小电流选线方法分析

朱一鸣

摘  要：文章主要分析了各接地方式下具有代表性的故障选线方法，探讨其选线原理，在此基础上对配电网的小电流选线方法加以展望，提出笔者自身的几点看法，以供参考指正。

关键词：配电网;小电流;选线方法

中图分类号：TM727     文献标识码：A      文章编号：1006-8937（2015）06-0115-02

当前我国3～66 kV的配电网所采用的主要是小电流接地系统，该系统的核心优点可概括为如下四点：故障电流小，不存在短路回路的威胁，三相线电压高度对称，具有自行排除瞬时性单相接地故障的功能。然而，当单相接地故障发生后，电压急剧升高，系统薄弱环节的绝缘性能遭到严重损坏，易引发三相短路，供电的稳定性下降。所以，需要采取正确的选线方法，确保当单相接地故障发生之后，能够及时而准确地将故障线路找出并排除故障，保证电网安全。

1  小电流中性点不同接地方式下单相接地故障选线

方法分析

1.1  仅适用于中性点经消弧线圈系统的选线方法

针对中性点经消弧线圈具体选线操作而言，主要的方法有残流增量法、五次谐波分量法、有功分量法、中电阻法四种，其基本工作原理存在较大的差异，具体如下：

①残流增量法。在单相接地出现故障之时，针对消弧线圈的合理调节可通过残流增量法加以实现，调整消单相弧线圈支路的阻抗性以及零序电流。调档前与调档后消弧线圈补偿电流的差值与电流的实际增量理论上是一致的，没有出现故障的线路，其零序电流维持稳定，不会发生变化，因此故障线路即为变化量最大的线路。

②五次谐波分量法。鉴于五次谐波电容的电流最大可以达到基波电容电流的五倍以上，并且消弧线圈的五次谐波感性电流仅仅是基波的五分之一，所以消弧线圈理论上无法实现对五次谐波容性的电流补偿。没有出现故障的线路，其五次谐波的零序电流是小于故障线路的。同时，没有出现故障的线路，其跟故障线路的电流极性是截然不同的，可将其视为确定故障线路的重要参考。

③有功分量法。在消弧线圈跟小电阻实现串联之时，有功电流分量的产生属于必然事件。故障线路是有功电流的唯一流经途径，没有出现故障的线路不具备允许有功电流通过的实际条件。除此之外，标准参考矢量可以由零序电压担任，随后将有功电流剥离出来，完成接地选线。

④中电阻法。当单相接地故障发生之后，在消弧线圈的补偿作用之下，稳态零序电流往往会降低。如果在这个时候进行选线，错误的概率非常高。因此，可将并联中值电阻投入至中性点短时之中，以起到增大零序电流的作用，等到系统恢复正常之后，断开开关，在消弧线圈的补偿作用之下，电弧会熄灭，故障也随之消失，这是针对瞬时性单相接地故障的方法。针对永久性单相接地故障而言，开关通过计算机进行控制，投入并联中值电阻，将投入时间控制在1.0 s以下，随后进行选线，可找出存在故障的线路。

1.2  在小电流接地系统的三种中性点接地方式当中均适

用的选线方法

在小电流接地系统的三种中性点接地方式当中均适用的选线方法主要包括首半波法、行波法、小波变换法、注入信号法、模糊理论选线法五种，具体如下：

①首半波法。假设三相电压最接近正无穷值的瞬间是接地系统发生故障的具体时间点，此时故障线路与非故障线路两者最大的区别在于暂态零序的电流极性，故障线路为负极，而非故障线路则为正极。鉴于此，可通过分析故障发生之后，暂态电流的首半波方向，借此来明确具体哪条是故障线路。

②行波法。因为存在故障的线路跟不存在故障的线路，其初始暂态行波特性有着显而易见的差异。因此，利用暂态行波信号实现故障选线的方法是可行的。行波信号本质上属于高频暂态信号，非常容易跟噪声混淆，所以需要把行波与小波相结合，才能保证故障选线的合理性。该方法的核心原理在于：在经过小波变换操作而得出的模极大值的基础上，针对初始行波位于各条线路的极性跟特性加以表示，继而选出故障线路。

③小波变换法。在小波奇异点的检测理论之上，对采集得来的故障暂态信息进行小波变换操作，在此基础上明确其模极大值点，继而对各条线路零序电流模极大值大小以及极性进行分析，极性为负者即为故障线路。此外，还可通过划分频带以及分解高频进行故障选线，因为当单相接地系统发生故障之后，故障线路的暂态零序电流极性跟非故障线路的暂态零序电流极性是不同的，同时小波包系数符号对相应频带上的电流极性实现了点对点的指明，因此对特定频带的小波包系数进行全面的分析，即能选出故障线路。

④注入信号法。当单相接地故障发生的时候，原边短接以及正处于空闲状态的电压互感器均有可能会被注入特殊的交流电流信号。在跟踪检测该交流电流信号的基础上，可精准地实现故障选线。笔者在该方法的基础上提出“S注入法”，其核心原理是：将频率介于“n”、“n+1”、“n+2”的电流信号注入到接地相当中去，通过该信号可选出故障线路。在应用该方法进行故障选线的过程当中，笔者建议搭配信号相位检测以及突变量比幅两种方法进行综合故障选线，有助于保证小电流故障选线的精确性。

⑤模糊理论选线法。在各条线路之上建立故障测度隶属度函数，详细描述故障线路的具体特征，将出现故障的线路特征隶属函数空间设定为[0，2]。据此，线路的故障测度系数与0越接近，则表明该条线路为故障线路的可能性越低，反之，线路的故障测度系数与2越接近，则表明该条线路为故障线路的可能性越高。

此外，笔者建议建立全部选线方法的权系数隶属度函数，仔细描述全部选线方法的可信程度，则可信程度越接近2，即表明可信程度越高，可信程度越接近0，即表明可信程度越低。將模糊理论当中的权系数与测度系数加以整合分析，最终的输出选线即是故障选线的可信结果。

2  关于小电流接地系统故障选线方法的几点看法

针对上文所表述的各种选线方法，笔者提出自身的几点看法，具体如下：

①鉴于电网的运行情况以及配电网的结构均非常复杂，目前任何一种故障选线方法皆无法从根本上确保故障选线的准确性。因此，笔者建议在实际的应用过程当中，可将多种选线方法混合使用，以起到检验选线结果的作用，继而提高选线的准确率。尤其是模糊理论选线法，因为其建模环境是虚拟化的，尚无法大范围实际应用，仍有待研究。

②因为小电流接地系统单相接地故障的电流非常小，所以检测的灵敏度较低，通过暂态信息来进行接地选线，理论上可行。然而，暂态信息选线方法的重点在于提取暂态信号，利用率有待提高。

③基于确保故障选线准确率的目的，通常的做法是进行现场试验。然而，电力系统进行现场试验的难度是非常大的，建议以仿真模拟试验或者是静态模拟试验代替。在正式进行试验之时，鉴于各种接地故障形态的差异性是客观存在并且无法消除的，因此在计算的过程当中，需要确保算法具备良好的容错性以及抗干扰性。

3  结  语

综上所述，小电流接地系统单相接地故障选线方法多种多样，其基本原理存在着明显的区别。为了保证选线结果的准确性，在实际的应用过程中，需要与现场情况相结合，合理选用一种或多种选线方法。伴随我国经济的发展，社会整体对于供电的可靠性要求越来越高，因此需要对现有的小电流接地系统单相接地故障选线方法进行完善与改进，以确保配电网供电正常。

参考文献：

[1] 胡鹏.基于小波分析的小电流接地系统单相接地故障选线研究[D].长沙：湖南工业大学，2013.

[2] 李吉旭.小电流接地故障选线方法与定位关键技术研究[D].沈阳：东北大学，2011.