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摘要：以配网自动化系统小电流接地故障为研究对象，详细分析了小电流接地故障定位的现状；之后基于SVD算法，介绍了一种小电流接地的故障定位方法，并对通过仿真实验分析，对该方法的可行性进行了判断。总体而言，基于SVD算法的小电流接地故障定位方法具有可行性，值得做进一步推广。
关键词：配网自动化系统；小电流接地故障；故障定位
0 前言
故障定位是配网自动化系统中的一个主要功能，该方法可以快速确定系统中的各种运维故障，进而缩短发展故障、解决故障的时间，保障了电网运行效率。而在实际上，配网自动化系统中的小电流接地故障定位一直是工作中的难点，这是因为这一故障不会产生明显的故障电流，自然会增加故障识别的难度，所以应该得到相关人员的重视。
1 小电流接地故障定位的现状
从当前配网自动化系统的运行特征来看，开环运行已经成为配电网运行的重要特征，为了确保配网的运行效率，必须要保证配电网可以被构建成一个环状结构，所以需要将连接开关应用到每一个线路中。而在普通的运行模式下，在断开双电源连接后，开环运行中最初运行的配电线路是由变电站引出的，因此在这种情况下，所构建的配网结构是由单电源辐射线构成的。
而在小电流接地故障发生后，此时的线电压将会取代非故障低电压，尤其是在间歇性弧光接地现象产生过程中，由于中性点上没有充足的通路来释放电荷，最终会导致弧光接地过电压现象的产生，影响了线路绝缘性能。因此，针对小电流接地故障点位问题，必须要引起相关人员的重视。而同时在小电流接地故障分析中，故障的暂态特征是相关人员重点关注的问题，这是因为在电力系统中，当从一个稳定状态向另一个稳定状态过渡时会产生大量的暂态信号，而在小电流接地故障发生后，其故障的稳态信息数值小，再加之故障暂态信息与故障稳态信号相比，其幅值明显上升，因此在这个过程中可以读取更多的故障特征信号。同时需要注意的是，在小电流接地故障暂态信号中，存在着大量的直流分量信息，其中主谐振分量中的幅值大，其中含有大量的暂态信号能量，工作人员也可以其中读取大量的信息。因此一般在小电流接地故障中，通常会将其作为故障定位的主要对象。
小电流接地故障的定位主要是依靠中性点不接地系统来完成的，这是因为在线电流节点故障发生后，可以发现故障主要来源于单电源辐射结构中，而在该结构中存在着明显的不稳定性零序电流量的现象。也正是受这一现象影响，线路端母线无法正确判断故障分布情况，并且如果线路中存在着大量的配电网支路线路情况，导致人工检测故障的难度也会被进一步增加。由此可见，在当前的小电流接地故障定位中存在难度，需要进行技术创新。
2 基于SVD算法的配网自动化系统小电流接地故障定位方法
2.1 对SVD方法的分析
SVD的全称为奇异值分解，属于正交变换的矩阵分解结构，在该结构中，对于任何一列或者行线性的相关矩阵中，都可以在矩阵的左右分别乘一个正交矩阵实现变化，并通过角矩阵中所存在的非零元素数量，来判断矩阵中所具有的独立矢量数量。
2.2 基于SVD的故障定位方法
2.2.1 SVD分解关于波形相似性的应用
SVD分解的关键，就是将原信号分解成为两个向量集合规范的正交基后，再确定第i个向量及其投影情况。所以假设两个时间序列是相似的，那么就可以通过Hankel矩阵结构构造后进行SVD分解，获得的两个向量集合规范正交基也是相似的。
在这种情况下，可以认为SVD分解的奇异向量集合在实际上是一种正交规范基，因此其中的每个向量的模拟值均为1。因此可以判断，假设奇异向量集合相似，则每一对描述相似特征的两个向量之间的内积将会无限接近于1。
2.2.2 SVD在小电流接地故障分析中的应用
根据上述分析内容，本文认为可以给予SVD算法信号的相似性特征来检测小电流接地故障中，通过对接地系统的零模电流相似性进行识别，进而通过故障区段的两侧FTU来获得零模电流波形，选择其中相似度低的位置，就可以判断该位置存在故障。其具体的实施流程为：
（1）通过小电流接地选线系统，先提取出现故障的线路。在这个过程中，工作人员需要将与故障线路有关的历史信息、当前信息等完全调出来，方便SVD方法识别。
（2）提取故障电路的信息，读取其中的FTU零模电流，之后以故障发生前的两个工频周期为标准，调取正常工况下的电流信息；
（3）主站利用各零模电流的实际数据，构建40×40的Hankel矩阵，并通过该矩阵完成SVD分解；在这个过程中，需要依靠主站的零模电流数据，从不同工况环境下对电流信息进行识别，并根据SVD的数据处理要求，来综合论证相关数据的科学性，这样才能保证SVD分解结果。
根据上述方法，基于SVD的小电流接地故障定位方法的基本流程如图1所示。
图1 基于SVD算法的小电流接地故障定位流程图
2.3 仿真分析
2.3.1仿真环境
在本次仿真分析中，采用Marlab/Simulink作为仿真分析的软件选取某10KV线路为研究对象，假设该线路中出现了小电流接地故障，将会按照上文所介绍的方法展开仿真分析，仿真分析的路径如图1所示，具体的线路故障资料如图2所示。
图2 小电流接地故障的仿真模型
2.3.2不同位置与接地方式故障定位的仿真结果
根据图2所反馈的信息可以发现，线路在中性点经消弧线圈接地系统经过不同的过渡电阻，并且发生了小电流接地故障，其合闸角的参数为90°，消弧线圈过补偿8%，之后，按照上文所介绍的计算公式，计算线路的定位结果，详细信息如表1所示。
表1：不同接地条件下的定位结果资料表
表1详细介绍了本次仿真分析中不同接地条件下的定位结果，根据前文所介绍的判断标准“当≥0.85时，证明为健全区段；而当＜0.85时，则可以认为是故障区段”（本文将相关数据做加粗处理），从表1中的数据可以发现，整个仿真分析案例中的线路故障情况被顺利定位，结合图2所介绍的相关信息，工作人员可以通过表1所反馈的数据快速确定小电流接地故障位置，达到了故障快速定位的目的。
2.4 效果评价
本文所介绍的基于SVD仿真的小电流接地故障定位方法具有以下优点：（1）实现工艺简单，且投资成本低。在该技术中，只需要获得FTU的暂态零模电流数据就可以完成数据的识别，并且与传统的定位方法相比，该方法最显著的优势，就是不需要获取电压信号，因此可以简化数据获取流程，保证了工作效率。（2）适用范围广。该方法不受消弧线圈补偿作用的影响，因此面对多种复杂的小电流接地故障情况，都可以快速的识别故障。（3）具有理想的抗干扰能力。在本文所介绍的故障定位方法中，基于SVD的算法具有理想的主成分提取能力，因此面对不同的噪声环境都可以快速提取信息，保证了故障定位质量。
3 结论
配网自动化系统中的小电流接地故障定位方法已经成为保障电网顺利运行的关键，在本次研究中，本文基于SVD算法，提出了一种现代化的小电流接地故障定位方法，从相关技术的应用情况来看，可以满足小电流接地故障定位的要求，还具有抗干扰能力强、适用范围广等优点，因此应该在更多地区进行推广。
参考文献：
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[3]李振珂.浅析小电流接地故障区段定位方法在配网自动化中的应用[J].通讯世界，2017（18）：124-125.
论文作者:殷育雄
论文发表刊物:《建筑细部》2018年第14期
论文发表时间:2019/1/25
标签：故障论文; 电流论文; 方法论文; 矩阵论文; 线路论文; 向量论文; 分解论文; 《建筑细部》2018年第14期论文;