摘要：随着我国电力工业的建设与发展，国家供电能力和供电可靠性得到有效提升，为加强电力工程质量管控，电力企业全方位推进中低压配网建设。而在电网建设过程中所采用的是小电流接地系统，该系统的应用存在大量线路故障问题，其中以单向接地故障最为显著，如何通过检测挖掘线路系统更深层次的故障，成为各大电力系统在提升继电保护和能力过程中的一大瓶颈。文章从实际角度出发，深入分析小电流接地系统故障暂态信号特征，结合多种选线方法对其中相对突出问题进行有效解决，并通过具体技术路线的不断完善，切实提高我国供电系统的安全性及稳定性。
关键词：小电流接地系统；单相接地；故障分析；选线方法
引言
当前，国内外对于单相接地故障中线路可靠性的识别处于不断优化及完善阶段，在经过各领域学者坚持不懈的研究与实践，将小电流接地系统单相接地故障中的选线原理，按照稳态信号故障选线和暂态信号故障选线进行分类，但两种选线方法在原理上均以电流基零序分量重的电流大小、相位以及功率等为基础。且随着现代化选线理论的形成及发展，各种新型选线装置不断涌现，根据相关选线理论形成的产品更新一代又一代。但从目前应用实际来看，各类产品所产生效果尚未明显，需进一步加大对其本身的研究与优化力度。
1.小电流接地系统故障暂态信号特征分析
通常情况下，若电网所采用系统为小电流接地系统时，产生单相接地故障过程中往往伴有异常剧烈的振荡，无形中提升和拓宽了暂态信号幅值以及频谱范围，可在拥有丰富信息的前提下有效完成对接地线路故障的有效识别，因此，在开展暂态分析过程中，应提高故障特征的提取率。一般，在相电压值发到顶峰状态时，会引起电网绝缘击穿接地，针对这一现象，应将暂态电容电流视为两个电容电流之和，相电压基于故障威胁，电压值骤然降低，进而导致放电电容电流，电流通过母线流向故障点，加快了放电衰减速度，整体振荡频率达到数千赫兹。
2.小电流接地系统故障检测算法
2.1小电流接地故障稳态算法
对于小电流系统中单相接地故障问题的解决，多数人将问题的出发设置在稳态量这一层次，与零序分量特性相结合，制定新的故障检测算法，并围绕此标准不断生成与之相适应的小电流接地故障选线装置。通常，应用频率较高的检测算法主要是零序电流幅值，这种算法将故障线路零序电流幅值大于非故障线路零序电流幅值的特点发挥的淋漓尽致。另外一种是有零序电流方向法（简称“方向法”或者“相位法”），对于故障线路的选择问题，其充分利用了故障线路零序电流区别于非故障线路的最大特点。相较于幅值法，零序电流方向法在监测灵敏度方面具有明显的优势，而当处于过补偿或者完全补偿状况时，故障线路零序电流方向趋同于非故障线路，尤其是在间接性接地故障中，零序电流波形畸变现象尤为凸显，无法对其相位进行精准计算，与幅值法相比，方向法出现误判几率的可能性相对更高。
2.2小电流接地故障暂态算法
在小电流接地系统中，稳态电流幅值相对较小，接地电阻、电流互感器以及电弧等产生的一系列不平衡电流，对稳态电流幅值具有一定的影响，并且由于系统缺乏高超的灵敏度，选线最终效果与预期相差甚远。但从幅值来看，小电流接地故障暂态电流幅值以成数十倍的优势，胜于稳态对地电容电流，数值在数十A到数百A之间，消弧线圈对其影响程度相对较低。因而，通过对暂态信号的有效利用，并将其穿插至接地选线过程中，可避免稳态选线法实际应用过程中的灵敏度不高的弊端，受消弧线圈影响的缺点。
2.3基于现代信号处理技术的故障选线算法
一方面，基于小波变换的选线技术。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆在对时域和频域进行小波分析时，小波分析局部化以及多分辨率等特性较为突出，对被用于奇异信号的分析，即使在不同频域下，同样可以对信号的时域特征以及领域特征等进行深入观察。建立小波变换基础上的选线技术，可运用小波变换全面分析对接地故障信号，有效获取故障零序电流波形的复制和相位信息。通常，对于接地故障暂态讯号的分析主要依靠小波分析，结合暂态过程中谐波的相位相反和幅值最大等关系对进行选线分析。小波分析对奇异的敏感性在某种程度上看优点与缺点并存，信号的干扰作用将直接影响选线的最终结果。
另一方面，基于人工智能的选线技术。在人工智能技术中，神经网络和模糊理论的应用相对纯熟，其中，神经网络技术可通过电气量与故障间的映射做出综合判断，而模糊控制则根据输入信号利用一些常规的判据得到选线结果，根据模糊理论得到隶属函数，最后对选线结果信息做出融合得到最后选线结果。这些方法虽充分利用了现代人工智能方面的技术，但仅在信号处理层次上努力较多，分析信号的本质特征有所欠缺，实际应用效果还有待检验。
3.技术路线
3.1接地故障过程中电弧现象的建模与分析
当单相故障现象形成过程中，极易在短时间之内产生电弧接地和电弧不稳定等问题，在故障产生并不断恶化过程中，电弧的产生极具概率性，且由于电弧的不稳定性特点，过程中反复出现熄灭和重燃现象。在单相接地故障形成过程中，位于不同故障点的接地电阻在某种程度上具有非规定化特点，接地点的故障信号在整故障过程中极富变化，故障信号在不断变化的系统中容易直接消失，是开发选线装置过程中被严重无视的关键问题，因此，在选取算法时，应从实际角度出发，进一步改善并提高算法的容错性和抗干扰能力。结合电弧的特性建立相应的电弧随机特性模型，通过电弧模型测试与训练接地故障检测算法，为算法的优化提供了良好的仿真测试手段。
3.2基于人工智能的暂态与稳态选线算法融合
在电力工程中，稳态选线算法和暂态选线算法的应用时间相对较长，在部系统工程中拥有良好的实践应用价值。这两种不同类型的算法，在实际应用范围上具有明确范围限制，对于各类基地故障的判断，不能单纯依靠一个或者几个判据。而以小波技术为基础的暂态故障信息提取技术能够有效获取暂态过程中各式各样的频谱信息，确保接地故障检测灵敏度的全面提升。但是容易对干扰性负荷产生错误判断，所以对于可以利用稳态故障检测算法提高算法的抗干扰能力，可以人工智能技术实现稳态与暂态选线判据的融合。
3.3实时动态仿真测试与故障模拟测试
利用搭建的电弧仿真模型，把电弧模型综合到RTDS上搭建的仿真模型中，考虑故障的随机与多变的特性，对样机进行测试，通过对实际运行环境的模拟来检验算法的可靠性与准确度。
4.结束语
综上所述，面对配电网出现的种种问题，采用单相接地模型，实现分布式单相接地故障智能检测，有效的解决了配电网小电流接地系统单相接地故障快速检测的难题，逐步攻克基于信息融合技术的分布式单相接地故障检测和基于分布式自主决策的就地型馈线自动化两项世界技术难题。
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论文作者:侯泽东,赵国庆,贾迎春
论文发表刊物:《电力设备》2018年第14期
论文发表时间:2018/8/21
标签：故障论文; 电流论文; 单相论文; 算法论文; 稳态论文; 电弧论文; 过程中论文; 《电力设备》2018年第14期论文;