配电网故障选线与定位发展现状

申玮，蒋鑫

（湖南长沙理工大学，湖南长沙，410114）

1 利用接地故障特征分量的选线方法

1.1 利用故障稳态特征分量的方法

1.1.1 群体比幅比相算法

群体比幅比的变相算法目前已经可以被广泛应用来分析故障检测信息之间的相对频率关系，避免了无法给出绝对频率整数确定值的技术漏洞。且我们可以通过从候选图像中直接进行选择幅值小或大图像线路后来对其进行转换，这是可以将其作为候选图像线路的一种途径，在一定量的范围内也能够有效地克服因 CT不平衡而导致可能给我们所带来的各种问题。但当一个供电系统中性点已被一个消弧三角形的线圈所利用，进行点接地电流处理时，消弧三角线圈对于系统故障保护电源和接地线路中性端的点接地电流的反向补偿驱动效应很大令得基于群体比幅比的反相算法不再合适。

1.1.2 五次谐波分量法

当小电流接地电网中发生单相接地故障时。高次功率谐波补偿电流的功率容性滤波分量和谐振滤波发生次数与系统功率补偿损失系数成正比，消弧补偿线圈在系统设计中的功率补偿保护功能几乎可以忽略不计。由于一次接地系统中5次高频谐波所在线路中的零序内容分布所在电容中性元素离子含量很大，且其零序内容所在线路中性元素离子含量特性和所在中性点不接地系统线路中的基波所在线路中性元素离子所在的零序内容之间的电流分布特性是不能完全相同，利用与用户群体中的比幅就已经能够轻松实现无故障时的快速选线。

1.1.3 有功分量法

经消弧线圈接地系统普遍采用自动跟踪补偿方式，它们可以用来直接控制电路谐振的通过电压。当一个单相接地线路发生漏电故障时，故障供电线路的一个零序复位电流向量可以被表示为所有非线性故障供电线路的复位电容和零序电流以及故障线圈内各支路的零序电流之间的一个向量电流总和，即其中通常包含一个无线有功源流过频率的无线有功源源电流，故障供电线路中一个流过无线有功源的电流向量要大得远大于其他非线性故障供电线路。

1.1.4 零序导纳法

在一个不同配电线路系统正常运行工作的情况下，零序直流网络线路中的一个零序输入电流和它的零序输出电压两个向量之间的数值差别，可以使我们同时可以直观地分别得到不同配电线路的多个零序直流电压向量导纳，并将这些零值数据组合作为一个新的参考值对数值数据进行分析储存。而对于非故障线路 k来说，通过比较故障前后的各馈线零序导纳的变化，就能够轻松地选出故障线路。

1.1.5 残流增量法

在电路发生故障，配电电源线路的单相消弧永久性限压接地电阻故障时，通过改变减小单相消弧接地线圈的最大损坏和产生失谐值的程度(或者说也可以通过改变单相限压接地电阻的最大损坏失谐值)，故障配电线路中产生零序输出电流(也可能就是发生故障线路终止中断点的一分或部分零序残流)就会随之而增大。

1.1.6 负序电流法

当一个配电传输系统在多个短信号通道中同时发生基波单相接地输出故障时，负序序列电流的能量分布及其物理化学特性非常类似于基波零序序列电流，故障保护线路的基波负序序列电流远远大于所有非基波故障保护线路的基波负序序列电流，并且由于两者之间的基波负序序列电流散布分量正好相反，因此我们通过分析对比各个基波输入故障线路，分析负序序列电流的分布大小值以及其流动方向，就非常能够轻松完成单相接地故障保护。

1.2 利用故障相暂态特征分量的方法

当单相接地器发生故障时，故障相电压可能会有较大的下降，非故障相电压也可能有较大的上升，所以由于故障相电容在系统中存在有一个放电的过程，系统从一个稳态阶段逐渐过渡至另一个稳态阶段，因此故障相电流的第一半波也存在非常明显的短期暂态过程，其信号和动力学特征十分丰富，用它的方法来将其作为一个选线的标准，不受任何消弧式连接线圈的影响。

1.2.1 暂态分量的比幅比相法(首半波法)

暂态供电信号的输出频率因国际电网而异。最大频率暂态电流的频率与一个稳态工作时电容最大频率和电流之比，在理论上来说是相近似的它等价于一个时间内暂态最高频率与一个电容正常工作时最高频率和电流之比。从而我们不仅能通过观测得到，暂态驱动电流的大小还需要远远高于一个稳态驱动电流的平均值，大约是安培高出几十倍。然而，谐振接地系统的电容和阻抗性都会随着线圈的频率波变化而明显地波动和减小。所以，采用这种暂态振动分量的照相方式，我们不能忽视对振动消弧后的线圈系统进行振动补偿的重要作用，此时的中性谐振接地系统的比幅值之间也可以做到完全相同。

1.2.2 基于小波分析的选线方法

暂态故障时间分析过程中已经充分包含了丰富的各种故障状态信息，小波分析对于各种暂态的信号突变和微弱故障信号的波动变化比较敏感，并且非常能可靠地准确提取各种故障的基本特性。根据小波变换的噪声理论我们可以知道，故障和其他噪声因素都会直接影响致使一个信号规模发生奇异，其中对规模极大的函数值的零点奇异相当于信号对应的的数据奇异。因为暂态噪声的滤波模极和最大值很有可能还是会随着滤波尺寸的不断增长而逐渐得到降低，因此如果能够采取合适的滤波尺寸方法来进行分解，就已经非常能够完全可以忽略对滤波噪声的直接影响，得到一个用滤波暂态噪声作为滤波信号的噪声选线测量标准。

1.3 不利用接地故障特征分量的选线方法

S信号的数量注入限制方式在于该法并没有限制使用固定故障信号数量。当电流互感器外边发生注入短路电流故障时，接地的高电压电流互感器一直处于被注入短路的电流状态，若此时从地相电压电流互感器的接地a相电压原边向外边再注入一个短路电流正则信号，则由副边被导线感应的较大电流使它只能沿着一个接地点的线路与两个接地点之间的一个相接导线方向向下流动并经过一个接地点后导线才能够进入到接地。因此用谐波寻迹的工作原理，其主要技术优势特点有:(1)一般操作系统人员一般无需再自行添置任何一次其他机械设备，不会对正常设备运行的其他机械设备运行造成任何不良影响；(2)信号注入式式的信号输出是否泛指它们具有与操作系统中任何一种固有接地信号相同的物理特征，对它们的接地检测操作方式一般不受操作系统正常设备运行工作状态等不良情况的直接影响；(3)信号输出的电流注入式式信号中的电流常数只能在系统接地检测线路的规定接地期和相中期内进行一次流通，不会直接造成影响操作系统其他机械部件。但是该设计方法必须达到要求在注入线路所有的信号分段和各个线路分支之间都必须装设一个注入信号上的电流电压检测器，导致线路投资控制力度的不断增大，且在实际的线路系统设计操作中，注入线路信号的电流数量和振动强度也在很大一定程度上已经因为受到了信号电压电流传感器的注入容量很大限制。当接地线路信号发生接地故障判断是否为采用高阻线路接地时，线路上的分布式接地电容将可能会直接引起对被输出线路注入接地信号的短路过滤，从而也将可能会给您所选择的接地线路信号带来一定的线路电磁干扰；如果在多个接地点同时出现了线路间歇性的线路电弧抖动现象，还将直接影响导致被输出注入的线路信号在连接线路过程中将同时发生不连续，从而直接损害被输出注入的线路信号的电特性，影响信号检测值的准确率。

2 故障点定位方法

2.1 故障分析法

故障参数分析方法主要原理是在采用传统的单相阻抗自动测距法或简称电抗自动测距法等方法的相关技术基础上，建立一种用于配置电网的分布式线路参数测距模型，利用连接线路一侧的一个单相接地线路故障点在事件不断发生后，对线路故障一侧所连接获得的单相稳态线路信息数据进行自动测距。通过分析了解各个序序接故障后的电线边界距离条件及各个序序接输电地点和网络之间的固有波动关系，可以由方法利用如下式中的方法来列出故障x(各序序接故障所在地点的边界距离所在输电线路的首端)和各个序序接输电线路的过渡交流电阻，各个序序接故障所在地点的边界距离过渡电流、电压之间的波动关系所组成的方程，解得其中x即为各个序序接地点的电线所在各个故障输电线路上的故障位置。这种直接测距选线方法指的是一种直接选线，而不是你需要对其他线作任何间接选择。

2.2 行波测距法

目前我们大致可以把它大致上可划分成以为3种基本类型:

(1)按照每个故障的起点母线发生时所反射出现的行波至达到母线后行波反射至每个故障的起点，再由每个故障点向前与母线发出反射的行波时间相同来对线进行行波测距。即首先采用新型单端总线检测法。假设上次检测终止到的故障行波波检测速度跟踪系数约为d=v，故障初始行波和上次检测终止到的上次故障终止点终端反射的行波在上次检测故障终止点的时间分别大约是等于t1，t2，则上次检测终止到的上次故障终止点检测距离约为d=(t2-t1)v/2，即上次检测终止到的上次故障终止点检测距离和上次测量故障终止端的检测距离均大约为上次检测终止到的故障行波波检测速度系数往返率和检测终止路程的一半。

(2)依靠在故障点上面出现的一个行波至两侧母线之间的时差来进行测距，即采用双端测量方法。在发生了单相接地故障后，其中一个电压或者是电流的行波沿着线路向两端各自传输，通过两端在母线上各自安装的测量仪器记录了行波在到达两端母线端的最终时刻。线路的总长度为l，故障初始运行的波波头至两侧母线之间到达的时间分别是t1和t2，则该故障点与n端母线的距离D=(T2-T1)V/2+L/2。

(3)当测量线路上电机发生一次性的单相接地脉冲故障时，在整个测量线路终端机的母线上就会有一个人为地产生增加了输出电压的接地脉冲。通过分析检查反射脉冲在一个故障中断点上的一个母线反射脉冲波从始至终到达点和测量脉冲终端点在母线上的持续时间，可以帮助确定两个脉冲故障中断点之间的直线距离。

2.3 智能化测距

相关学者以10kv典型配电网为主要研究实验对象，建立了一种在配电故障发生状态下的模拟数学配电退火处理模型，引入了模拟退火参数算法，适用于配电单相接地器的故障状态测距。该检测方法使用无需任何直接选线，经过数学算法进行计算，直接精确决定了汽车故障可能发生时和地点的准确位置。其中的基础电路设计原理思想主要目的是通过模拟建立一个线路配线上网线路数学仿真模型，即通过对一个故障时刻所带线路分支的一个电子线路配线上网线路进行多次仿真，根据这个数学模型的线路计算机数据进行多次仿真，不断地计算改变各个发生故障的线路分支，故障发生点、各分支位置的接地参数和线路接地交流电阻，进行多次的计算组合，找出一个与特定故障发生时刻所需要检测得接地电压和线路输出的接地电流最为基本接近的线路计算机数值，反之就成为可以直接确定其与相应的一个故障时刻电子线路的电源编号、相别、分支和接地距离，其本质上就是一种线路阻抗计算方式。但同样也普遍存在着由于计算机容量巨大，不易准确实现数值收敛的特殊情况。

2.4 S注入法

目前，投入实际生产使用的这种故障保护测距选线保护装置主要是基于山东工业大学自主开发的一种已经研制成功的新型TY-04型小高压电流单相接地故障控制保护系统，它通过采用了基于S模式注入控制法的一种TY-04型小高压电流单相接地控制方式即可进行电流单相接地的故障选线、测距和自动定位故障保护，在其故障选线保护方式及工作原理的详细介绍中，已经不具有详细的技术描述。"S注入法"电路测距的工作原理，即是在结合传统电路选线注入法电路测距工作原理的应用技术基础上，通过对电路输出故障信号的输入电压和输出电流分别进行精确检测，计算一个电路变电站至一个接地的电路故障信号点之间的短路电抗，从而可以达到对电路故障信号进行精确测距，其实质上就是一种电路阻抗计算方法。该测量方法主要采用线式选线，测距测量关系紧密，原理简单。