基于參數識別原理的單相接地選線裝置的研究與應用

趙雪林 林蒙丹

（1.徐州華美電力工程有限責任公司，江蘇 徐州 221006；2.徐州工業職業技術學院機電學院，江蘇 徐州 221000）

1 單相接地選線裝置研究的意義

近年來，國內外學者將模糊理論、神經網絡、小波分析和Prony方法等工具應用到了接地選線中，選線的準確性和可靠性得到了提升，但對數學模型特征的分析和利用上，在配電網本身還缺乏足夠的研究和重視。

目前，徐礦集團各礦、廠所轄的變電站6/10kV系統裝設有小電流接地選線裝置，變電所綜合自動化改造前，使用的選線裝置準確率均很低，不能滿足運行需要。2003年變電所實施綜合自動化改造，期間研究應用了基于“時序鑒別法”的選線裝置，準確率有所提高。隨著中壓線路電纜化率的提高，變電站安裝了消弧線圈，使得單相接地電容電流很小。對于這些變電所，使用穩態信號作為判據的時序鑒別法，選線準確率也較低。因此，有必要進一步研究應用新的選線原理，以提高單相接地選線準確率。

2 基于參數識別原理的單相接地選線方法

“基于模型參數識別”是本文提出的一種新型小電流接地系統故障選線方法，并基于此原理方法開發出選線裝置。其原理將線路等效為兩側對地電容值不相等的∏模型，在故障零序網絡中，對外部發生故障時的數學模型建立在每條線路中,最小二乘意義下的母線側對地電容參數C的估計值，是利用暫態零序電壓電流數據求解模型實現的。進一步識別出故障線路是根據求解得到的模型對地電容參數估計值C判斷實際發生的故障是否符合所建立的模型。

該原理不再利用某次諧波分量的電流電壓，保證了原始數據的可靠性，避免了諧波分量提取產生的誤差；在最小二乘意義下對固定的線路模型的一個參數進行辨識，為定值的整定帶來很大方便，避開了直接對電氣量進行比較，方法具有自舉性，耐過渡電阻能力強，不受間歇電弧和消弧線圈影響，不需進行群體比較，滿足了自動化的要求。2.1 單相接地故障分析

對一個有N條出線線路，小電流接地系統線路i發生單相接地故障時，將線路等效成集中參數模型，其等效零序網絡如圖1所示。

圖1 小電流接地系統單相接地故障零序等效網絡圖

當系統發生單相接地故障時，線路背側系統其他元件的零序電流之和是故障線路的零序電流。流經非故障線路的零序電流為其自身的對地的電容電流。[1]。

2.2 故障模型方程的建立

根據此時該線路零序電流電壓的關系，可建立如下方程：

其中u0,i0分別表示保護安裝處實時測得的母線零序電壓和流過線路的零序電流值。R0,L0,C1,C2分別為該線路的零序電阻，電感和電容值。

2.3 模型識別―最小二乘參數估計

為得到更為精確穩定的解，使用最小二乘近似的原理進行求解。對于式（1）模型中未知量為四個線路參數R0，L0和C1,C2，可以表示為形如f(R0,L0,C1,C2)＝0的方程，聯立就可得到一個非線性方程組，求解這個非線形方程組即可得到待求C1。使用最小二乘參數估計可以使模型特征能夠得到更加充分的體現，用另外一組數據又可以估計出一個參數值，然后推移數據窗，供選線使用。如此重復即可求解出待估參數的一個序列,減小了數據計算誤差和采樣誤差等給參數估計帶來的波動性。

3 結論

本文查清了6/10kV供電系統應用的基于“時序鑒別法”的選線裝置,隨著變電所線路電纜化率的提高，投入安裝了消弧線圈，使得單相接地電容電流很小。對于這些變電所，選線準確率較低的問題。主要解決供電系統發生單相接地故障后，故障選線問題。

確定采用“基于參數識別”新方法。為變電所選線裝置設計和定制，得以提高系統接地故障選線的正確率。選線結果能夠有效識別線路故障,受過渡電阻、故障時刻、出線負荷等影響較小。 該選線裝置不僅適合在徐礦集團各廠礦供電系統技術改造項目中使用，同樣適用于其他礦山和工業供電系統技術改造，具有很大的推廣價值和廣泛的應用前景。

［1］陶利國,許云峰.采用數字技術的小電流接地選線和故障定位裝置[J].電力系統保護與控制,2010(7).

［2］郭振興.基于遺傳算法的隨機最優潮流求解研究[D].廣東工業大學,2011.