存在,并且暂态电流 的分布不受消弧线圈的影响 [5-12] ,所以本文提出基于HHT 非工频零序暂态电流分量的配电网单相接地故障选线方 法,该方法既适用于电缆线路、架空线路、缆线混合线路 组成的谐振接地系统,也适用于不接地系统。 II. HILBERT-HUANG 变换原理 Hilbert-Huang变换(HHT)是Huang提出的一种新的时频 分析方法 [13-15] ,它具有良好的局部时频特性,因此更能够 准确地反映原信号的特性,可以用来检测突变信号。该方 法吸取了小波变换的多分辨的优势,同时克服了小波变换 中需要选取小波基的困难,从信号本身的尺度特征出发对 信号分解得到的固有模态函数(intrinsic mode function, IMF)使瞬时频率具有物理意义。 A. 经验模态分解 经验模态分解(empirical mode decomposition,EMD) 是由Huang提出来的一种新的信号处理方法 [13] , 它通过对信 号的"筛选"将信号分解成不同频率的IMF [14-15] 。具体的分 解过程如下 [14-15] : (1)根据信号 ( ) x t 的局部极大值和局部极小值求出其上 包络线和下包络线的平均值 1 m 。 (2)将原数据序列减去平均包络后即可得到一个去掉 低频的新数据序列 1 1 ( ) = − h x t m ;判断 1 h 是否为IMF条件,若不 满足,将 1 h 看作新的 ( ) x t ,重复上述处理过程, 直到 1 h 满足 IMF条件时,记 1 1= c h ,视为IMF1。 (3)将 1 ( ) = − r x t h 看作新的 ( ) x t ,重复以上(1)和(2) 步骤,即可依次得到IMF2,IMF3, …,直到 n c 或 r 满足给 定的终止条件时筛选结束; 最后, 原始的数据序列 ( ) x t 即 可由这些IMF分量以及一个均值或趋势项 r 表示。 1 ( ) = = + ∑ n i i x t c r(1) 式(1)说明,可以将信号 ( ) x t 分解成频率从大到小排列的n 个IMF分量和一个趋势项之和。由于每一个IMF分量代表一 个特征尺度的数据序列,因此"筛"过程实际上将原始数据 序列分解为各种不同特征波动序列的叠加。