基于小電流靈活接地的單相接地處理

陳晨

摘 要：改革后，我國(guó)的科學(xué)技術(shù)水平不斷進(jìn)步?，F(xiàn)階段，為了更好地利用中性點(diǎn)不接地和經(jīng)消弧線圈接地的運(yùn)行優(yōu)點(diǎn)，更好地應(yīng)對(duì)電力系統(tǒng)發(fā)生的單相接地故障，提出一種基于小電流靈活接地方式的單相接地故障處理及控制方法。通過(guò)開關(guān)控制消弧線圈的投切完成系統(tǒng)中性點(diǎn)不接地方式和經(jīng)消弧線圈接地方式之間的轉(zhuǎn)換，系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)消弧線圈為斷開狀態(tài)，若系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障，迅速采集故障零序信號(hào)后，馬上投入消弧線圈進(jìn)行補(bǔ)償。利用采集獲得的故障零序信號(hào)，大大提高故障選線的準(zhǔn)確性。通過(guò)對(duì)本控制流程中的故障選線和消弧線圈補(bǔ)償效果等方面的分析，并用Matlab建立仿真模型進(jìn)行仿真分析，大量仿真表明該方法的正確性和可行性。

關(guān)鍵詞：小電流靈活接地;單相接地故障;消弧線圈;故障選線

引言

我國(guó)中低壓配電網(wǎng)中大多采用小電流接地系統(tǒng)，但是此系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障的概率極高且此故障占各種故障類型的80%左右。雖然按照電力系統(tǒng)相關(guān)規(guī)定可以帶故障繼續(xù)運(yùn)行1～2h，但是系統(tǒng)在長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行下容易造成多相短路，從而造成整個(gè)電1路的短路，因此發(fā)生故障后應(yīng)該盡快找出故障線路并將其切除。選線問(wèn)題的研究一直是各位學(xué)者研究的難點(diǎn)，現(xiàn)有基于穩(wěn)態(tài)量和基于暫態(tài)量的選線方法?；跁簯B(tài)量的選線方法克服了穩(wěn)態(tài)算法靈敏度低的確點(diǎn)，且在故障電流中暫態(tài)量十分豐富。因此本文選擇了基于暫態(tài)量算法且對(duì)信號(hào)分析精確的小波分析法。

1小電流接地選線難點(diǎn)

目前小電流接地系統(tǒng)選線的難點(diǎn)是由于電流小，導(dǎo)致故障信號(hào)不易提取無(wú)法增卻選線。特別是當(dāng)發(fā)生高阻接地故障時(shí)，故障點(diǎn)有很高的過(guò)渡電阻，其阻值甚至達(dá)到上千Ω，從而導(dǎo)致故障特征極其不明顯，不易找出差距，不易檢測(cè)與辨識(shí)。目前的接地選線技術(shù)在發(fā)生高阻接地故障時(shí)很難檢測(cè)，有研究表明，在高阻接地時(shí)，傳統(tǒng)檢測(cè)成功率不足20%。在我國(guó)，配電網(wǎng)發(fā)生導(dǎo)線墜落大地等高阻接地的情況時(shí)，會(huì)有人身觸電等潛在風(fēng)險(xiǎn)，并且，也發(fā)生過(guò)多起此次事故，因此，高阻接地的檢測(cè)與選線亟待解決。

2小電流接地故障的處理

（1）發(fā)生接地故障后，值班人員應(yīng)根據(jù)設(shè)備運(yùn)行狀況作出判斷，弄清情況后報(bào)告上級(jí)電調(diào)和有關(guān)負(fù)責(zé)人員，然后查找具體接地線路和設(shè)備。（2）檢查站內(nèi)各項(xiàng)電壓指示，查看各用電設(shè)備有無(wú)故障現(xiàn)象，并根據(jù)電壓指示和設(shè)備故障對(duì)接地位置進(jìn)行判斷;如果無(wú)法找出故障點(diǎn)，需考慮線路問(wèn)題，查找線路時(shí)，考慮將電網(wǎng)進(jìn)行分割，從而判斷出接地區(qū)域;操作線路時(shí)，應(yīng)首先試?yán)我O(shè)備或空載線路，對(duì)重要設(shè)備可通過(guò)轉(zhuǎn)移負(fù)荷來(lái)進(jìn)行接地點(diǎn)查找。（3）如果經(jīng)過(guò)以上查找，故障點(diǎn)仍未找到，此時(shí)就需要考慮兩條線路同時(shí)接地或母線接地的情況了，可以按一定順序選切線路，選切時(shí)關(guān)注各相相電壓指示的變化情況，如果選切完成后各相相電壓值沒(méi)有變化，則可能是站內(nèi)設(shè)備接地。

3

3.1基于故障暫態(tài)量選線方法的研究

3.1.1小波變換法

小波變換法將零序電流或其他信號(hào)經(jīng)過(guò)小波變換后，能提取到故障特征頻帶，該特征頻帶內(nèi)含有豐富的故障信息。通過(guò)頻帶內(nèi)信息的幅值、極性、能量等可以結(jié)合得出不同的判據(jù)進(jìn)行選線。通過(guò)小波變換進(jìn)行信號(hào)處理，然后和零序電壓首半波的極性結(jié)合在一起作為故障判據(jù)，構(gòu)造出的判據(jù)能夠克服不受接地方式、接地電阻以及發(fā)生故障時(shí)電壓的幅值的影響，能在任意時(shí)刻故障時(shí)都保持比較高的選線準(zhǔn)確率。但小波變換的缺點(diǎn)很明顯，因?yàn)樾〔ㄗ儞Q必須事先確定基函數(shù)，并且基函數(shù)的選取影響著分解的效果，所以很難事先找到一個(gè)合適基函數(shù)，是小波變換能分解出最優(yōu)的效果。

3.1.2多種判據(jù)融合的選線方法

此方法的原理是通過(guò)多種故障與非故障線路所得到的特征的不同，把多種不同的特征結(jié)合起來(lái)作為新的判斷依據(jù)。通過(guò)EEMD取得零序電流的IMF分量，并與能量熵的理論結(jié)合，構(gòu)造出零序電流能量熵的判據(jù)，提高的EEMD選線的可靠性。運(yùn)用兩種智能算法即神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和粒子群算法，將其兩種算法融合，構(gòu)造出優(yōu)化后的模型，最后能夠正確選線。將BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與故障暫態(tài)諧波量相結(jié)合，該方法能夠在過(guò)渡電阻較大時(shí)依然正確選線。理論上，多種判據(jù)融合的方法能克服單一選線方法存在的缺點(diǎn)，通過(guò)不同方法的優(yōu)化組合，能的出更加穩(wěn)定有效地故障判據(jù)，但是目前僅存在理論階段，還未能有實(shí)際應(yīng)用。

3.2基本流程及實(shí)施過(guò)程

當(dāng)系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，中性點(diǎn)的位移電壓U0的值小于系統(tǒng)相電壓Uψ的15 %;當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，U0快速增大，當(dāng)U0的值大于等于預(yù)訂的閾值，則由（1）式可判定系統(tǒng)了發(fā)生單相接地故障。非故障線路上的零序電流和故障線路上的零序電流，找出線路中幅值最大的三個(gè)零序電流，按照幅值大小順序分別記為 I41，I42，I43。若其中一條線路電流的相位方向和其他兩條線路方向相反則該線路發(fā)生故障，若3個(gè)電流同向則為母線故障。選線流程如圖1。

3.3小波的奇異性檢測(cè)原理與選線判據(jù)

小電流接地系統(tǒng)發(fā)生單相故障時(shí)，故障電流會(huì)突然發(fā)生改變，故障電流的突變應(yīng)成為奇異性。對(duì)于突變的信號(hào)，小波變換能敏銳的捕捉到信號(hào)劇烈變化的特征信息，將信號(hào)中的奇異點(diǎn)投影在小波域中，經(jīng)分析變換得小波變換系數(shù)的模極值點(diǎn)。因此，原始信號(hào)的突變的強(qiáng)弱程度也能根據(jù)模極大值的大小反應(yīng)出來(lái)，即在奇異點(diǎn)處系數(shù)擁有模極大值，就暫態(tài)故障分析而言，故障發(fā)生的時(shí)間點(diǎn)處就是該極大值出現(xiàn)的時(shí)間。小波變換的模極大值點(diǎn)與原始信號(hào)突變點(diǎn)相對(duì)應(yīng)，本文選線的基本原理就是基于此。故障發(fā)生瞬間電流會(huì)突然發(fā)生改變，此時(shí)所有非故障線路暫態(tài)零序電流突變的極性相同且與故障線路相反。利用小波奇異性檢測(cè)理論對(duì)各條線路故障信號(hào)進(jìn)行小波變換，然后將經(jīng)小波變換后信號(hào)的模極大值大小和極性進(jìn)行比較和分析。本文根據(jù)上述分析以及中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地故障暫態(tài)特性制定了選線判據(jù)：①若某一條線路零序電流經(jīng)小波分解后，小波變換模極大值比其他線路大且極性與其他線路相反，則判定此線路為故障線路。②若所有線路零序電流小波變換模極大值極性相同，則判定為母線故障。

結(jié)語(yǔ)

通過(guò)開關(guān)靈活控制消弧線圈的接入時(shí)序，利用信號(hào)采樣裝置采集發(fā)生故障時(shí)電力系統(tǒng)中性點(diǎn)處于不接地狀態(tài)下的電氣量，再采用基波群體比幅比相法來(lái)選線，該選線方法準(zhǔn)確性高，實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)便，成本可控，實(shí)用性好，不影響現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行的可靠性和安全性;接入消弧線圈后能夠充分發(fā)揮消弧線圈的補(bǔ)償效果，減少接地故障電流，熄滅接地弧光。通過(guò)對(duì)小電流靈活接地系統(tǒng)進(jìn)行仿真和分析，結(jié)果表明，基于小電流靈活接地的單相接地故障處理方法是切實(shí)可行的。

參考文獻(xiàn)

[1]余銀輝，王文明，孫煒.發(fā)電機(jī)斷路器對(duì)單相接地故障影響的研究[J].電力安全技術(shù)，2018，20（4）：52-55.

[2]吳曉清.小電流接地系統(tǒng)單相接地與壓變異常分析[J].電力安全技術(shù)，2018，20（9）：33-35.

[3]薛永端，馮祖仁，徐丙根，等.基于暫態(tài)零序電流比較的小電流接地選線研究[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2003，27（9）：48-53.

[4]黃園圓.提高小電流接地選線裝置選線正確率的措施[J].廣東電力，2010，23（10）：103-105.

[5]陳國(guó)青，杜景琦，梁仕斌，等.基于小波分析及振動(dòng)信號(hào)灰度矩的水電機(jī)組振動(dòng)區(qū)建立方法研究[J].科學(xué)技術(shù)與工程，2016，16（35）：215-219.