張輝

（國(guó)網(wǎng)寧夏電力有限公司寧東供電公司，寧夏 靈武 750411）

1 引言

我國(guó)中壓配電網(wǎng)（6～66 kV）普遍采用小電流接地方式，即中性點(diǎn)不接地（neutral ungrounded system，NUS）、中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地（neutral resonant grounded system，NES）、中性點(diǎn)經(jīng)電阻接（neutral resistor grounded system，NRS）。其優(yōu)點(diǎn)在于故障電流小、瞬時(shí)接地時(shí)開(kāi)關(guān)不必立即跳閘、供電可靠性高，但對(duì)于永久性接地故障、絕緣損壞易發(fā)展兩點(diǎn)或多點(diǎn)接地故障，其中弧光接地會(huì)引起全系統(tǒng)過(guò)電壓損壞電力設(shè)備，為防止事故擴(kuò)大故障線路必須迅速、準(zhǔn)確選出并予以切除。根據(jù)選線原理劃分，選線方法主要有以下幾類：穩(wěn)態(tài)信息的故障選線方法、暫態(tài)信息的故障選線方法、信息融合的故障選線方法。以上選線方法實(shí)際效果并不理想，筆者對(duì)上述選線方法的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行分析，并指出未來(lái)接地選線技術(shù)的研究方向。

2 小電流接地系統(tǒng)接地選線原理

2.1 穩(wěn)態(tài)故障選線方法

2.1.1 群體比幅比相法

文獻(xiàn)[1]提出系統(tǒng)發(fā)生單相接地時(shí)，從饋線中選出3 個(gè)幅值較大的作為候選，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行相位比較，選出電流方向與其他線路相位相反的線路，該線路即為故障線路，否則為母線故障。針對(duì)NUS 系統(tǒng)，此法有效避免CT 等不平衡產(chǎn)生的相位誤差。但對(duì)于NES 系統(tǒng)，消弧線圈產(chǎn)生感性電流對(duì)故障點(diǎn)容性電流起補(bǔ)償作用，故障線路零序電流可能小于非故障線路，此法選線不能保證可靠性和正確性。

2.1.2 有功分量法

文獻(xiàn)[2]提出系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，故障線路零序有功電流為非故障線路和消弧線圈有功電流之和。針對(duì)NES系統(tǒng)，此法有效克服因故障線路零序電流受消弧線圈補(bǔ)償?shù)挠绊?，?dǎo)致群體比幅比相法無(wú)法準(zhǔn)確選線，缺點(diǎn)是故障電流有功分量小，易受CT 不平衡電流等因素的影響。文獻(xiàn)[3]提出消除不平衡電流的有功功率選線方法，計(jì)算出各支路實(shí)際的故障零序電流幅值和相位，還原了故障支路和非故障支路的有功分量差異，從而提高了選線的準(zhǔn)確性。文獻(xiàn)[4]和[5]提出中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈并聯(lián)電阻的接地方式，通過(guò)故障時(shí)中性點(diǎn)投入并聯(lián)電阻前后故障線路和非故障線路的零序電流有功增量形成判據(jù)，實(shí)現(xiàn)了永久性單相接地故障準(zhǔn)確選線。

2.1.3 零序?qū)Ъ{法

文獻(xiàn)[6]和[7]提出，利用饋線出口處測(cè)得零序電流和母線零序電壓，將計(jì)算出的故障前和故障后對(duì)地導(dǎo)納作對(duì)比，即可確定故障線路。文獻(xiàn)[8]提出該方法的缺陷在于在諧振補(bǔ)償情況下（即v=0），故障線路測(cè)得的零序?qū)Ъ{很接近第一象限，易引起誤判，并且對(duì)于間接瞬時(shí)性接地故障幾乎失效。

2.1.4 5 次諧波法

文獻(xiàn)[9]提出消弧線圈的補(bǔ)償對(duì)5 次諧波補(bǔ)償很小，故障時(shí)故障線路的5 次諧波零序電流的幅值比非故障線路的都大且方向相反，因此利用5 次諧波幅值相位選線。但故障電流中5 次諧波含量小，檢測(cè)靈敏度低，加上負(fù)荷中諧波源的影響，造成選線效果不理想。針對(duì)負(fù)荷電流對(duì)于選線精度的影響，提出基于比較線路的故障相和非故障相的5 次諧波電流突變量以及本線路和相鄰線路的故障相的5 次諧波電流突變量的故障選線方法，克服了選線精度受電流互感器不平衡電流、系統(tǒng)本身諧波、過(guò)渡電阻等因素的影響。

文獻(xiàn)[10]針對(duì)5 次諧波電流較小提出基于5 次諧波能量與LM-Elman 的配電網(wǎng)單相故障選線方法，利用小波包對(duì)各線路零序電流的5 次諧波進(jìn)行分解、重構(gòu)并進(jìn)行能量計(jì)算，得出5 次諧波能量值；將能量值作為Elman 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入，采用LM 算法進(jìn)行訓(xùn)練與測(cè)試，結(jié)果表明此方法能夠準(zhǔn)確地進(jìn)行故障選線。

2.2 暫態(tài)故障選線方法

2.2.1 暫態(tài)零序能量

文獻(xiàn)[11]和文獻(xiàn)[12]提出利用故障后各饋線的零序電流和母線零序電壓構(gòu)成能量函數(shù)，根據(jù)能量函數(shù)的方向和幅值判別故障線路，此法不受負(fù)荷諧波源影響，對(duì)間歇性接地有效，但針對(duì)NUS 系統(tǒng)和高阻接地時(shí)算的能量值小，實(shí)際效果不理想。文獻(xiàn)[13]提出通過(guò)對(duì)比特征頻段下故障后一個(gè)周期內(nèi)首個(gè)1/4 周期和最后1/4 周期的相對(duì)能量大小，形成故障選線判據(jù)。仿真結(jié)果表明該方法充分利用了故障暫態(tài)信息，放大了故障暫態(tài)特征，避開(kāi)了電流互感器飽和引起的間斷角對(duì)選線準(zhǔn)確性的影響。針對(duì)相電壓過(guò)零點(diǎn)附近或者線路末端發(fā)生高阻接地故障時(shí)，由于其故障暫態(tài)分量小，暫態(tài)時(shí)間短，選線效果不理想的情況文獻(xiàn)[14]提出了一種新的基于暫態(tài)小波能量的小電流接地系統(tǒng)選線新方法。將各饋線暫態(tài)零序電流進(jìn)行小波變換；再利用小波系數(shù)計(jì)算小波高頻能量和小波低頻能量，根據(jù)相電壓峰值附近故障和過(guò)零點(diǎn)附近故障時(shí)故障信號(hào)能量譜特征不同，通過(guò)比較小波高頻能量或小波低頻能量極大值進(jìn)行選線。但基于小波能量的選線方法準(zhǔn)確性受小波基選取影響較大。文獻(xiàn)[15]提出了基于相電流的能量與相關(guān)性的諧振接地系統(tǒng)選線方法以二維坐標(biāo)的形式融合了能量法與相關(guān)性法的選線方法，該方法受故障電阻、故障合閘角、故障位置的影響較小，對(duì)不同故障情況均能較好地識(shí)別。

2.2.2 暫態(tài)零序相位法

文獻(xiàn)[16]提出饋線發(fā)生接地故障時(shí)，故障線路的暫態(tài)零序電流第一個(gè)周波的首半波與非故障線路的暫態(tài)零序電流相位相反，針對(duì)NES 系統(tǒng)第一個(gè)周期的首半波內(nèi)故障線路的暫態(tài)零序電壓與暫態(tài)零序電流相位相反，與非故障線路的暫態(tài)零序電流相位相同，以此來(lái)判別故障線路。其優(yōu)點(diǎn)是暫態(tài)首半波內(nèi)零序電流模值為穩(wěn)態(tài)的幾倍到幾十倍，靈敏度較高。缺點(diǎn)是發(fā)生接地故障時(shí)相電壓較小時(shí)，導(dǎo)致零序電流模值較小，并且判別故障相零序電壓與零序電流時(shí)間為2 ms之內(nèi)，受電網(wǎng)結(jié)構(gòu)參數(shù)影響較大，發(fā)生弧光接地時(shí)抗干擾能力較弱，使得選線效果不理想。

2.2.3 時(shí)頻域分析法

文獻(xiàn)[17]提出故障根據(jù)暫態(tài)零序電流相頻特性將頻率分為不同區(qū)段，選用低頻區(qū)段界限明確所有出線零序電壓電流均呈容性關(guān)系，提出基于暫態(tài)零序電流該特定分量幅值極性比較的選線算法，此法可靠性高，克服了消弧線圈和不穩(wěn)定電弧的影響。

2.3 其他故障選線方法

2.3.1 人工智能法

文獻(xiàn)[17]提出目前提出運(yùn)用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和模糊理論，利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分析采集各饋線電氣特征量與故障間的映射，依據(jù)模糊理論得出隸屬度函數(shù)，最終根據(jù)信息共同得出故障線路。但模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)必須利用特定的樣本空間作為數(shù)據(jù)模型，選線適用性有限。

2.3.2 信息融合故障選線方法

文獻(xiàn)[18]提出由于接地故障特性復(fù)雜，單一判據(jù)無(wú)法選線可靠性。利用暫態(tài)信息豐富，檢測(cè)靈敏度高、抗干擾能力強(qiáng)，穩(wěn)態(tài)信息故障時(shí)間長(zhǎng)易于檢測(cè)等特點(diǎn)，利用穩(wěn)態(tài)與暫態(tài)選線判據(jù)的融合來(lái)實(shí)現(xiàn)故障的識(shí)別得出綜合判據(jù)進(jìn)行選線。

3 結(jié)論

由于穩(wěn)態(tài)方法嚴(yán)重受到消弧線圈補(bǔ)償，特別受間歇性電弧故障、零序有功分量小等因素的影響，使得故障選線方法選線準(zhǔn)確性、可靠性差。暫態(tài)選線方法靈敏度高，但比較容易受到系統(tǒng)的運(yùn)行方式和故障時(shí)刻等因素影響?，F(xiàn)代信號(hào)處理技術(shù)的小波變換和人工智能融合了現(xiàn)代數(shù)學(xué)處理方法，在理論上能夠進(jìn)一步提高選線準(zhǔn)確度，但實(shí)際效果仍需進(jìn)一步驗(yàn)證。