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电力配电网接地故障选线技术发展

发表时间：2021/4/28 来源：《电力设备》2020年第33期作者：尹吉祥

[导读] 摘要：配电系统受离地面较近、馈入居民区、自然灾害等因素的影响，导线很容易接触到树枝或发生断线并坠落，此时往往会发生高阻接地故障。

        （身份证号码：32032119851221xxxx）
        摘要：配电系统受离地面较近、馈入居民区、自然灾害等因素的影响，导线很容易接触到树枝或发生断线并坠落，此时往往会发生高阻接地故障。当高阻接地故障发生时，存在检测难度大、不能快速切除等问题，若故障长期存在，不但有可能会导致两相接地短路故障，扩大故障范围和改变故障性质，甚至会引发火灾，对人身、财产安全造成威胁。因此，快速准确地检测出高阻接地故障具有重要意义。
        关键词：配电网；故障；接地；选线
        引言
        一般运行的配电网的中性点接地方式是与系统供电可靠性、人身安全、设备水平、绝缘水平、过电压保护、继电保护等密切相关。在选择中性点接地方式时，应结合系统的现状与发展规划进行技术经济比较。所谓小电流接地方式，指发生单相接地故障后电弧能够自行熄灭，可以带故障运行一段时间的接地方式。
        1、配电网的中性点接地的方式
        配电网系统的中性点一般有fangs中性点不接地、中性点经消弧线圈接地、中性点经电阻接地三种方式。
        中性点不接地方式。即中性点对地绝缘，其优点是结构简单，运行方便，不需任何附加设备，投资省。目前广泛应用于我国3~60kV中压配电网。单相接地时，系统线电压依然对称，不影响对用户的供电，供电可靠性高。缺点：如果接地电弧不稳定，间歇性电弧接地易产生过电压，且过电压幅值高、持续时间长、遍及全网，会对电气设备的绝缘造成极大的危害。诱发TV铁磁谐振。接地电弧可能导致火灾。
        中性点经消弧线圈接地：即中性点与大地之间接入一个电感线圈。虽然增加了投资，但保障了系统的安全性，经消弧线圈接地后，故障点的接地电流减小，有利于电弧熄灭，从而避免了间歇性电弧接地过电压和铁磁谐振过电压。
        中性点经电阻接地：包括中性点经高电阻接地、经小电阻接地、经中电阻接地（较少采用）。经高电阻接地主要解决消弧线圈容量无法满足要求的问题，经小电阻接地可以限制接地短路电流。
        在我国3~60kV中压配电网中，绝大多数系统采用小电流接地方式，其中60kV和35kV电网主要采用中性点经消弧线圈接地方式；10kV电网一部分采用中性点经消弧线圈接地，一部分采用不接地方式。对于少数中心大等城市，因配电网中电缆出线众多，往往采取中性点经小电阻接地方式。
        2.目前常用的小电流接地选线技术
        如配电网发生单相接地故障，按照传统方法，基本都采用逐条试拉出线开关,然后查看电压变化情况。当故障线路被断开后，母线零序电压（3U0）及相电压恢复正常值，即可确定接地所在线路。但人工拉路的选线方法使正常线路也会短时停电，降低了供电可靠性，影响了电网及用户的经济效益，且开关的频繁操作也对电网造成冲击，同时增加了调度、监控人员负担。
        现有的接地选线方法主要分几类：一种是利用零序稳态信号选线法,另一种是利用零序暂态信号选线法。
        2.1利用零序稳态信号选线法，主要包括:群体比幅比相方法，适用于中性点不接地系统。这种方法的原理是先对零序电流进行比较，选出几个幅值较大的作为候选。然后在此基础上进行相位比较，故障线路零序电流相位应滞后零序电压90度，并与正常线路零序电流反相。
        2.1.1智能型比幅比相法。智能型比幅比相方法的基本原理是：对于中性点不接地系统，或者中性点经消弧线圈接地系统消弧线圈处于欠补偿状态，比较母线的零序电压和所有线路零序电流的幅值和相位，故障线路零序电流相位应滞后零序电压90°并与正常线路零序电流反相，若所有线路零序电流同相，则为母线接地。传统比幅比相方法在信号处理、抗干扰和有效域方面存在缺陷。智能型的比幅比相方法采用Butterworth数字滤波器，对信号进行有效的数字滤波处理，提取出了更可靠的信号成分，提高了选线正确性。例如下图现场实际电弧接地情况，波形较乱，但是通过智能比幅比相方法可以得到有用的成分，进行正确选线。
        2.1.2谐波比幅比相法。

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谐波方法的基本原理是：对于中性点经消弧线圈接地系统，对谐波分量来说消弧线圈处于欠补偿状态，如果线路零序电流中含有丰富的谐波成分，则比较所有线路零序电流谐波分量的幅值与相位，故障线路零序电流幅值较大且相位应与正常线路零序电流反相，若所有线路零序电流同相，则为母线接地。谐波选线方法采用有效的数字滤波手段，提取出能量最高的谐波频带范围，避免了提取单一谐波频率而导致的误差。
        2.2利用零序暂态信号选线法，主要包括，利用小波包变换提取高频暂态分量的方法、利用小波检测故障奇异特征的选线方法等。
        小波变换采用可调时频窗，用小时窗获得高频成分，用大时窗获得低频成分，这样就可以分析不稳定的信号。在发生单相接地的最初暂态过程中，信号多数情况是不稳定的振荡过程，利用小波变换就可以很好的从暂态信号中提取有用的成分进行选线。
        利用小波提取单相接地故障暂态信号的选线思路近年来很受重视，但目前这些方法只停留在理论研究水平上，没有达到实用化程度，也没有应用实例。
        小波选线方法利用单相接地故障产生的暂态电流和谐波电流作为选线判断的依据。由于小电流接地电网单相接地故障等值电路是一个容性通路，故障的突然作用在电路中产生的暂态电流通常很大。特别是发生弧光接地故障或间歇性接地故障情况下，暂态电流含量更丰富，持续时间更长。暂态电流满足在故障线路上的数值等于在非故障线路上数值之和且方向相反的关系，可以用来选线。由于电网中的暂态信号呈随机性、局部性和非平稳性特点，因此利用暂态信息选线的主要困难是，如何准确地提取有用的暂态信号、如何合理地表示信号并构造出能适应信号特点的选线判据。我们提出的小波选线方法很好地解决了这些问题，使暂态信号得到了充分利用。
        小波选线方法的优点是，第一、该方法对中性点不接地和中性点经消弧线圈接地的电网都适用。第二、该方法特别适应于故障状况复杂、故障波形杂乱的情况，这与稳态量选线方法形成优势互补。
        2.2.2首半波法。小电流接地电网单相接地故障产生的暂态电流虽然很复杂，但是发生故障的最初半个周波内，一定满足故障线路零序电流与正常线路零续电流极性相反的特点，因此可以通过比较首半波的零序电流极性进行故障选线，该方法对中性点不接地和中性点经消弧线圈接地的电网都适用。
        2.3零序电流突变量方法。
        适用于中性点经消弧线圈接地系统，该方法需要与自动调谐的消弧线圈结合，在电网发生单相接地故障的情况下，改变消弧线圈的补偿电流，然后比对找出零序电流变化与补偿电流相符的线路，即为接地线路。
        3.结语
        理论和实践都表明，没有一种选线方法能够保证对所有故障类型都有效，每种选线方法都有一定的适用范围，也都有各自的局限性，需要满足一定的适用条件。当一个故障信号具备该方法的适用条件时，该方法一定可以做出正确的判断；当适用条件不满足时，该方法的判断结果可能正确，也可能不正确，结果是具有模糊性的。因此仅仅依靠一种选线方法进行选线是不充分的。
        能够可靠选线的适用条件为该方法的充分性条件，满足充分性条件的故障区域，称为该选线方法的有效域。只有对每一种选线方法都界定了有效域，当一个故障落在某方法的有效域内时，采用该方法对该故障的选线结果才可能是正确的，否则给这种方法的选线结果乘以一个系数，应用证据关联理论把这些信息组合起来，使得最终选线结果能够反映了各种方法共同的支持点，促进选线结果的准确度将得到非常明显改善，从而提高配电网线路接地故障的判定和抢修处置效率，确保配电网的安全稳定运行。
        参考文献：
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        [5]小电流接地系统谐振接地单相接地故障选线研究[D].眭万军.南京师范大学2015