小电流接地系统接地故障选线方法涂少煌

小电流接地系统接地故障选线方法涂少煌

涂少煌

(广州智光电气技术有限公司广州510760)

摘要：本文简要总结近年来现有的选线的理论方法，对选线方法的原理做了简要分析，并指出了小电流接地系统故障选线的主要侧重方向。

关键词：小电流接地系统；单相接地；故障选线；选线方法

1单相接地故障信号特征的分析

1.1稳态特征信号分析

中性点不直接接地系统发生接地故障时，全系统伴随零序电压的产生会有零序电流产生，所有非故障线路上元件的对地电容电流之和在数值上等于故障线路的零序电流，故障相电流方向从线路流向母线，与非故障线路相反。为了减少故障点处的故障电流，在中性点处接入了消弧线圈，相当于叠加了一个与故障电流相反的感性电流，在实际运行中，由于消弧线圈过补偿的作用，所叠加的感性电流在数值上大于故障电流，使得故障电流方向发生改变与非故障线路相同，由此，使得基于稳态量的选线方法失败。

1.2暂态特征信号分析

配电网发生接地故障时，所产生的故障电流包含的暂态成分比稳态成分多。可以被利用的有效的信息较多，全网络的暂态电容电流相当于2个电容电流之和：放电电流，此电流方向由母线流向故障点处，是由于故障相的电压突然降低而产生；充电电流，该电流通过电源形成回路，是由于非故障相的电压突然升高而产生。一般在相电压接近最大值时刻较多地发生接地故障，此时电容电流远远大于电感电流，消弧线圈补偿作用可以忽略不计，所以可以认为中性点不接地系统和经消弧线圈接地系统发生故障时的暂态特征是相似的，因此利用故障时的暂态特征作为选线的基本依据的重要意义显而易见。

2小电流接地系统故障选线方法

2.1基于稳态分量的选线方法

2.1.1零序电流比幅法

零序电流比幅法所需的特征量是零序电流，是根据系统故障的稳态特征来进行选线，比较母线处各出线零序电流幅值大小，其中幅值最大的线路即为故障线路，此方法比较简单容易实行。但是，当幅健距不大或母线故障时，会造成选线失败，此外还有各种复杂因素的影响，如不平衡的CT，系统运行方式等问题。由于电容电流在中性点经消弧线圈接地系统中被补偿，使得该方法不适用于此系统，但可用于小电流不接地系统，适用范围较小。

2.1.2零序电流相位法

配电网发生接地故障时，该方法利用故障稳态特征选出与各条出线零序电流方向不同的线路作为故障线路。当线路很短且零序电很小时容易产生“时针效应”，在零序电流方向的判断上出现错误。同时，系统运行方式、电流不平衡以及过渡电阻也会对故障线路产生一定程度的干扰。同样，由于消弧线圈的补偿作用可以改变故障线路电流的方向，同零序电流比幅法一样，此方法也不适用谐振接地系统，只能用于不接地系统。

2.1.3群体比幅比相法

该方法是前两个方法的结合。首先比较各条线路的零序电流幅值大小，选出3条以上幅值相对较大的线路，然后再比较它们的相位，方向与其他线路相反的即为故障线路，若所有方向线路都相同则为母线故障。但此方法易受过渡电阻的大小以及CT不平衡等因素的影响，且死区和盲点的存在会对相位的判断产生影响。除此以外，由于是前两种方法的结合，同样只能适用于不接地系统。

2.1.4有功分量法

电网中各条线路存在对地电导，消弧线圈串／并联的电阻在发生故障时，会产生一定有功电流且不能被消弧线圈补偿。以零序电压作为参考量，将有功分量取出，然后利用故障线路零序电流有功分量比非故障线路大且方向相反来选线此方法虽然不受消弧线圈的限制，但接地电流中有功分量的成分较少，降低了检测的灵敏度，且受接地电阻和电流互感器不平衡的影响。

2.2基于暂态分量的选线方法

2.2.1首半波法

此方法最重要的一点就是假设故障发生的时刻是相电压接近峰值的瞬间，此时，暂态电容电流远远大于暂态电感电流。该方法的选线原理是在发生单相接地故障后的首个半周期内，故障线路的零序暂态电流和电压的极性与非故障线路相反。但是如果故障发生在相电压经过零的时刻，暂态电流的信号非常薄弱，特征信号不明显，不易检测。显而易见，该方法有一定的局限性，并且过渡电阻和谐波会造成一定的干扰，降低故障选线的准确性。

2.2.2小波分析法

小波分析理论可以在一定的频带内将暂态信号分解，尤其是对奇异信号和变化不明显的信号应用较好，信号突变部分和信号的奇异点处包含有能清晰反映原始信号中重要信息的成分。而在小电流系统发生接地故障时，暂态信号的奇异处隐藏有较多有价值的故障信息，能清晰地反映故障的暂态特征，所以可以利用小波分析法来分析和提取故障信息。故障发生时电流会突然改变，小波分析法就是利用这一特点来进行选线，首先利用小波奇异性检测的方法对各条线路的暂态零序电流使用小波变换，然后对各条线路的零序电流经过小波变换后的模极大值的峰值和相位进行分析和对比，模极大值最大且相位与其他线路相反的线路即为故障线路。对信号进行小波变换时，也涉及到一些细节选择：小波基函数的选取对小波变换的结果非常关键，要选择紧支集正交性的小波；对故障信号进行小波分解后，选择小波变换细节部分中绝对值幅值最大的点所在的尺度作为分解尺度；信号的采样频率也有相应的要求，应该大于等于信号中最高频率的2倍；还要进行细节分量的重构以及边界的处理。本文认为小波分析在信号处理方面是一种比较理想的数学工具，所以应将小波分析法应用于现场的实际运行中，并结合实际继续深入研究，使得小波分析法能适用于各种类型的单相接地故障的选线。

2.2.3暂态能量法

暂态能量法首先需要得到能量函数（用零序电压乘以零序电流，然后再对时间进行积分），即对故障发生后各条线路暂态零模功率进行积分。故障线路和非故障线路能量函数的正负不同，且非故障线路能量函数的总和等于故障线路能量函数的绝对值，根据这一特点来选择故障线路。但是，有功分量在暂态电流中所占成分小，使得暂态信号在暂态能量法的使用中不能完全被利用，大大减小了检测的灵敏度，除此之外，计算积分函数时容易将固定误差引入其中，所以实际中的应用效果还有待检验。

2.3综合法

2.3.1模糊控制综合选线法

模糊控制是利用精确的模糊数学工具对模糊概念里存在的数量规律进行处理。该方法首先选出几种不同的在理论上有较好效果的选线方法，然后根据模糊理论建立每个选线方法判据的隶属度函数，然后对选线结果给出实时动态的加权评价，最后对得到的选线结果进行结合得到一个综合性的选线结果。该方法克服了单一选线判据的不足，且该综合性的判据可以适应各种复杂情况下的接地故障，系统中性点接地方式和运行方式对其没有影响，使得选线的准确率大大提高。

2.3.2多层前馈神经网络法和模式识别

人工神经网络法和贝叶斯的决策方法是该方法的立足点，该方法的基本原理是将接地故障发生后各个线路的零序电流认为是某类故障的一个模式，然后通过人工神经网的训练与学习来判断此故障模式，以此实现选线。故障模式的判断与人工神经网络的学习及锻炼有非常紧密的关系，所以使得此方法具有较高的准确率。除此之外，需要深入了解和全面掌握小电流接地系统接地故障选线的具体特征，然后根据特征对选线识别框架分配函数进行科学的构建（可通过证据理论模型的构建对选线问题进行有条理科学的判断），这是选线方法判定的基础，该方法中综合选线策略的制定的核心就是信息的融合。

参考文献:

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