摘要：在实际的运作过程中，一些带并联电抗器的电力线路经常会出现瞬时性的单相接地类型的故障，因此为了能够让自适应重合闸成功并且能够在最大程度上缩短非全相的运行时间，一种以单频信号全相位快速傅里叶变换(apFFT)相位谱平坦特性为基础的熄弧时刻捕捉算法出现了。为了实现对二次电弧熄弧前后故障相端电压信号的全相位 FFT 频谱特征的了解与分析，可以运用全相位FFT的计算方法来计算故障相端的电压信号，通常情况下，因为过渡电阻的高度在二次电弧熄弧前是非线性的，并且故障相端电压中的高频信号的变化十分剧烈，相应的，其全相位 FFT 相位谱并不是平坦的；而在二次电弧熄灭的情况下，过渡电阻就消失了，而且进入了电压的恢复阶段，相应的高频信号的变化也就变得相对平稳，因而其全相位 FFT 相位谱是比较平坦的。通过对高次谐波相位谱在平坦特性方面变化的分析，我们可以实现对二次电弧熄弧时刻的准确捕捉。
关键词：输电线路；自适应重合闸； 高频暂态分量；熄弧时间
1.引言
在输电线路中，超高压电路的作用主要包括可以输送电能以及对系统加以联络等。此外，一般情况下的电力线路都是架设在室外环境中的，因而其非常容易受到周围环境的影响，从而导致其很容易发生故障。通过对电力系统实际运行的相关数据的统计，我们可以知道在输电线路发生故障的类型之中十之八九的故障都是单相瞬时性接地故障。在瞬时性故障电弧熄灭的时候，单相自动重合闸可以实现对供电的自动恢复，也就是说其可以让电力系统的运行状态变得更加的可靠与稳定，因而单相自动重合闸得以被广泛地应用于超高压的输电线路中。不过，现阶段的自动重合闸技术的重合时间是在断路器跳开后达到预先设定的重合闸时间之后，因此具有一定程度上的盲目性，一旦在永久性故障或者瞬时性故障未熄弧阶段进行重合，那么系统将会因为重合失败而再一次被短路电流冲击到，从而更加严重的破坏了系统和电力设备，针对这种现象，有些研究者就提出了自适应单相重合闸技术。
最近几年的时间里，无论是国内还是国外都对自适应重合闸技术的研究给予了充足的重视，并且已经获得了比较大的突破。对于现阶段的自适应重合闸的研究主要可以从以下两个方面进行讨论：一个方面就是对故障性质的识别；另一个方面说的则是对二次电弧熄弧时刻的捕捉。对于一些不带并联电抗器的输电线路，一些研究者们认为对于这种情况下二次电弧熄弧时刻的判断可以通过熄弧后恢复电压出现直流偏移现象进行；此外，还可以以电压补偿原理的故障性质为依据进行识别判断；甚至也能够利用故障相电压与两健全相电压之和的计算值沿线变化规律的相似程度来进行相关的识别与判断工作。但是这些方法使得算法受负荷电流的影响非常大，从而导致了算法不够准确的后果。在超高压线路以及高压线路中，一般都会选择装设并联电抗器的方式来对潜供电流加以限制，对于输电线路中带并联电抗器的情况下，相关的故障识别方法则主要有：以恢复电压拍频特性为基础的方法；识别相关模量参数的方法；通过流过并联电抗器的故障相电流与中性点处的电抗电流的幅值比的判别法等等。对于瞬时性的故障来说，它的故障点可能会有非线性电弧的存在，所以在这种情况下则可以采用以小波包的系数近似熵的衰减系数累加和的故障性质识别方法。本文在了解apFFT 谱的相关分析原理的基础上，分析了瞬时性故障的相端电压，并且实现了对故障熄弧时刻的捕捉。
2. apFFT 谱的相关分析原理
现阶段，应用最多的频谱分析方法就是快速傅里叶变换法，其简写形式为FFT，后来有研究学者在FFT 的基础提出了一种新的频谱分析方法，即apFFT 谱分析方法。
对于apFFT 谱分析方法而言，它的一般分析思想就是对输入的相关数据先进性全相位的预处理操作，之后再对其进行FFT 谱分析。在这个过程中，利用到的是线性时移不变性系统的叠加原理。
2.1 对比apFFT 谱分析和传统 FFT 谱分析的关系
与传统的FFT 幅值谱相比，apFFT 幅值谱是其幅值谱的平方，也就是说主谱线幅值和旁谱线幅值之间的比值的衰减关系是按照平方的关系来进行的，同时也反映出了主谱线更加突出的地位，所以说，通过apFFT 谱分析可以实现对谱泄露性能现象的有效的抑制目的。
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此外在传统的 FFT 各条谱线中，其对应的频率偏离值可以被表示为β- θ，而且该频率偏离值与FFT 各条谱线的相位值之间有着十分密切的关系。而在apFFT 谱线中，其相位值一般表示为θ，即中心样点 x(0)的初始相位值，并且不同于传统的FFT谱线中的相位值，它与频率频偏值之间并没有联系，也就意味着不需要对相位进行校正，信号的初始相位可以直接精确的得到，就是主谱线的相位值，在apFFT中，其相位谱一般具有的特性就是谱线比较平坦。
2.2 对含密集谱的多频信号 apFFT 进行相应的分析
在实际的工作中，一般会有很多种的频率成分掺杂在信号中，不管是传统的FFT还是apFFT 谱，它们的幅值谱都会在信号中的两个频率成分的频率间隔比较小的情况下出现谱重叠的现象，尤其是在频率分辨率远远大于频率间隔的情况下，振幅谱中就会只出现一个谱峰。在对于含密集谱的多频信号 apFFT 进行相应的分析时，可以以主要 apFFT 相位谱线的平坦特性的相关情况为根据来分辨其是否是单频谱，或者说是多频密集谱以及密集谱的频率范围。
3. 对于瞬时性故障的相端电压进行分析
3.1 瞬时性故障的电弧电压
在输电线路当中，对于有些带有并联电抗器的超高压类型的输电线路来说，如果其发生了单相瞬时性接地故障的情况，那么在电弧熄灭前会依次的经历两个阶段，即我们常说的一次电弧阶段以及二次电弧阶段。对于一次电弧而言，其电压的位置主要是在弧柱上，电弧的特点则是：长度比较稳定并且具有比较大的弧柱横截面积。一次电弧进入二次电弧的媒介是故障相断路器的跳闸，对于二次电弧来说，它的物理过程明显比一次电弧要复杂，电弧在不断地熄灭以及重燃状态中反复，一直到注入电弧的能量不能够让电弧燃烧起来为止，最终现象是电弧会在电流过零点的情况下到达熄灭的状态。对于二次电弧来说，线路上的电压等级越高，其熄灭难度会变得越大，也就会具有更加长的持续时间。
3.2 瞬时性故障的恢复电压
对于带并联电抗器的超高压的那些线路来说，在瞬时性的故障二次电弧熄灭以后，系统会因为并联电抗器的作用而由相间储能元件构成一个振荡回路，从而导致自由振荡分量的产生，并且可以进一步的对自由振荡的频率加以计算分析。
4. 对于故障熄弧时刻的捕捉
经过分析可以知道，故障时候相端电压的暂态信号频率在瞬时性故障二次电弧阶段的情况是十分复杂的，因为其具有非常多的高频分量，这些高频分量中不仅是包括整次谐波，还包括一部分的间谐波，其能量则一般是集中在不超过五次的范围内。系统会在二次电弧熄灭后重新进入电压的恢复阶段，对于此时的故障相端电压来说，该电压的特性会呈现拍频，高频率的电压分量有着十分明显的减小。可以以二次电弧熄灭前后信号高频分量的变化情况为依据，可以通过观察、记录与分析在熄弧前后apFFT“相位谱平坦特性”的改变来实现对二次电弧熄弧时刻进行捕捉的目的。
5.结束语
本文在分析apFFT“相位平坦特性”的时候知道了线路中信号频率的复杂程度能够很好的被该特性反映出来，此外，该特性还可以实现对密集谱的有效的识别。此外在分析输电线路出现单相瞬时性接地故障情况下的故障相端电压信号的频域复杂性以及apFFT 相位谱的平坦特性的过程中，可以知道自适应熄弧时刻的相关捕捉判据可以以apFFT“相位不变性”为基础。
参考文献
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作者简介：陈国生（1990-），男，本科学历，助理工程师，主要从事高压输电线路运行维护工作。
论文作者:陈国生
论文发表刊物:《电力设备》2018年第1期
论文发表时间:2018/6/5
标签：电弧论文; 相位论文; 故障论文; 单相论文; 电压论文; 端电压论文; 信号论文; 《电力设备》2018年第1期论文;