小電流接地故障選線方法研究

彭濱影 石慶松

摘 要：隨著電力技術的發展和用戶對供電可靠性要求的提高，小電流接地系統成為配電網的主要接地方式。小電流接地系統單相接地故障選線一直是配電網繼電保護技術中的難題之一。本文對小電流故障選線算法進行了歸納和綜述，回顧了近年國內外研究者在這一領域所做的廣泛而深入的工作和成果，對基于穩態和暫態信息的故障選線方法進行了歸納總結，并分析了各種算法的優缺點，深入探討了今后研究的難點和研究的方向。

關鍵詞：單相接地；小電流接地選線；穩態量；暫態量

0 引言

我國電力系統中心點接地方式有兩種，即中性點直接接地方式和中性點不直接接地方式。配電網大多采取用中性點不直接接地方式，在這種系統中，發生單相接地故障時，接地短路電流較小，故稱之為小電流接地系統。其我國大多數配電網均采取小電流接地系統。在小電流接地系統中，單相接地故障發生率最高，占配電網故障的80%以上。

當發生小電流接地故障后需要盡快選出故障線路。小電流接地系統故障選線的研究現狀研究小電流接地系統故障選線的方法有很多種。僅基于穩態量的各種工作選線技術在使用時效果不理想。此外，還有基于數學形態學、相關分析、無功檢測、多判據融合等多種選線方法。以上方法對于在特定條件的小電流接地系統的故障選線有一定的優點。

1 幾種常用選線方法分析

1.1 基于穩態量的故障選線方法

（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原理，適用于小電流不接地系統。當中性點不接地系統發生接地故障時，流過故障元件的零序電流在數值上等于其它所有非故障元件對地電容電流之和，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 大于系統內任何一條線路的電容電流，如果I0 小于Iz，繼電器不動作；如果I0 大于Iz，則極化繼電器動作，顯示回路編號，完成選線。

（2） 零序電流相對相位法

在小電流接地系統中，故障線路上的零序電流方向為線路流向母線，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，根據工作線路上的零序電流流動方向不同的特點，可找出故障線路。但是這種方法會產生的時針效應，相位判斷困難。

（3）群體比幅法

其原理是先進行各條線路的I0 比較選出幾個電流幅值較大的作為候選線路然后在此基礎上進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題，但不能排除電流互感器不平衡電流以及過渡電阻的影響，且“時針效應”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，運行中多使用五次諧波分量法。從過渡電阻的非線性可知故障點就是一個諧波源（金屬性接地是經電阻接地慢慢發展而來的），而且以基波和奇次諧波為主，根據諧波在整個系統內的分布情況和保護的要求，使用五次諧波分量為宜。按照基波整定的諧波產生的補償效果， 適用于小電流不接地系統，知零序電流五次諧波分量在中性點經性點小電流系統中零序電流基波相同的特點，再利用前述原理，即可解決中性點經消弧線圈的選線問題。但負荷中的五次諧波源和過渡電阻大小，均會影響選線精度。

1.2 基于暫態量的選線方法

（1） 首半波法

首半波原理是接地故障發生在相電壓接近最大值這一假設。此時故障相電容電流通過故障相線路向故障點放電，故障線路分布電容具有衰減振蕩特性。該電流流經過消弧線圈暫態電感電流的最大值相應于相電壓經過零瞬間。利用故障線路暫態零序電流首半波的幅值和方向均與正常情況不同的特點，可實現選線但故障發生在相電壓過零值附近時，半波電流的暫態分量值很小，及過渡電阻的影響，易引起方向誤判。

（2） 暫態能量差值選線法

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

1.3 小波法

（1） 基于行波檢測的故障選線法

小波變換能準確捕捉到暫態行波的奇異點，而且其模極大值點和行波波投均具有一一對應的關系。因此，在小波變換及其模極大值表示能準確地描述暫態行波的故障特征，提取接地行波信息，進而構成有效接地選線判據。

（2） 利用小波包分解的檢測方法

提出了一種基于小波包的接地故障選線的判據：根據能量最大原則確定暫態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。該判斷過程簡單，而且抗干擾能力強，并且能夠在只有2 回線路的情況下選出故障線路。試驗結果表明，該判據不受接地條件及接地方式的影響，就能夠更準確可靠地選出故障線路。

1.4 基于粗集理論與小波包結合算法

此算法是將采集的零序故障信號進行高速的采樣，采樣的信號近似接近實際信號。小波變換能準確捕捉到暫態行波的奇異點，而且其模極大值點和行波波投均具有一一對應的關系，再通過AD轉換獲得暫態零序電流四分之一周波的最大值和首波極性，根據最小決策算法確定采樣后的信號增強比例。還根據能量最大的原則去實現故障選線。

1.5 多判據融合方法

D-S證據理論、利用拓撲理論、、模糊理論、人工神經網絡等實現選算法的多判據融合，彌補單一選線判據在現實應用中選線不可靠的缺點。

此外，還有基于數學形態學、相關分析、無功檢測、多判據融合等多種選線方法。以上方法對于在特定條件的小電流接地系統的故障選線有一定的優點。

2結論

本文分析了小電流接地故障選線的基本原理和方法綜述，對當前小電流故障選線算法進行了歸納，當發生小電流接地故障后需要盡快選出故障線路。小電流接地系統故障選線的研究現狀研究小電流接地系統故障選線的方法有很多種。僅基于穩態量的各種工作選線技術在使用時效果不理想。回顧了近年國內外研究者在這一領域所做的廣泛而深入的工作和成果，對基于穩態和暫態信息的故障選線方法進行了歸納總結，并分析了各種算法的優缺點，深入探討了今后研究的難點和研究的方向。分析了各種算法的優缺點，在下一階段還需要進一步研究和改進。

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