基于单相电流行波的配电线路单相接地故障选线方法

李洪伟

摘要：我国配电网大多采用中性点不接地或经消弧线圈接地（即小电流接地）的运行方式，其中尤以经消弧线圈接地方式占绝大多数，由于故障点的电流很小、电弧不稳定等原因，接地选线的问题一直未被完满解决。配电网是电能输送中直接与用户相连的环节，其可靠性直接关系到对用户的供电质量。因此，提高配电可靠性是提高电力系统供电可靠性的重要内容。

关键词：小电流；电流行波；配电线路；单相接地故障；选线方法

1小电流接地选线研究现状

传统的以基频零序电流电压作为特征的接地选线方法，主要是依靠群体比较电流的大小和方向。由于受线路参数、过渡电阻及消弧线圈的影响，接地故障电流变化很大，尤其是经消弧线圈全补偿的时候，接地电流很小，幅值和方向的测量困难，影响保护精度，灵敏度不高。基于零序五次以上谐波的方法虽然不受消弧线圈的影响，但故障信号中谐波分量很小，灵敏度受到很大限制。而且这些方法都需要比较各条支路电流的大小和方向，所以很难与馈线保护合为一体，不能满足配电自动化的要求。

单相接地时，接地电容电流的暂态分量往往比稳态值大十几倍到几十倍，基于暂态信号的选线方法灵敏度高且不受消弧线圈的影响，但现有方法大多有待完善。首半波法其极性关系成立时间极短（远小于暂态过程），检测可靠性不高，而且在相电压过零时故障，首半波电流暂态分量很小，以及过渡电阻的影响，该方法可能失效。基于小波变换的选线方法利用了故障电压和电流瞬时过程的特征量，具备了快速性和精确性，但易受外界电磁干扰和过渡电阻的影响。

综上所述，小电流接地系统的单相接地故障选线问题始终没有得到彻底解决（尤其对中性点经消弧线圈接地系统），一直是继电保护领域研究的热点和难点。

2故障初始行波分析

电力系统发生故障，电网结构将发生变化。根据叠加原理，故障后的网络可以分解为故障前的负荷网络和故障分量网络的叠加，故障分量网络是由故障直接产生的，包含所有的故障信息，故障行波也不例外。而在故障分量网络中，故障点将其分解为系统正常运行时就存在的系统侧和故障直接产生的故障支路两部分。

二、选线方法适应性分析

影响配电线路单相接地故障的选线方法的因素有很多，本文研究其中的几个主要因素，通过姜博等建立的仿真模型实验，测试特征方向行波选线方法的适用性，测试结果如下：

（1）故障发生时由于消弧线圈的过补偿作用使其电流进一步减小，特测试补偿度对此方法的影响，通过模拟线路在不同补偿度下故障的选线结果可知，本方法对在不同补偿度下的故障选线同样适用。

（2）由于配电网母线均接有并联电容器，特用仿真试验测试其对此方法的影响，结果表明母线并联电容器对于本方法无不良影响。

（3）在ATP仿真模型中模拟线路发生电弧故障时的选线结果表明，本方法在电弧故障下具有良好的选线效果。

（4）由于积分比会随着积分时间不同而变化，特测试线路在不同积分时间下的选线结果表明，本方法在故障全过程均有效。

（5）前文介绍过采样率低会是传统方法选线失败，本文采用仿真线路在不同采样率下的结果表明，本方法对于采样率的要求，比传统的行波选线法低得多，且显著缩小了死区范围。

（6）配电线路三相不同排列方式有等边三角形、不规则三角形、水平排列，会影响相间电容耦合情况，本文采用Jmarti线路模型测试，经计算得知不会影响本方法的选线效果。

（7）此方法的干扰因素还有雷击、开关操作和噪声，通过本文测试得知，雷击和开关操作不会影响本选线方法的判断，但是，信噪比降低会降低本方法的可靠性。

三、暂态分量选线方式研究分析

3.1首半波法选线分析

在故障产生后，当线路里面的电压瞬间处于最大状态的时候，这个时候暂态电容里面出现的电流就会比暂态电感出现的电流比较的大，所以在处于故障发生的初始阶段，两种电流之间是不能达到互相补偿的效果的。暂态电容电流自身所含的特点是能够对暂态接地电流产生的电流进行决定的。零序电流与零序电压两者之间还是存在相位关系的，如果所处的电网结构一直保持放射性，那么相同极性的特点还是存在于故障线路段中两者之间，并且在非故障线路中一直是对立的极性关系。当接地后一直处于一个半周期内的时候，那么一直位于故障线路与正常线路中的零序暂态电流之间所含有的极性是不一样的。且电压处于零的状态时的电源，在发生单相接地故障的时候会将电流暂态分量值一直保持在最小值，这样就会导致极性判断出偏差。

3.2暂态能量法

不管是选择何种故障线路测量，在里面都会导致误差的出现，而且如果电流互感器产生了不对称的情况，还对故障测量的效果造成影响。所以，要想将因素影响的效果降低，还能够对中性点的电压进行观察，一旦发现了单相接地故障的产生，就要对每条线路的暂态能量增量准确的进行计算。而暂态能量增量是要通过单相接地产生故障之前或者之后两者之间产生出现的不同中性点电压与零序电流之间产生的差值乘积会出现相同工频周期里面的积分。当暂态能量增量比零小在有条线路出现的时候，就是含在负数里面的，而且其在暂态能量增量中出现的绝对值是最大的一个，那就可以将故障线路判断出是那一条，如果暂态能量增量值出现各个线路的都是正数，那么就没有负数产生时，就能够将母线的故障判断出来。这种方法在使用的时候，还是有一定的弊端存在的，那就是暂态能够保持的时间有限，不能够在较长的时间内保持下去，因此在对这种选线方法进行选择的时候，对硬件的特性要求是比较高的。

3.3零序暂态电流法

当电网的结果还处于一种放射形态的时候，暂态零序电流和零序电压两者会出现第一个半波并且还可以可以形成相位关系，并且这个相位的关系还很固定。从这里面可以看出，在故障线路段中含有相反的极性关系，且非故障的线路段之间还含有一致的极性，而且还可以将这种关系利用起来帮助相关的人员来对故障线路位置进行检测。但是这种方法还是有一定的局限性的，那就是在处于零状态下的电压的时候检测到的效果并不是很明显，因此在零值的电压的时候，这个方法就不能将作用发挥出来。

结语

配电线路单相接地故障是配网中故障率较高的一类，这类故障对变电设备和配电网的安全、经济运行有较大影响，应在实践中总结经验，并积极应用新技术、新设备，预防单相接地故障发生，发生后尽快查找和消除故障点，提高供电可靠性，减小对人身和设备的危害，从而保证电网的安全、经济和稳定运行。

参考文献

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