配電網(wǎng)間歇性電弧接地故障選線方法

皇甫武軍 李晨露 李 翔 王月萍

（國網(wǎng)河南省電力公司洛陽供電公司 河南洛陽 471000）

1 配電網(wǎng)間歇性電弧接地故障選線概述

在我國電力系統(tǒng)中，將110kV及其以上的配電網(wǎng)絡(luò)發(fā)生單項接地故障成為大電流接地系統(tǒng)故障。將10kV的配電網(wǎng)絡(luò)發(fā)生的單相接地故障稱為小電流接地系統(tǒng)故障。間歇性電弧接地故障一般是發(fā)生在小電流接地系統(tǒng)中。大電流系統(tǒng)的接地故障一般修復(fù)較為簡單，根據(jù)其故障點電流較大容易檢測的特點。一般采用配電網(wǎng)絡(luò)FTU或者FPI檢測過流現(xiàn)象的電流法進行選線定位。小電流系統(tǒng)的接地故障處理起來較為棘手，這是因為發(fā)生間接性電弧接地故障時故障點流經(jīng)電流較小，三相線電壓依舊能保持平衡，配電網(wǎng)絡(luò)可以帶故障運行1～2h。故障線路的隱蔽性高，在進行故障線路選線定位時難度較大如不能及時處理還會造成故障范圍擴大化，傳統(tǒng)的處理間歇性電弧接地故障時只能采取人工拉線的方式進行確定，費時費力不說還會造成供電網(wǎng)絡(luò)的大面積停電。隨著我國科技的日益進步，針對間歇性電弧接地故障的選線技術(shù)也取得了一些成就。現(xiàn)在處理小電流接地系統(tǒng)間歇性電弧接地故障采用的方法主要有兩種。分貝時是故障電氣量特征法和外加注信號法。故障電氣量特征法是根據(jù)分析故障信號特征如零序電壓、零序電流、無功分量、有功分量、殘余電流、負序電流、諧波等信號的特征分量進行故障選線。其缺點在于但遇到間歇性故障與故障點電弧不穩(wěn)的情況時因為缺少穩(wěn)定的穩(wěn)態(tài)特征信號而難以判斷甚至產(chǎn)生誤判，為了彌補這一缺陷故障電氣量特征法還會使用暫態(tài)選線法進行輔助選線。在線路系統(tǒng)中暫態(tài)特征信號分量時遠遠大于穩(wěn)態(tài)信號特征分量的。但暫態(tài)選線法的問題在于暫態(tài)特征信號出現(xiàn)時間極短，對于信息收集并不方便。一般使用的故障電氣量特征法有首半波法、小波分析法、Prony法等。第二種外加信號法是通過對系統(tǒng)內(nèi)發(fā)射脈沖信號或者S信號，探測接地點返回信號或出線阻尼率實現(xiàn)故障選線工作。其缺點在于需要進行信號源與檢測設(shè)備的資金投入以及注入信號功率受到互感器容量限制、對間歇性接地電弧檢測效果較差。這些問題都對選線方法提出了更高的要求。

2 自適應(yīng)陷波濾波器算法原理

本文采用的適應(yīng)陷波濾波器算法是取配電線路故障提取出來進行諧波電流的5次諧波計算。通過分析非故障線路的相位與故障線路的相位相反，以及故障線路中的諧波幅值是所有非故障線路幅值總和的特征作為故障選線的判據(jù)，從而確定出故障線路。自適應(yīng)陷波濾波器算法具體計算方法是通過單獨提取出線路零序電流中的5次諧波信號，利用自適應(yīng)陷波濾波器可以跟蹤信號頻率變化來改變陷波頻率的特點通過設(shè)置適宜的陷波頻率，就可以確定實時、準確的5次諧波信號。自適應(yīng)陷波濾波器算法相比以前利用傅立葉變換法計算諧波電流中的5次諧波信號其優(yōu)勢在于。傅立葉變換法想要分離出故障線路中的諧波，是通過分離出故障線路中的基波及頻率為基波頻率整數(shù)倍的各次諧波的幅值和相位實現(xiàn)的。但在使用傅立葉方法進行計算分析時，是假定頻率已知的情況下，而在實際的計算過程中頻率是不斷變化的。因此傅立葉方法進行性諧波計算時存在頻譜泄漏和柵欄效應(yīng)影響計算結(jié)果，進而導(dǎo)致故障線路的選線與定位的準確性。而自適應(yīng)陷波濾波器算法就不存在受頻譜泄漏和柵欄效應(yīng)影響計算的問題。并且自適應(yīng)陷波濾波器算法經(jīng)過MATLAB仿真實驗后表明了該算法的準確性和可靠性。

3 自適應(yīng)陷波濾波器算法故障選線原理

（1）零序電流的5次諧波分量分析

當(dāng)小電流接地系統(tǒng)發(fā)生間歇性電弧接地故障時由于受到消弧圈及故障點的電氣設(shè)備的非線性影響，會使得故障電流中存在諧波信號。諧波出現(xiàn)頻率相應(yīng)升高其電流中含量就會減少，通常實驗驗證在以基波值為基數(shù)的百分比中，5次諧波電流所占百分比為2～9%。7次諧波電流所占百分比為2～4%。考慮到消弧電圈對5次諧波電流的補償作用僅相當(dāng)于工頻時的1/25，對整體幾乎沒有影響，因此忽略消弧電圈對5次諧波電流的補償作用。這樣就能利用非故障線路與故障線路中的零序電流的5次諧波分量特點進行選線定位，含有異常多的5次諧波信號的零序電流就是故障線路。

（2）零序電流的5次諧波分量的幅值分析

當(dāng)小電流接地系統(tǒng)發(fā)生間歇性電弧接地故障還會有一個明顯的特征那就是在故障系統(tǒng)中零序電流產(chǎn)生的5次諧波分量的幅值是其他所有得非故障線路零序電流的5次諧波分量的幅值總和，并且故障線路和非故障線路的零序電流在相位上呈現(xiàn)反相相位。根據(jù)這一特點可以通過自適應(yīng)陷波濾波器分別計算出小電流接地系統(tǒng)中線路中零序電流的5次諧波分量幅值。找出所有線路中的諧波分量幅值最大的線路定為疑似故障線路，再將其他線路的諧波分量幅值相加，根據(jù)疑似線路諧波幅值是否是其他線路諧波幅值得總和進行故障線路的進一步確定。

4 自適應(yīng)陷波濾波器算法仿真實驗

任何一種技術(shù)如果不進行仿真實驗驗證，那么都是不成熟不完善的。本文利用MATLAB系統(tǒng)對自適應(yīng)陷波濾波器算法進行驗證實驗。實驗通過建立出5條出電線路的10kV配電站模型進行仿真實驗分析。其中1號線路為故障線路。利用自適應(yīng)陷波濾波器對這5條出電線路的零序電流提取五次諧波分量進行分析如表1所示。

表1

根據(jù)表中數(shù)據(jù)分析可知，1號線路中諧波幅值近似等于線路2號、3號、4號、5號線路的諧波幅值的總和且誤差絕對值ΔL分別為0.0129，0.0117，0.0544，0.0569，0.0191。由此可以判定出線路1為故障線路。

5 結(jié)語

本文通過仿真實例對配電網(wǎng)中小電流接地系統(tǒng)在發(fā)生間歇性電弧接地故障的情況作了詳細分析，并針對當(dāng)前技術(shù)對間歇性電弧接地故障修復(fù)效果不佳，提出了利用自適應(yīng)陷波濾波器算法進行小電流接地系統(tǒng)發(fā)生歇性電弧接地故障選線處理。從仿真實驗結(jié)果來看自適應(yīng)陷波濾波器算法在小電流接地系統(tǒng)發(fā)生歇性電弧接地故障選線中發(fā)揮的效果良好，可靠性高準確性穩(wěn)定。可以在配單網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中進行普及。但不穩(wěn)定電弧和間歇性電弧接地故障在實際情況中較為復(fù)雜只使用一種技術(shù)是沒有辦法完全處理，因此要加強不穩(wěn)定電弧和間歇性電弧接地故障進行分類別研究。只有這樣才能更好的建設(shè)國家電網(wǎng)。