基于小電流靈活接地的單相接地處理

陳晨

摘 要：改革后，我國的科學技術水平不斷進步。現階段，為了更好地利用中性點不接地和經消弧線圈接地的運行優點，更好地應對電力系統發生的單相接地故障，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。通過開關控制消弧線圈的投切完成系統中性點不接地方式和經消弧線圈接地方式之間的轉換，系統正常運行時消弧線圈為斷開狀態，若系統發生單相接地故障，迅速采集故障零序信號后，馬上投入消弧線圈進行補償。利用采集獲得的故障零序信號，大大提高故障選線的準確性。通過對本控制流程中的故障選線和消弧線圈補償效果等方面的分析，并用Matlab建立仿真模型進行仿真分析，大量仿真表明該方法的正確性和可行性。

關鍵詞：小電流靈活接地;單相接地故障;消弧線圈;故障選線

引言

我國中低壓配電網中大多采用小電流接地系統，但是此系統發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。雖然按照電力系統相關規定可以帶故障繼續運行1～2h，但是系統在長時間運行下容易造成多相短路，從而造成整個電1路的短路，因此發生故障后應該盡快找出故障線路并將其切除。選線問題的研究一直是各位學者研究的難點，現有基于穩態量和基于暫態量的選線方法。基于暫態量的選線方法克服了穩態算法靈敏度低的確點，且在故障電流中暫態量十分豐富。因此本文選擇了基于暫態量算法且對信號分析精確的小波分析法。

1小電流接地選線難點

目前小電流接地系統選線的難點是由于電流小，導致故障信號不易提取無法增卻選線。特別是當發生高阻接地故障時，故障點有很高的過渡電阻，其阻值甚至達到上千Ω，從而導致故障特征極其不明顯，不易找出差距，不易檢測與辨識。目前的接地選線技術在發生高阻接地故障時很難檢測，有研究表明，在高阻接地時，傳統檢測成功率不足20%。在我國，配電網發生導線墜落大地等高阻接地的情況時，會有人身觸電等潛在風險，并且，也發生過多起此次事故，因此，高阻接地的檢測與選線亟待解決。

2小電流接地故障的處理

（1）發生接地故障后，值班人員應根據設備運行狀況作出判斷，弄清情況后報告上級電調和有關負責人員，然后查找具體接地線路和設備。（2）檢查站內各項電壓指示，查看各用電設備有無故障現象，并根據電壓指示和設備故障對接地位置進行判斷;如果無法找出故障點，需考慮線路問題，查找線路時，考慮將電網進行分割，從而判斷出接地區域;操作線路時，應首先試拉次要設備或空載線路，對重要設備可通過轉移負荷來進行接地點查找。（3）如果經過以上查找，故障點仍未找到，此時就需要考慮兩條線路同時接地或母線接地的情況了，可以按一定順序選切線路，選切時關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有變化，則可能是站內設備接地。

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3.1基于故障暫態量選線方法的研究

3.1.1小波變換法

小波變換法將零序電流或其他信號經過小波變換后，能提取到故障特征頻帶，該特征頻帶內含有豐富的故障信息。通過頻帶內信息的幅值、極性、能量等可以結合得出不同的判據進行選線。通過小波變換進行信號處理，然后和零序電壓首半波的極性結合在一起作為故障判據，構造出的判據能夠克服不受接地方式、接地電阻以及發生故障時電壓的幅值的影響，能在任意時刻故障時都保持比較高的選線準確率。但小波變換的缺點很明顯，因為小波變換必須事先確定基函數，并且基函數的選取影響著分解的效果，所以很難事先找到一個合適基函數，是小波變換能分解出最優的效果。

3.1.2多種判據融合的選線方法

此方法的原理是通過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合起來作為新的判斷依據。通過EEMD取得零序電流的IMF分量，并與能量熵的理論結合，構造出零序電流能量熵的判據，提高的EEMD選線的可靠性。運用兩種智能算法即神經網絡和粒子群算法，將其兩種算法融合，構造出優化后的模型，最后能夠正確選線。將BP神經網絡與故障暫態諧波量相結合，該方法能夠在過渡電阻較大時依然正確選線。理論上，多種判據融合的方法能克服單一選線方法存在的缺點，通過不同方法的優化組合，能的出更加穩定有效地故障判據，但是目前僅存在理論階段，還未能有實際應用。

3.2基本流程及實施過程

當系統正常運行時，中性點的位移電壓U0的值小于系統相電壓Uψ的15 %;當系統發生單相接地故障時，U0快速增大，當U0的值大于等于預訂的閾值，則由（1）式可判定系統了發生單相接地故障。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生故障，若3個電流同向則為母線故障。選線流程如圖1。

3.3小波的奇異性檢測原理與選線判據

小電流接地系統發生單相故障時，故障電流會突然發生改變，故障電流的突變應成為奇異性。對于突變的信號，小波變換能敏銳的捕捉到信號劇烈變化的特征信息，將信號中的奇異點投影在小波域中，經分析變換得小波變換系數的模極值點。因此，原始信號的突變的強弱程度也能根據模極大值的大小反應出來，即在奇異點處系數擁有模極大值，就暫態故障分析而言，故障發生的時間點處就是該極大值出現的時間。小波變換的模極大值點與原始信號突變點相對應，本文選線的基本原理就是基于此。故障發生瞬間電流會突然發生改變，此時所有非故障線路暫態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理論對各條線路故障信號進行小波變換，然后將經小波變換后信號的模極大值大小和極性進行比較和分析。本文根據上述分析以及中性點經消弧線圈接地故障暫態特性制定了選線判據：①若某一條線路零序電流經小波分解后，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。

結語

通過開關靈活控制消弧線圈的接入時序，利用信號采樣裝置采集發生故障時電力系統中性點處于不接地狀態下的電氣量，再采用基波群體比幅比相法來選線，該選線方法準確性高，實現簡便，成本可控，實用性好，不影響現場運行的可靠性和安全性;接入消弧線圈后能夠充分發揮消弧線圈的補償效果，減少接地故障電流，熄滅接地弧光。通過對小電流靈活接地系統進行仿真和分析，結果表明，基于小電流靈活接地的單相接地故障處理方法是切實可行的。

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