基于暫態(tài)信號的電力系統(tǒng)小電流接地故障定位技術(shù)

林源

（國網(wǎng)福建省電力有限公司三明供電公司）

基于暫態(tài)信號的電力系統(tǒng)小電流接地故障定位技術(shù)

林源

（國網(wǎng)福建省電力有限公司三明供電公司）

小電流接地出現(xiàn)接地故障時，由于其穩(wěn)態(tài)分量相對較小且選線裝置通常是基于穩(wěn)態(tài)分析的，所以在進行故障定位時并不能保證準確度。本文對故障的信號特征進行了分析，并闡述了定位技術(shù)。

暫態(tài)信號；小電流接地；故障定位

目前，在配電系統(tǒng)中由于系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，所以經(jīng)常會出現(xiàn)故障，尤其是單相接地故障，是發(fā)生頻率最高的故障形式，出現(xiàn)的故障接近八成都是單相接地故障。智能配電網(wǎng)的單相接地故障自我修復(fù)是智能系統(tǒng)的最根本要求，因此為了保障配電系統(tǒng)的安全運行和可靠供電，在出現(xiàn)故障時必須對故障點進行及時處理。當(dāng)前的故障定位方式中，在擁有眾多較短的線路的復(fù)雜結(jié)構(gòu)配電網(wǎng)中，阻抗原理并不適用，而行波法僅適用于長線路的少分支配電線，難以解決結(jié)構(gòu)復(fù)雜的配電線路故障。

1 故障的信號特征

在中、低壓電網(wǎng)中小電流接地選線被廣泛的應(yīng)用，其中性點接地方式有三種：經(jīng)高阻抗接地、經(jīng)消弧線圈接地和中性點不接地。我國的配網(wǎng)系統(tǒng)電壓為6～66kV，在選擇接地方式時，通常采用的是經(jīng)消弧線圈和中性點不接地的方式。在小電流接地接線方式下，當(dāng)發(fā)生單相接地后，接地相對地電壓等于零，未接地相對地電壓等于線電壓，中性點對地電壓等于相電壓，線電壓保持不變，因此可以連續(xù)運行2h。但是當(dāng)接地電流較大時，可能使接地點電弧不能熄滅，并可能在接地點處產(chǎn)生間歇性的電弧，導(dǎo)致電弧過電壓。嚴重時可能發(fā)展成穩(wěn)定的電弧，燒毀設(shè)備并導(dǎo)致相間短路故障，因此應(yīng)盡快處理。在大多數(shù)情況下，穩(wěn)態(tài)分量在故障電流中所占比例較小，并不能成為故障選線的依據(jù)。在穩(wěn)態(tài)分析下，大部分的接地選線裝置都不能產(chǎn)生較好的效果，對故障定位時準確性也較低。而相較于穩(wěn)態(tài)分量幅值，暫態(tài)電流則具有幾倍到幾十倍以上的分量幅值，所以在進行故障選線時，暫態(tài)特征是十分重要的依據(jù)。

1.1 穩(wěn)態(tài)特征

當(dāng)單相接地故障發(fā)生在中性點不接地的系統(tǒng)中時，零序電流在分布上有以下幾個特征：①分布電容電流在下游路線對地的部分就是故障點的零序電流和無故障線路的對地電容電流，從母線出發(fā)向線路流動。當(dāng)母線與檢測點之間的距離增大，零序電流幅值隨之不斷的變小，到達線路的末端時，幅值幾乎接近于0；②處于故障點上游的檢測點，其零序電流逐漸向著母線流動，流向與下游的電流方向和正常線路的極性一致，并且當(dāng)母線與檢測點之間的距離增大，零序電流幅值隨之不斷的變大。相較于中性點不接地系統(tǒng)，經(jīng)消弧線圈出現(xiàn)單相接地時，由消弧線圈所產(chǎn)生的感性電流與對地電容電流相互抵消，所以故障點的電流較小，無故障電力的各點位和故障電路中故障點位下游的點位，其電流極性和幅值都保持不變，出線口及故障點位上游的點位其極性和幅值發(fā)生變化。消弧線圈在正常情況下處于過補償狀態(tài)，上游電流為線路向母線流動的感性電流，也就是母線流向線路的容性電流，極性與無故障線路和下游電流相同。與此同時，隨著與母線之間的距離變大，上游點位的電流幅值會減小，依據(jù)線圈的補償度和系統(tǒng)的相關(guān)參數(shù)，無故障電路的幅值大小會大于其幅值。

1.2 暫態(tài)特征

在通常情況下，配電系統(tǒng)中故障點位的下游長度要遠小于上游的線路長度，既Cob+Coh>Coi，在本式中：Coi是故障點位下游對地電容，Cob+Coh是上游線路中的電容和值，由此可以看出兩側(cè)之間有較大的暫態(tài)電流差異。暫態(tài)過程受到消弧線圈的影響較小，因此可以忽略不計。故障點位的上下游具有差異較大的頻率和暫態(tài)電流幅值，其極性和電流的波形都呈相反狀態(tài)，并具有相似性；點位上下游的鄰近檢測點具有接近的電流幅值，并且其頻率并不具有較大差異，具有相似度較高的波形；無故障電路和故障點位上下游的檢測點的暫態(tài)電流，其主要都是線路下游的分布電容電流。所以，暫態(tài)電流的流向是從母線到線路，幅值的大小隨著距離增加而減小，到了線路的末端時，幅值近似為0；故障點的上游檢測點，暫態(tài)電流為對地分布的電流和電容的和值，暫態(tài)電流的流向為線路到母線，幅值的大小隨著距離的增加而變大。通常情況下，檢測點距離故障點上游的距離越近，其在整個系統(tǒng)中所具有的暫態(tài)電流幅值也就越大。

表1 電流環(huán)補償網(wǎng)絡(luò)參數(shù)及動態(tài)響應(yīng)性能指標(biāo)對比

2 故障定位技術(shù)

2.1 定位原理

故障定位系統(tǒng)的理論依據(jù)就是故障點位上下游間的幅值和頻率都具有較大的差異性，可以運用相似性進行定位，也就是相似性定位法。①通過選線裝置，主站系統(tǒng)從選線結(jié)果中對故障的線路進行確定；②FTU上傳的電流波形被主站系統(tǒng)所接收，根據(jù)鄰近兩個點位間的電流相似度對波形的相似程度進行判斷；③主站系統(tǒng)對兩側(cè)的電流相似度進行比較并得出最小的相似系數(shù)，根據(jù)相似系數(shù)的最小值對門檻值進行設(shè)定，對故障區(qū)段進行確定，如果每個區(qū)段的電流相似度都大于門檻值，則最厚一個FTU的下游區(qū)域即為故障區(qū)段。

2.2 系統(tǒng)構(gòu)成

在對故障定位系統(tǒng)進行設(shè)計的過程中，定位系統(tǒng)的構(gòu)成部分主要是分段開關(guān)處的饋線終端裝置、選線系統(tǒng)以及定位主站與通信網(wǎng)絡(luò)。定位主站的構(gòu)成部分就是通信設(shè)備和定位系統(tǒng)，主站通常安裝于地市供電公司的調(diào)度部門，選線系統(tǒng)的核心就是XJ-100的選線系統(tǒng)，增加其定位站內(nèi)的通訊程序和相關(guān)算法，饋線終端裝置選用PZK-36型號，頻率為3.2kHz，主站和饋線終端裝置之間的通信方式為GPRS，與選線系統(tǒng)之間的通信通道為光纖。

2.3 故障選線算法

當(dāng)出現(xiàn)單相接地故障時，相位電壓降至零，而非故障相位的電壓會出現(xiàn)明顯的升高，因此電壓信號可以被選擇為選線的啟動信號，母線的電壓一到超過了定值，系統(tǒng)就會啟動故障選線程序。將線路中的電路行小波變換，將變換后的電流模的極性與極大值數(shù)值大小進行比較，如果某一條線路的極性不同于其他的線路極性，并且該線路電流幅值為最大，就可以判定此線路就是故障線路；如果每條線路在進行小波變換后的極大值極性都一致，則說明是母線出現(xiàn)了故障。對同一信號采用不同的小波基進行分析，會出現(xiàn)不同的結(jié)果甚至具有較大的差異性，因此必須在進行分析時選取適合的小波。在進行小波變換時，過多的分解層數(shù)會導(dǎo)致頻帶的寬度較小，與頻帶相對應(yīng)的采樣的點數(shù)就會過少，就會判斷的靈敏度產(chǎn)生影響，相反的層數(shù)較少也會導(dǎo)致寬度較大，從而導(dǎo)致信息量增加，并且引入其他的干擾成分，在很大程度上對判斷的可靠性產(chǎn)生了影響（如圖1）。

3 結(jié)束語

配網(wǎng)系統(tǒng)發(fā)生接地時，基于暫態(tài)信號，通過對各線路零序電流進行小波分解，對出現(xiàn)故障后的幅值大小、極性等進行比較，并以此為依據(jù)進行選線，判斷出現(xiàn)的故障線路，在實際應(yīng)用中具有很高的實用性和可靠性。

圖1 故障選線流程圖

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