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摘要：随着我国迈入“十三五”发展阶段，对城乡配电网的建设投入力度逐步增大，在实际运行中配电线路出现的各种故障也日益增多，尤其是小电流接地类故障占比较大，而且难以快速准确地判定，对电网和电气设备的安全构成损害。为此针对性开展线路接地选线技术的探索和研究,能为电力系统的可靠运行提供有力的技术支撑，从而保障社会经济的高效运转和人民群众生产生活的正常开展。
关键词：配电网； 故障；接地； 选线
0 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。
[2]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。
[3]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。
[4]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。 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. 目前配电网接地故障选线存在的问题
目前虽然已有数十种故障选线方法，很多选线装置被研制出来。按照选线算法利用的信号可分为利用故障信号的方法与利用注入信号的方法两大类。利用故障信号的方法又可分为利用稳态信号和利用暂态信号两类。
从实际应用方面反馈的意见，大部分的装置选线效果普遍不好，正确率并不高，原因主要有：（1）信号的故障特征不明显。单相接地时，故障稳态电流一般小于30A，甚至只有几安培。故障暂态信号幅值比稳态信号大，但其持续时间短，有时很难检测到。（2）中性点接地方式的变化。选线方法的有效性与中性点接地方式有关，中性点不接地与经消弧线圈接地在单相接地故障时的特征是不同的，当现场改变运行方式时，可能导致接地选线装置误选。（3）接地情况复杂多样。单相接地故障中，故障类型多种多样，包括：金属性接地、电弧接地、低电阻接地、高电阻接地等。基于单一故障特征的选线方法很难实现对各种故障情况下的准确选线。（4）受测量电流互感器精度影响。
4. 运用多判据组合的接地选线
由于配电网中的单相接地故障状况复杂多样，如间歇性电弧接地、金属性接地、非线性电阻接地等，各种接地状况所表现出来的故障信号特征在形式上、大小上都变化无常。虽然目前已有多种选线办法被提出并应用，但是各种选线方法都有一个共同的不足之处，它们都只是用到了某一方面的故障特征，例如五次谐波法利用故障信号的五次谐波分量特征，有功法或能量法利用故障信号的有功分量特征等。由于故障状况的复杂性，仅利用故障信号某一方面特征构造的单一选线方法具有片面性，当该方法所需要的故障信号特征表现不明显时，这种选线方法的选线结果很可能是错误的，这就是以往单相接地故障选线不成功的根本原因。
当配电网发生单相接地故障时，通过实时采集的故障信号，采取多种选线方法进行综合选线，具体包括：智能群体比幅比相法、谐波比幅比相法、小波法、首半波法、有功分量法、能量法、零序电流突变量法, 每种方法都针对信号的具体特点，不同方法之间具有互补性。
研发建立专门的系统平台并运用集合理论确定各种选线方法的有效域，根据故障信号特征自动对每一种选线方法得出的故障选线结果进行可信度量化评估，应用证据理论将多种选线方法综合到一起，最大限度地保证各种选线方法之间实现优势互补。为了避免故障信号受到干扰而导致误选，装置采用了连续选线方法，每隔一定时间(1秒)重新采集数据进行识别，只要故障没有消失，系统的选线计算就不停止。充分借助模糊聚类分析等大数据的工具，能够对那些不精确、不一致、不完整的不完备信息进行有效地分析和处理。它的主要思路为：以维持分类能力不变为基础，通过进一步的知识约简推导出问题的决策或分类规则，从而揭示出信息中潜在的规律。该功能设计时的主要思想是：利用模式分类方法分析描述配电网故障诊断问题，提出了基于属性优先级的决策表属性约简算法，该算法具有较好的快速性，并且能够通过抽取规则揭示出故障信息中的冗余信息，从而很大幅度上提高了系统诊断的容错性。在一定程度上弥补了因单一的技术而带来选定结果偏差较大的问题。
5. 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。
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论文作者:张浩,黄守华,胡海琴 汪德义
论文发表刊物:《科技新时代》2018年10期
论文发表时间:2018/12/6
标签：故障论文; 电流论文; 方法论文; 信号论文; 单相论文; 线路论文; 弧线论文; 《科技新时代》2018年10期论文;