小电流接地故障选线方法研究

彭滨影 石庆松

摘 要：随着电力技术的发展和用户对供电可靠性要求的提高，小电流接地系统成为配电网的主要接地方式。小电流接地系统单相接地故障选线一直是配电网继电保护技术中的难题之一。本文对小电流故障选线算法进行了归纳和综述，回顾了近年国内外研究者在这一领域所做的广泛而深入的工作和成果，对基于稳态和暂态信息的故障选线方法进行了归纳总结，并分析了各种算法的优缺点，深入探讨了今后研究的难点和研究的方向。

关键词：单相接地；小电流接地选线；稳态量；暂态量

0 引言

我国电力系统中心点接地方式有两种，即中性点直接接地方式和中性点不直接接地方式。配电网大多采取用中性点不直接接地方式，在这种系统中，发生单相接地故障时，接地短路电流较小，故称之为小电流接地系统。其我国大多数配电网均采取小电流接地系统。在小电流接地系统中，单相接地故障发生率最高，占配电网故障的80%以上。

当发生小电流接地故障后需要尽快选出故障线路。小电流接地系统故障选线的研究现状研究小电流接地系统故障选线的方法有很多种。仅基于稳态量的各种工作选线技术在使用时效果不理想。此外，还有基于数学形态学、相关分析、无功检测、多判据融合等多种选线方法。以上方法对于在特定条件的小电流接地系统的故障选线有一定的优点。

1 几种常用选线方法分析

1.1 基于稳态量的故障选线方法

（1） 零序电流比幅法

零序电流比幅法是基于早期的继电保护原理，适用于小电流不接地系统。当中性点不接地系统发生接地故障时，流过故障元件的零序电流在数值上等于其它所有非故障元件对地电容电流之和，即故障线路上的零序电流最大，因此只要通过零序电流幅值大小的比较便可以找到故障线路。通常采用“绝对整定值”原理，即利用了零序电流I0 与某一整定值Iz 做比较，整定值Iz 大于系统内任何一条线路的电容电流，如果I0 小于Iz，继电器不动作；如果I0 大于Iz，则极化继电器动作，显示回路编号，完成选线。

（2） 零序电流相对相位法

在小电流接地系统中，故障线路上的零序电流方向为线路流向母线，而其它线路上的零序电流方向则是从母线流向线路。因此只要比较零序电流方向，根据工作线路上的零序电流流动方向不同的特点，可找出故障线路。但是这种方法会产生的时针效应，相位判断困难。

（3）群体比幅法

其原理是先进行各条线路的I0 比较选出几个电流幅值较大的作为候选线路然后在此基础上进行相位比较选出方向与其他不同的线路即为故障线路。该方法在很大程度上解决了前两种方法存在的问题，但不能排除电流互感器不平衡电流以及过渡电阻的影响，且“时针效应”仍可能存在。

（4） 五次谐波分量法

由于谐波电流方向原理使用的高次谐波分量较小，且易受干扰，运行中多使用五次谐波分量法。从过渡电阻的非线性可知故障点就是一个谐波源（金属性接地是經电阻接地慢慢发展而来的），而且以基波和奇次谐波为主，根据谐波在整个系统内的分布情况和保护的要求，使用五次谐波分量为宜。按照基波整定的谐波产生的补偿效果， 适用于小电流不接地系统，知零序电流五次谐波分量在中性点经性点小电流系统中零序电流基波相同的特点，再利用前述原理，即可解决中性点经消弧线圈的选线问题。但负荷中的五次谐波源和过渡电阻大小，均会影响选线精度。

1.2 基于暂态量的选线方法

（1） 首半波法

首半波原理是接地故障发生在相电压接近最大值这一假设。此时故障相电容电流通过故障相线路向故障点放电，故障线路分布电容具有衰减振荡特性。该电流流经过消弧线圈暂态电感电流的最大值相应于相电压经过零瞬间。利用故障线路暂态零序电流首半波的幅值和方向均与正常情况不同的特点，可实现选线但故障发生在相电压过零值附近时，半波电流的暂态分量值很小，及过渡电阻的影响，易引起方向误判。

（2） 暂态能量差值选线法

发生单相接地故障后，健全线路的暂态能量增量为正，故障线路暂态能量增量为负，并且绝对值等于所有健全线路暂态能量的增量绝对值的总和。如果是在母线发生单相接地故障，则每条线路暂态能量增量均为正值。

1.3 小波法

（1） 基于行波检测的故障选线法

小波变换能准确捕捉到暂态行波的奇异点，而且其模极大值点和行波波投均具有一一对应的关系。因此，在小波变换及其模极大值表示能准确地描述暂态行波的故障特征，提取接地行波信息，进而构成有效接地选线判据。

（2） 利用小波包分解的检测方法

提出了一种基于小波包的接地故障选线的判据：根据能量最大原则确定暂态电流最集中的特征频带，再比较各条线路特征频带的模最大值首半波的极性以确定故障线路。该判断过程简单，而且抗干扰能力强，并且能够在只有2 回线路的情况下选出故障线路。试验结果表明，该判据不受接地条件及接地方式的影响，就能够更准确可靠地选出故障线路。

1.4 基于粗集理论与小波包结合算法

此算法是将采集的零序故障信号进行高速的采样，采样的信号近似接近实际信号。小波变换能准确捕捉到暂态行波的奇异点，而且其模极大值点和行波波投均具有一一对应的关系，再通过AD转换获得暂态零序电流四分之一周波的最大值和首波极性，根据最小决策算法确定采样后的信号增强比例。还根据能量最大的原则去实现故障选线。

1.5 多判据融合方法

D-S证据理论、利用拓扑理论、、模糊理论、人工神经网络等实现选算法的多判据融合，弥补单一选线判据在现实应用中选线不可靠的缺点。

此外，还有基于数学形态学、相关分析、无功检测、多判据融合等多种选线方法。以上方法对于在特定条件的小电流接地系统的故障选线有一定的优点。

2结论

本文分析了小电流接地故障选线的基本原理和方法综述，对当前小电流故障选线算法进行了归纳，当发生小电流接地故障后需要尽快选出故障线路。小电流接地系统故障选线的研究现状研究小电流接地系统故障选线的方法有很多种。仅基于稳态量的各种工作选线技术在使用时效果不理想。回顾了近年国内外研究者在这一领域所做的广泛而深入的工作和成果，对基于稳态和暂态信息的故障选线方法进行了归纳总结，并分析了各种算法的优缺点，深入探讨了今后研究的难点和研究的方向。分析了各种算法的优缺点，在下一阶段还需要进一步研究和改进。

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