小電流接地故障選線方法研究

彭濱影 石慶松

摘 要：隨著電力技術(shù)的發(fā)展和用戶對(duì)供電可靠性要求的提高，小電流接地系統(tǒng)成為配電網(wǎng)的主要接地方式。小電流接地系統(tǒng)單相接地故障選線一直是配電網(wǎng)繼電保護(hù)技術(shù)中的難題之一。本文對(duì)小電流故障選線算法進(jìn)行了歸納和綜述，回顧了近年國(guó)內(nèi)外研究者在這一領(lǐng)域所做的廣泛而深入的工作和成果，對(duì)基于穩(wěn)態(tài)和暫態(tài)信息的故障選線方法進(jìn)行了歸納總結(jié)，并分析了各種算法的優(yōu)缺點(diǎn)，深入探討了今后研究的難點(diǎn)和研究的方向。

關(guān)鍵詞：?jiǎn)蜗嘟拥?；小電流接地選線；穩(wěn)態(tài)量；暫態(tài)量

0 引言

我國(guó)電力系統(tǒng)中心點(diǎn)接地方式有兩種，即中性點(diǎn)直接接地方式和中性點(diǎn)不直接接地方式。配電網(wǎng)大多采取用中性點(diǎn)不直接接地方式，在這種系統(tǒng)中，發(fā)生單相接地故障時(shí)，接地短路電流較小，故稱之為小電流接地系統(tǒng)。其我國(guó)大多數(shù)配電網(wǎng)均采取小電流接地系統(tǒng)。在小電流接地系統(tǒng)中，單相接地故障發(fā)生率最高，占配電網(wǎng)故障的80%以上。

當(dāng)發(fā)生小電流接地故障后需要盡快選出故障線路。小電流接地系統(tǒng)故障選線的研究現(xiàn)狀研究小電流接地系統(tǒng)故障選線的方法有很多種。僅基于穩(wěn)態(tài)量的各種工作選線技術(shù)在使用時(shí)效果不理想。此外，還有基于數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)、相關(guān)分析、無(wú)功檢測(cè)、多判據(jù)融合等多種選線方法。以上方法對(duì)于在特定條件的小電流接地系統(tǒng)的故障選線有一定的優(yōu)點(diǎn)。

1 幾種常用選線方法分析

1.1 基于穩(wěn)態(tài)量的故障選線方法

（1） 零序電流比幅法

零序電流比幅法是基于早期的繼電保護(hù)原理，適用于小電流不接地系統(tǒng)。當(dāng)中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)發(fā)生接地故障時(shí)，流過(guò)故障元件的零序電流在數(shù)值上等于其它所有非故障元件對(duì)地電容電流之和，即故障線路上的零序電流最大，因此只要通過(guò)零序電流幅值大小的比較便可以找到故障線路。通常采用“絕對(duì)整定值”原理，即利用了零序電流I0 與某一整定值Iz 做比較，整定值Iz 大于系統(tǒng)內(nèi)任何一條線路的電容電流，如果I0 小于Iz，繼電器不動(dòng)作；如果I0 大于Iz，則極化繼電器動(dòng)作，顯示回路編號(hào)，完成選線。

（2） 零序電流相對(duì)相位法

在小電流接地系統(tǒng)中，故障線路上的零序電流方向?yàn)榫€路流向母線，而其它線路上的零序電流方向則是從母線流向線路。因此只要比較零序電流方向，根據(jù)工作線路上的零序電流流動(dòng)方向不同的特點(diǎn)，可找出故障線路。但是這種方法會(huì)產(chǎn)生的時(shí)針效應(yīng)，相位判斷困難。

（3）群體比幅法

其原理是先進(jìn)行各條線路的I0 比較選出幾個(gè)電流幅值較大的作為候選線路然后在此基礎(chǔ)上進(jìn)行相位比較選出方向與其他不同的線路即為故障線路。該方法在很大程度上解決了前兩種方法存在的問(wèn)題，但不能排除電流互感器不平衡電流以及過(guò)渡電阻的影響，且“時(shí)針效應(yīng)”仍可能存在。

（4） 五次諧波分量法

由于諧波電流方向原理使用的高次諧波分量較小，且易受干擾，運(yùn)行中多使用五次諧波分量法。從過(guò)渡電阻的非線性可知故障點(diǎn)就是一個(gè)諧波源（金屬性接地是經(jīng)電阻接地慢慢發(fā)展而來(lái)的），而且以基波和奇次諧波為主，根據(jù)諧波在整個(gè)系統(tǒng)內(nèi)的分布情況和保護(hù)的要求，使用五次諧波分量為宜。按照基波整定的諧波產(chǎn)生的補(bǔ)償效果， 適用于小電流不接地系統(tǒng)，知零序電流五次諧波分量在中性點(diǎn)經(jīng)性點(diǎn)小電流系統(tǒng)中零序電流基波相同的特點(diǎn)，再利用前述原理，即可解決中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈的選線問(wèn)題。但負(fù)荷中的五次諧波源和過(guò)渡電阻大小，均會(huì)影響選線精度。

1.2 基于暫態(tài)量的選線方法

（1） 首半波法

首半波原理是接地故障發(fā)生在相電壓接近最大值這一假設(shè)。此時(shí)故障相電容電流通過(guò)故障相線路向故障點(diǎn)放電，故障線路分布電容具有衰減振蕩特性。該電流流經(jīng)過(guò)消弧線圈暫態(tài)電感電流的最大值相應(yīng)于相電壓經(jīng)過(guò)零瞬間。利用故障線路暫態(tài)零序電流首半波的幅值和方向均與正常情況不同的特點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)選線但故障發(fā)生在相電壓過(guò)零值附近時(shí)，半波電流的暫態(tài)分量值很小，及過(guò)渡電阻的影響，易引起方向誤判。

（2） 暫態(tài)能量差值選線法

發(fā)生單相接地故障后，健全線路的暫態(tài)能量增量為正，故障線路暫態(tài)能量增量為負(fù)，并且絕對(duì)值等于所有健全線路暫態(tài)能量的增量絕對(duì)值的總和。如果是在母線發(fā)生單相接地故障，則每條線路暫態(tài)能量增量均為正值。

1.3 小波法

（1） 基于行波檢測(cè)的故障選線法

小波變換能準(zhǔn)確捕捉到暫態(tài)行波的奇異點(diǎn)，而且其模極大值點(diǎn)和行波波投均具有一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系。因此，在小波變換及其模極大值表示能準(zhǔn)確地描述暫態(tài)行波的故障特征，提取接地行波信息，進(jìn)而構(gòu)成有效接地選線判據(jù)。

（2） 利用小波包分解的檢測(cè)方法

提出了一種基于小波包的接地故障選線的判據(jù)：根據(jù)能量最大原則確定暫態(tài)電流最集中的特征頻帶，再比較各條線路特征頻帶的模最大值首半波的極性以確定故障線路。該判斷過(guò)程簡(jiǎn)單，而且抗干擾能力強(qiáng)，并且能夠在只有2 回線路的情況下選出故障線路。試驗(yàn)結(jié)果表明，該判據(jù)不受接地條件及接地方式的影響，就能夠更準(zhǔn)確可靠地選出故障線路。

1.4 基于粗集理論與小波包結(jié)合算法

此算法是將采集的零序故障信號(hào)進(jìn)行高速的采樣，采樣的信號(hào)近似接近實(shí)際信號(hào)。小波變換能準(zhǔn)確捕捉到暫態(tài)行波的奇異點(diǎn)，而且其模極大值點(diǎn)和行波波投均具有一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系，再通過(guò)AD轉(zhuǎn)換獲得暫態(tài)零序電流四分之一周波的最大值和首波極性，根據(jù)最小決策算法確定采樣后的信號(hào)增強(qiáng)比例。還根據(jù)能量最大的原則去實(shí)現(xiàn)故障選線。

1.5 多判據(jù)融合方法

D-S證據(jù)理論、利用拓?fù)淅碚摗?、模糊理論、人工神?jīng)網(wǎng)絡(luò)等實(shí)現(xiàn)選算法的多判據(jù)融合，彌補(bǔ)單一選線判據(jù)在現(xiàn)實(shí)應(yīng)用中選線不可靠的缺點(diǎn)。

此外，還有基于數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)、相關(guān)分析、無(wú)功檢測(cè)、多判據(jù)融合等多種選線方法。以上方法對(duì)于在特定條件的小電流接地系統(tǒng)的故障選線有一定的優(yōu)點(diǎn)。

2結(jié)論

本文分析了小電流接地故障選線的基本原理和方法綜述，對(duì)當(dāng)前小電流故障選線算法進(jìn)行了歸納，當(dāng)發(fā)生小電流接地故障后需要盡快選出故障線路。小電流接地系統(tǒng)故障選線的研究現(xiàn)狀研究小電流接地系統(tǒng)故障選線的方法有很多種。僅基于穩(wěn)態(tài)量的各種工作選線技術(shù)在使用時(shí)效果不理想?；仡櫫私陣?guó)內(nèi)外研究者在這一領(lǐng)域所做的廣泛而深入的工作和成果，對(duì)基于穩(wěn)態(tài)和暫態(tài)信息的故障選線方法進(jìn)行了歸納總結(jié)，并分析了各種算法的優(yōu)缺點(diǎn)，深入探討了今后研究的難點(diǎn)和研究的方向。分析了各種算法的優(yōu)缺點(diǎn)，在下一階段還需要進(jìn)一步研究和改進(jìn)。

參考文獻(xiàn)：

[1].張國(guó)清.小電流接地系統(tǒng)單相接地故障處理.農(nóng)村電氣化[J].2006，233（10）：29-30.

[2].戴慶富，許童羽.配網(wǎng)變壓器布點(diǎn)方式與節(jié)電效益分析.電世界[J].1999，11：38-39.

[3].張予臨. 小電流接地系統(tǒng)單相接地電容電流的測(cè)量.電世界[J].2000，10：9-10.

[4].譙坤.小電流接地系統(tǒng)單相接地故障判斷和處理. 農(nóng)村電氣化[J].2005213（2）：5-6農(nóng)村電氣化[J].