配電網諧振接地系統故障選線方法

孫慶斌

摘 要：配電網中性點的接地方式有很多種，主要包括中性點經消弧線圈接地系統、中性點經小電阻接地系統、中性點直接接地系統、中性點經高阻接地系統和中性點不接地系統，而不同的接地方式對故障監測裝置、過電壓保護條件、設備的絕緣水平、接地裝置等要求不一。因此對配網系統發生單相接地故障后，按照系統是否需要故障監測裝置，將中性點接地方式分為大電流接地方式和小電流接地方式。大電流接地方式具體包括兩種接地方式：中性點直接接地和中性點經小電阻接地;小電流接地方式具體包括三種接地方式：中性點不接地、中性點經消弧線圈接地、中性點經高阻接地。

關鍵詞：配電網;諧振接地系統;故障選線方法

引言

我國中壓配電網多采用小電流接地系統，主要有中性點不接地、中性點經消弧線圈接地兩種接地方式。其中諧振接地系統發生單相接地故障后，消弧線圈的補償作用使得故障電流微弱、零序電流方向不定。此外，受線路的結構參數、互感器飽和現象、電弧不穩定性等因素的影響，信號的檢測和選線很困難。

1配電網諧振接地系統故障概述

諧振接地系統經消弧線圈接地方式因具有易熄滅電弧和減小過電壓危害等優勢，被廣泛應用于3～60kV的中壓配電網中，然而由于消弧線圈的補償作用，導致故障電流微弱，零序電流方向不定和出現“虛幻接地”或“換相”的現象，這都使得諧振接地系統故障選線問題未能得到根本性解決，制約了配電網安全可靠供電運行。目前，主要是利用故障信號暫態量實現故障選線，以零序電流的能量，電壓或電流幅值，極性和突變量為依據篩選故障線路。以“能量最大”為標準確定零序電流的特征頻帶，提出相對能量法實現故障選線;通過比較相鄰監測點故障電流的極性判別故障線路;根據故障時相電壓和相電流突變量之間的關系，提出一種故障定位方法。上述方法會受到故障電流微弱，方向不定和換相影響出現選線失誤，同時僅利用故障電流某一方面的特征構造選線依據具有片面性，當該故障特征不明顯時，易出現誤判。

2配電網諧振接地系統故障選線方法

2.1故障特征獲取方法

基于現有配電網和未來泛在電力物聯網的先進傳感技術，從故障發生后的信息傳感環節出發，利用高精度的光耦PT、電子互感器、羅氏線圈等新型、微納傳感等新型傳感技術降低傳輸誤差，將一次側微弱的故障信息有效地傳遞至二次側進行處理，尤其是高阻接地故障時特征信號的有效獲取和采集;同時利用人工神經網絡、D-S證據理論、模糊理論、粗糙集理論等先進的數字信號處理方法對高頻信號中暫態信息進行有效挖掘與傳遞，并且捕捉健全線路和故障線路電氣特征的差異，進而構造有效的故障選線方法。

2.2全過程全頻段多源信息融合的故障選線方法

現有的多數暫態法是依據局部頻段的故障信息進行選線，而穩態法主要利用工頻以下和少量的5次、7次諧波信號進行選線。在實現過程中利用濾波器濾除不用的信息，僅僅利用了故障時的部分頻帶或工頻等局部信息來進行選線，可能會降低故障選線的可靠性。此外，現有故障信息更多基于故障線路自身或連接母線的近端信息，相鄰的站域或遠端信息也是故障信息的重要來源。綜合利用故障后暫態過程至穩態全過程的故障信息，即故障全過程全頻帶信息的融合互補，近端信息和遠側信息共享，不僅能夠全面的反映健全線路與故障線路的特征差異，更有助于提高故障選線的準確度，同時還能降低濾波器的設計要求，從本質上解決現有方法所帶來的不足。

2.3適應復雜場景的綜合故障選線判據冗余方案

隨著大量的分布式電源、隨機性用電負荷（充電樁、儲能裝置）以及非線性電力電子器件等的接入，配電網的運行方式呈現出更加多樣化、復雜化的特點，其故障特征較傳統配電網已有較大差別，采用單一的故障選線判據構成的選線方案難以適應復雜的故障工況。因此，有必要探究適應現代配電網故障選線的新方法，即構造多種判據相結合的故障選線方案以克服依據單一的故障判據進行故障選線方案的不足，充分實現多個判據優勢互補的綜合選線方案，最大程度上提高故障選線的可靠性。與此同時，結合中壓配電網永久故障就地隔離處理的要求，有必要深入研究單相接地故障時永久性故障識別的方法，進一步提升配電網諧振接地系統故障處理的主動性和自愈能力。

2.4殘流增量法

殘流增量法是通過串并聯電阻或改變消弧線圈補償度，增強故障線路與健全線路的零序分量的故障特征差異，通過比較各線路中零序電流變化量的特征實現故障選線。提出智能接地配電系統的概念，綜合消弧柜熄弧與中性點投入中電阻進行故障選線的優點，既能可靠熄弧又解決了單相接地選線難的問題。采用中電阻與消弧線圈并聯的方式來增大故障點上游的零序電流進行故障選線。對故障各線路零序電流隨過補償度動態調節變化的特性進行了詳細分析，為殘流增量法的改進提供理論基礎。利用故障相接地實現可靠熄弧，結合故障相接地前后和故障相接地斷開前后系統零序電壓和各點零序電流的變化特征，進行故障選線。

結語

本文對配電網諧振接地系統單相接地故障選線近年來的相關研究工作進行了總結與歸納，現有大量的研究工作對諧振接地系統相關技術的發展奠定了良好的基礎，但未來有必要進一步探究現代配電網在單相接地故障中暫態和穩態全過程的更加全面的故障特征，同時需要將成熟的現代數字信號處理手段融入到故障特征提取技術中，構造多種信息融合的故障判據選線方案，助力于現代配電網諧振接地系統以提高故障選線的性能。

參考文獻

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