基于最優FIR濾波器的小電流接地故障選線技術

摘 要：由于小電流接地系統的故障信號特征不明顯，容易被其他干擾信號掩蓋，導致故障選線不準確。為提升小電流接地故障定位準確度，提出基于最優FIR濾波器的小電流接地故障選線技術。通過分析小電流接地故障的暫態特征，獲取電流接地故障原因。采用EMD分解方法對小電流接地系統各相電路實施零序電流分解，以高頻分量為目標設計最優FIR濾波器。根據建立的最優FIR濾波器，計算線路頻帶信號相應幅值，確定暫態零序電流時頻特征。依據時頻特征的相似性度量結果，制定綜合相關系數，確立判定條件實現小電流接地故障選線。實驗結果表明，所提方法開展小電流接地故障選線時，選線判據靈敏度高且抗噪性較好。由此證明，所提方法在小電流接地故障選線時具有較高的應用效果。

關鍵詞：最優FIR濾波器；小電流接地故障；選線技術；特征提取；電流時頻分解

中圖分類號：TM711.2 文獻標志碼：A 文章編號：1001-5922（2025）03-0150-04

Low-current grounding fault line selection technologybased on optimal FIR filter

WANG Zhe

（Southern Power Grid Digital Enterprise Technology（Guangdong）Co.，Ltd.，Guangzhou 510700，China）

Abstract：Because the fault signal characteristics of the low-current grounding system are not obvious，it is easy tobe covered by other interference signals，resulting in inaccurate fault line selection. In order to improve the accura?cy of low-current grounding fault location，a small-current grounding fault line selection technology based on the op?timal FIR filter was proposed. By analyzing the transient characteristics of small current grounding faults，thecauses of current grounding faults were obtained. The EMD decomposition method was used to decompose the ze?ro-sequence current of each phase circuit of the low-current grounding system，and the optimal FIR filter wais de?signed with the high-frequency component as the goal. According to the established optimal FIR filter，the corre?sponding amplitude of the line band signal was calculated，and the time-frequency characteristics of the transient ze?ro-sequence current were determined. According to the similarity measurement results of time-frequency character?istics，the comprehensive correlation coefficient was formulated，and the judgment conditions were established torealize the line selection of small current grounding faults. Experimental results showed that the proposed methodhad high sensitivity and good noise immunity when carrying out line selection for low-current grounding faults. Theproposed method has a high application effect in the line selection of small current grounding faults.

Key words：optimal FIR filter；small current ground failure；line selection technology；current time-frequency de?Composition

在電力系統中，配電網的中性點接地類型通常劃分為大電流接地和小電流接地 [1] 。在我國，一般將6～66 kV區間作為小電流接地類型確定標準，個別地區采用小電阻接地方式 [2] 。但是由于小電流接地系統會將配電網結構復雜化，因此研究配電網小電流接地故障選線具有重要意義。文[3]方法基于三相電流建立三維空間域圖像，將不同平面數據映射至建立圖像中，完成二維圖像的獲取。對映射圖像實施像素融合，在獲取彩色圖像后，利用深度學習算法對圖像實施分類識別，完成小電流的接地故障選線。但是，該方法抗噪性有待驗證。文[4]方法在建立數據窗口的基礎上選取各個線路數據，獲取線路暫態零序方向電流波形，通過小波分解獲取線路對應頻帶系數，結合小波阻抗計算各個線路的方向行波能量值，基于行波能量計算結果建立選線判據，實現對小電流接地故障的精準選線。但是，該方法計算開銷較大。

文[5]方法根據Hausdorff距離計算故障電路零序電流不匹配程度，建立不匹配矩陣獲取故障線路不匹配程度商，對不匹配結果實施差異程度計算，獲取故障線路的零序電流差異值。基于計算結果建立判據，完成故障線路的選取。但是，該方法選線精度較差。為解決上述小電流接地故障選線過程中存在的問題，本文提出一種利用最佳 FIR濾波器進行小電流接地選線的方法。

3 驗證結果分析

為了驗證上述小電流接地故障選線方法的整體有效性，需要對此方法展開測試。

本項目以小電流接地小電流故障選線為研究對象，通過基于最優 FIR濾波的小電流接地選線方法、小電流小電流接地故障選線方法（文[3]）、小電流接地系統小電流故障選線（文[4]方法），并對所提出方法進行驗證。

選取某地配電網小電流接地系統作為測試目標，在此基礎上，將系統分為四個分支，利用 Matlab模擬軟件對10 kV配電網進行了建模，具體結構如圖1所示。

小電流接地的線路參數見表1。

基于上述建立的小電流接地系統仿真模型以及設定的線路相關參數，結合采樣設備對小電流接地線路各項參數展開采集，利用上述3種選線方法開展小電流接地故障選線，驗證上述3種方法在選線時的選線準確度、判據靈敏度以及選線方法的抗噪性能，從而驗證所提方法在小電流接地故障選線時的選線性能。

（1）選線效果測試。在小電流接地中支路1的 B相線上，設置了一條接地故障，該故障持續1 ms，接地電阻為 1 kΩ。選線轉置的靈敏度系數為 ρ=1.1 ，非靈敏區比值取值范圍設定在 0.9lt;ρlt;1.1 ，非靈敏區間誤判概率較大，同時設定積分比值小于1的線路為正常 W c 線路，超出1的為故障線路，不同選線方法的選線效果如圖2所示。

由圖2可知，文[3]方法在選取故障線路時，整個系統都在不敏感區附近，而非靈敏區也在健全分支中，導致該方法總體選線靈敏度較低；而所提方法在開展小電流接地故障選線時，該方法選線判據的靈敏度明顯高于其余2種選線方法測試結果，檢測時各個線路的波形也趨于穩定，總體來說，所提方法在選線過程中，選線判據靈敏度較高，并且能高效率完成故障線路的選取。

（2）判據靈敏度測試。基于上述測試出的不同選線方法的選線效果，設定線路故障點距離檢測點位置4 km處，接地電阻變為100 Ω，短路電壓初始相角設置為10，以此計算上述3種方法的積分比值，進行線路判別靈敏度試驗。試驗結果見表2。

由表2可知，所提方法在小電流接地故障路線選取時，能夠準確有效完成接地故障的選取，靈敏度較高。而文[3]方法與文[4]方法選取故障時，不能有效的將故障路線與健全路線區分，且靈敏度較低，進而造成對比方法路線選取效果較差。

（3）選線方法的抗噪性測試。配電網實際運行時，信號采集過程往往會受制噪聲的干擾，因此設定小電流接地系統中支路1的B相線路出現接地故障，故障發生時間為0 s，接地電阻為1 kΩ，在系統中疊加白噪聲數據，信噪比控制在30∶1區間內，測試上述3種方法的抗噪性，測試結果如圖3所示。

由圖3可知，文[3]方法與文[4]方法在小電流接地故障選線時，對健全線路支路以及故障線路支路均出現了誤判現象，而且，由于噪音的存在，這兩種選線法的準則比率總是在起伏不定，不能達到某個比率，這就造成了對比法的選線效率下降。而所提方法由于在選線過程中及時利用最優FIR濾波器獲取了故障線路的高頻分量，所以該方法在選取故障線路時，能夠分別對相應的故障支路展開故障特征的提取，計算故障特征時頻與健全線路時頻之間的相似度，因此該方法在對比方法失效的前提下依然能夠有效的完成故障線路的選取，降低小電流接地系統中白噪聲對選線造成的影響。

4 結語

在配電網絡的發展中，配電網絡的安全性顯得尤為重要。小電流接地系統作為配電網基礎設施，一旦發生接地故障勢就會降低配電網運行效果，容易造成重大經濟損失。為此需要對小電流接地故障實施選線處理，在此基礎上，本文提出了一種利用最佳FIR濾波器進行小電流接地選線的方法。基于小電流接地系統暫態特性的研究設計最優FIR濾波器，獲取小電流接地故障時的故障特征向量，建立小電流接地故障選線判據，通過判據辨識結果實現小電流接地故障的精準選線。

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（責任編輯：張玉平）