配電網故障選線與定位發展現狀

申瑋，蔣鑫

（湖南長沙理工大學，湖南長沙，410114）

1 利用接地故障特征分量的選線方法

1.1 利用故障穩態特征分量的方法

1.1.1 群體比幅比相算法

群體比幅比的變相算法目前已經可以被廣泛應用來分析故障檢測信息之間的相對頻率關系，避免了無法給出絕對頻率整數確定值的技術漏洞。且我們可以通過從候選圖像中直接進行選擇幅值小或大圖像線路后來對其進行轉換，這是可以將其作為候選圖像線路的一種途徑，在一定量的范圍內也能夠有效地克服因 CT不平衡而導致可能給我們所帶來的各種問題。但當一個供電系統中性點已被一個消弧三角形的線圈所利用，進行點接地電流處理時，消弧三角線圈對于系統故障保護電源和接地線路中性端的點接地電流的反向補償驅動效應很大令得基于群體比幅比的反相算法不再合適。

1.1.2 五次諧波分量法

當小電流接地電網中發生單相接地故障時。高次功率諧波補償電流的功率容性濾波分量和諧振濾波發生次數與系統功率補償損失系數成正比，消弧補償線圈在系統設計中的功率補償保護功能幾乎可以忽略不計。由于一次接地系統中5次高頻諧波所在線路中的零序內容分布所在電容中性元素離子含量很大，且其零序內容所在線路中性元素離子含量特性和所在中性點不接地系統線路中的基波所在線路中性元素離子所在的零序內容之間的電流分布特性是不能完全相同，利用與用戶群體中的比幅就已經能夠輕松實現無故障時的快速選線。

1.1.3 有功分量法

經消弧線圈接地系統普遍采用自動跟蹤補償方式，它們可以用來直接控制電路諧振的通過電壓。當一個單相接地線路發生漏電故障時，故障供電線路的一個零序復位電流向量可以被表示為所有非線性故障供電線路的復位電容和零序電流以及故障線圈內各支路的零序電流之間的一個向量電流總和，即其中通常包含一個無線有功源流過頻率的無線有功源源電流，故障供電線路中一個流過無線有功源的電流向量要大得遠大于其他非線性故障供電線路。

1.1.4 零序導納法

在一個不同配電線路系統正常運行工作的情況下，零序直流網絡線路中的一個零序輸入電流和它的零序輸出電壓兩個向量之間的數值差別，可以使我們同時可以直觀地分別得到不同配電線路的多個零序直流電壓向量導納，并將這些零值數據組合作為一個新的參考值對數值數據進行分析儲存。而對于非故障線路 k來說，通過比較故障前后的各饋線零序導納的變化，就能夠輕松地選出故障線路。

1.1.5 殘流增量法

在電路發生故障，配電電源線路的單相消弧永久性限壓接地電阻故障時，通過改變減小單相消弧接地線圈的最大損壞和產生失諧值的程度(或者說也可以通過改變單相限壓接地電阻的最大損壞失諧值)，故障配電線路中產生零序輸出電流(也可能就是發生故障線路終止中斷點的一分或部分零序殘流)就會隨之而增大。

1.1.6 負序電流法

當一個配電傳輸系統在多個短信號通道中同時發生基波單相接地輸出故障時，負序序列電流的能量分布及其物理化學特性非常類似于基波零序序列電流，故障保護線路的基波負序序列電流遠遠大于所有非基波故障保護線路的基波負序序列電流，并且由于兩者之間的基波負序序列電流散布分量正好相反，因此我們通過分析對比各個基波輸入故障線路，分析負序序列電流的分布大小值以及其流動方向，就非常能夠輕松完成單相接地故障保護。

1.2 利用故障相暫態特征分量的方法

當單相接地器發生故障時，故障相電壓可能會有較大的下降，非故障相電壓也可能有較大的上升，所以由于故障相電容在系統中存在有一個放電的過程，系統從一個穩態階段逐漸過渡至另一個穩態階段，因此故障相電流的第一半波也存在非常明顯的短期暫態過程，其信號和動力學特征十分豐富，用它的方法來將其作為一個選線的標準，不受任何消弧式連接線圈的影響。

1.2.1 暫態分量的比幅比相法(首半波法)

暫態供電信號的輸出頻率因國際電網而異。最大頻率暫態電流的頻率與一個穩態工作時電容最大頻率和電流之比，在理論上來說是相近似的它等價于一個時間內暫態最高頻率與一個電容正常工作時最高頻率和電流之比。從而我們不僅能通過觀測得到，暫態驅動電流的大小還需要遠遠高于一個穩態驅動電流的平均值，大約是安培高出幾十倍。然而，諧振接地系統的電容和阻抗性都會隨著線圈的頻率波變化而明顯地波動和減小。所以，采用這種暫態振動分量的照相方式，我們不能忽視對振動消弧后的線圈系統進行振動補償的重要作用，此時的中性諧振接地系統的比幅值之間也可以做到完全相同。

1.2.2 基于小波分析的選線方法

暫態故障時間分析過程中已經充分包含了豐富的各種故障狀態信息，小波分析對于各種暫態的信號突變和微弱故障信號的波動變化比較敏感，并且非常能可靠地準確提取各種故障的基本特性。根據小波變換的噪聲理論我們可以知道，故障和其他噪聲因素都會直接影響致使一個信號規模發生奇異，其中對規模極大的函數值的零點奇異相當于信號對應的的數據奇異。因為暫態噪聲的濾波模極和最大值很有可能還是會隨著濾波尺寸的不斷增長而逐漸得到降低，因此如果能夠采取合適的濾波尺寸方法來進行分解，就已經非常能夠完全可以忽略對濾波噪聲的直接影響，得到一個用濾波暫態噪聲作為濾波信號的噪聲選線測量標準。

1.3 不利用接地故障特征分量的選線方法

S信號的數量注入限制方式在于該法并沒有限制使用固定故障信號數量。當電流互感器外邊發生注入短路電流故障時，接地的高電壓電流互感器一直處于被注入短路的電流狀態，若此時從地相電壓電流互感器的接地a相電壓原邊向外邊再注入一個短路電流正則信號，則由副邊被導線感應的較大電流使它只能沿著一個接地點的線路與兩個接地點之間的一個相接導線方向向下流動并經過一個接地點后導線才能夠進入到接地。因此用諧波尋跡的工作原理，其主要技術優勢特點有:(1)一般操作系統人員一般無需再自行添置任何一次其他機械設備，不會對正常設備運行的其他機械設備運行造成任何不良影響；(2)信號注入式式的信號輸出是否泛指它們具有與操作系統中任何一種固有接地信號相同的物理特征，對它們的接地檢測操作方式一般不受操作系統正常設備運行工作狀態等不良情況的直接影響；(3)信號輸出的電流注入式式信號中的電流常數只能在系統接地檢測線路的規定接地期和相中期內進行一次流通，不會直接造成影響操作系統其他機械部件。但是該設計方法必須達到要求在注入線路所有的信號分段和各個線路分支之間都必須裝設一個注入信號上的電流電壓檢測器，導致線路投資控制力度的不斷增大，且在實際的線路系統設計操作中，注入線路信號的電流數量和振動強度也在很大一定程度上已經因為受到了信號電壓電流傳感器的注入容量很大限制。當接地線路信號發生接地故障判斷是否為采用高阻線路接地時，線路上的分布式接地電容將可能會直接引起對被輸出線路注入接地信號的短路過濾，從而也將可能會給您所選擇的接地線路信號帶來一定的線路電磁干擾；如果在多個接地點同時出現了線路間歇性的線路電弧抖動現象，還將直接影響導致被輸出注入的線路信號在連接線路過程中將同時發生不連續，從而直接損害被輸出注入的線路信號的電特性，影響信號檢測值的準確率。

2 故障點定位方法

2.1 故障分析法

故障參數分析方法主要原理是在采用傳統的單相阻抗自動測距法或簡稱電抗自動測距法等方法的相關技術基礎上，建立一種用于配置電網的分布式線路參數測距模型，利用連接線路一側的一個單相接地線路故障點在事件不斷發生后，對線路故障一側所連接獲得的單相穩態線路信息數據進行自動測距。通過分析了解各個序序接故障后的電線邊界距離條件及各個序序接輸電地點和網絡之間的固有波動關系，可以由方法利用如下式中的方法來列出故障x(各序序接故障所在地點的邊界距離所在輸電線路的首端)和各個序序接輸電線路的過渡交流電阻，各個序序接故障所在地點的邊界距離過渡電流、電壓之間的波動關系所組成的方程，解得其中x即為各個序序接地點的電線所在各個故障輸電線路上的故障位置。這種直接測距選線方法指的是一種直接選線，而不是你需要對其他線作任何間接選擇。

2.2 行波測距法

目前我們大致可以把它大致上可劃分成以為3種基本類型:

(1)按照每個故障的起點母線發生時所反射出現的行波至達到母線后行波反射至每個故障的起點，再由每個故障點向前與母線發出反射的行波時間相同來對線進行行波測距。即首先采用新型單端總線檢測法。假設上次檢測終止到的故障行波波檢測速度跟蹤系數約為d=v，故障初始行波和上次檢測終止到的上次故障終止點終端反射的行波在上次檢測故障終止點的時間分別大約是等于t1，t2，則上次檢測終止到的上次故障終止點檢測距離約為d=(t2-t1)v/2，即上次檢測終止到的上次故障終止點檢測距離和上次測量故障終止端的檢測距離均大約為上次檢測終止到的故障行波波檢測速度系數往返率和檢測終止路程的一半。

(2)依靠在故障點上面出現的一個行波至兩側母線之間的時差來進行測距，即采用雙端測量方法。在發生了單相接地故障后，其中一個電壓或者是電流的行波沿著線路向兩端各自傳輸，通過兩端在母線上各自安裝的測量儀器記錄了行波在到達兩端母線端的最終時刻。線路的總長度為l，故障初始運行的波波頭至兩側母線之間到達的時間分別是t1和t2，則該故障點與n端母線的距離D=(T2-T1)V/2+L/2。

(3)當測量線路上電機發生一次性的單相接地脈沖故障時，在整個測量線路終端機的母線上就會有一個人為地產生增加了輸出電壓的接地脈沖。通過分析檢查反射脈沖在一個故障中斷點上的一個母線反射脈沖波從始至終到達點和測量脈沖終端點在母線上的持續時間，可以幫助確定兩個脈沖故障中斷點之間的直線距離。

2.3 智能化測距

相關學者以10kv典型配電網為主要研究實驗對象，建立了一種在配電故障發生狀態下的模擬數學配電退火處理模型，引入了模擬退火參數算法，適用于配電單相接地器的故障狀態測距。該檢測方法使用無需任何直接選線，經過數學算法進行計算，直接精確決定了汽車故障可能發生時和地點的準確位置。其中的基礎電路設計原理思想主要目的是通過模擬建立一個線路配線上網線路數學仿真模型，即通過對一個故障時刻所帶線路分支的一個電子線路配線上網線路進行多次仿真，根據這個數學模型的線路計算機數據進行多次仿真，不斷地計算改變各個發生故障的線路分支，故障發生點、各分支位置的接地參數和線路接地交流電阻，進行多次的計算組合，找出一個與特定故障發生時刻所需要檢測得接地電壓和線路輸出的接地電流最為基本接近的線路計算機數值，反之就成為可以直接確定其與相應的一個故障時刻電子線路的電源編號、相別、分支和接地距離，其本質上就是一種線路阻抗計算方式。但同樣也普遍存在著由于計算機容量巨大，不易準確實現數值收斂的特殊情況。

2.4 S注入法

目前，投入實際生產使用的這種故障保護測距選線保護裝置主要是基于山東工業大學自主開發的一種已經研制成功的新型TY-04型小高壓電流單相接地故障控制保護系統，它通過采用了基于S模式注入控制法的一種TY-04型小高壓電流單相接地控制方式即可進行電流單相接地的故障選線、測距和自動定位故障保護，在其故障選線保護方式及工作原理的詳細介紹中，已經不具有詳細的技術描述。"S注入法"電路測距的工作原理，即是在結合傳統電路選線注入法電路測距工作原理的應用技術基礎上，通過對電路輸出故障信號的輸入電壓和輸出電流分別進行精確檢測，計算一個電路變電站至一個接地的電路故障信號點之間的短路電抗，從而可以達到對電路故障信號進行精確測距，其實質上就是一種電路阻抗計算方法。該測量方法主要采用線式選線，測距測量關系緊密，原理簡單。