构建于故障暂态信号伴随其衰减特征的电网单相接地故障测距思

路刍议　黄建国

摘 要：在小电流接地系统中，单相接地故障发生的概率很大，这就需要工作人员及时的发现故障，并开展排除工作。笔者就这些问题进行分析和探讨，希望对提高线路运行的安全、可靠性有所帮助。

关键词：小波变化；接地故障；小波注入法

中图分类号：TM71 文献标识码：A

为了提高供电可靠性，目前中性点非有效接地方式已经在6-35KV配网中得到了使用。传统的故障处理方法存在一定的弊端和缺陷，比如：耗用的时间长、效率低。因此，为了提高供电可靠性，对故障进行及时的排除，我们需要对有效的单相接地故障定位方法进行研究，这不仅具有理论价值，更具有世纪意义。

目前，在线法和离线发是配网单相接地故障定位的主要方法。离线法会使用注入信号的方法来对故障位置进行确定，这样定位效果就比较好，但是由于其是在断电之后进行的，因此需要停电和外加设备。在线法在进行定位时，会根据在线测量值，可以被划分为故障测距和故障区段定位。

一、单相接地故障暂态信号及其衰减特征

1 故障暂态信号特征

接地故障一般是因为电网中绝缘被击穿产生的，因此当处于电压接近于最大值瞬间这一状况时，非故障相电压就会变高，而故障相电压就会降低。当单相金属性故障发生在中性点非有效接地系统中时，故障电压就会为0，而非故障电压就会是正常电压的倍。故障暂态信号主要包括4个分量，即：弧线圈中产生的暂态直流分量、故障暂态信号包括工频分量、故障相线路电容的放电暂态信号以及对非故障相线路电容的充电暂态信号。对于放电信号来说，信号衰减的比较快，震荡频率高。充电信号流通回路电感大，震荡频率低，信号衰减的比较慢，此外信号幅值也大。

2 暂态信号衰减特征

我们以充电暂态信号为例子，对信号回路进行简化。之后产生串联RLC电路。根据电路理论，如果回路参数和式（1）相符合，则说明暂态信号时震荡衰减。如果二者不相符的话，就是直流衰减。可见，在对故障点进行确定时，系统中会存在临界故障电阻，而系统等效参数则决定了该故障电阻。当单相接地故障发生在中性点不接地系统中时，其电阻一般为40Ω。

通过仿真，我们发现实际网络参数和故障情况决定了故障电阻临界值，且一般在100Ω左右。大部分的单相接地故障的充电暂态信号都会满足振荡衰减。关于上式解释。C、L、R分别是串联RLC回路的电容、电感以及等效电阻。A是暂态信号幅值，是其初相角，f是暂态信号频率，则是暂态信号衰减系数。

从上面的式子中我们可以看出电阻越大，那么衰减系数也就越大，暂态信号衰减基本越快，那么持续时间也会缩短。如果故障点确定的话，那么故障电阻就决定了回路电阻。图1是属性单相接地故障和故障电阻为40Ω时故障相电流波形图。可以看出，暂态信号衰减特征受到故障电阻的影响很大，暂态信号持续时间变短和故障电阻增大有直接的关系。因此，在对信号有效区段进行确定时，需要从暂态信号的衰减特点出发，这样信号才会合理，才会得到充分的使用。

二、基于充电暂态信号的测距原理

我们一般将充电暂态特征测距原理理解为基于高频分量的阻抗法。在发生故障时，绝大部分的暂态信号会和地构成流通回路。我们在对故障距离进行计算时，可以使用高频分量定量。该方法使用的原理是：单相接地故障暂态分量幅值大，此外也不会受到消弧线圈的干扰。笔者没有使用工频分量，这样负荷电流和系统不平衡的现象就会避免（从原理角度看）。如果高频分段有线路经过，那么线路的电抗就会变大，故障电阻的影响也会降低，这样计算的可靠性和准确性都会得到提高。

三、充电暂态特征提取及故障距离计算

1 信号频谱分析和充电频率识别

充电暂态信号特征的提取之前的一个工作是：对充电暂态信号有效性进行识别，此外还要对充电暂态信号特征频率进行识别，这个过程中需要参考快速傅里叶变化理论。0.3—3KHZ是单相接地故障暂态信号集中的范围，因为产地暂态信号的幅值比较大，所以在对充电暂态信号特征进行确定时可以使用该频段内频谱幅值特征。第一步对该频段范围内信号幅值极值点进行确定。如果该频段范围内所有极值点均值是最大极值点信号幅值的三分之一，就说明充电信号有效。并且最大极值点信号对应频率为充电信号频率。

2 充电暂态信号特征提取及故障距离计算

实小波变换。单相接地时，电流的暂态过程持续的时间很短，而故障电压也是一样。但是，稳态时数据就比较小。小波分析是一种合适的故障选线方法，目前处于国际前沿，其发展基础是傅里叶变换。作为一种新的信号处理方法，其可以对信号进行精细的分析，尤其是在遇到微弱信号以及暂态突变信号变化敏感的情况时。从小波变换的模极大值理论中我们可以发现信号奇异是由噪声和故障这两个因素导致的。复小波变换结果和实小波变化结果是有差异的，这是因为实小波变换术瞬时值形式，而复小波变化结果是幅值相角形式。

S变换。S变换属于连续小波的变换，和相位校正后的小波变化比较接近。S变换提取出的充电暂态信号是复数值序列，这和经复小波变换提取的结果相似。表1是3种信号变换方法在不同故障情况下的测距比较。

结语

作为配电系统最常见的故障，单相接地故障属于小电流接地系统单相接地，其在多雨以及潮湿天气状况下发生的概率比较大。单相接地故障会对正常的供电造成影响，严重时会烧坏设备，引发安全事故。笔者用3种方法提取充电暂态特征，最终发现S变换具有更大的优势，可以使用该方法进行单端测量。

参考文献

[1]梁志瑞，穆毓，牛胜锁，吴群雄，陆文彪.一种小电流接地系统单相接地故障测距新方法[J].电力系统自动化，2012（23）.

[2]孙波，徐丙垠，孙同景，薛永端，刘世光.基于暂态零模电流近似熵的小电流接地故障定位新方法[J].电力系统自动化，2011（23）.

[3]王铭，徐玉琴.基于小波变换和BP网络的非故障相暂态电流故障定位[J].电力自动化设备，2012（23）.endprint

摘 要：在小电流接地系统中，单相接地故障发生的概率很大，这就需要工作人员及时的发现故障，并开展排除工作。笔者就这些问题进行分析和探讨，希望对提高线路运行的安全、可靠性有所帮助。

关键词：小波变化；接地故障；小波注入法

中图分类号：TM71 文献标识码：A

为了提高供电可靠性，目前中性点非有效接地方式已经在6-35KV配网中得到了使用。传统的故障处理方法存在一定的弊端和缺陷，比如：耗用的时间长、效率低。因此，为了提高供电可靠性，对故障进行及时的排除，我们需要对有效的单相接地故障定位方法进行研究，这不仅具有理论价值，更具有世纪意义。

目前，在线法和离线发是配网单相接地故障定位的主要方法。离线法会使用注入信号的方法来对故障位置进行确定，这样定位效果就比较好，但是由于其是在断电之后进行的，因此需要停电和外加设备。在线法在进行定位时，会根据在线测量值，可以被划分为故障测距和故障区段定位。

一、单相接地故障暂态信号及其衰减特征

1 故障暂态信号特征

接地故障一般是因为电网中绝缘被击穿产生的，因此当处于电压接近于最大值瞬间这一状况时，非故障相电压就会变高，而故障相电压就会降低。当单相金属性故障发生在中性点非有效接地系统中时，故障电压就会为0，而非故障电压就会是正常电压的倍。故障暂态信号主要包括4个分量，即：弧线圈中产生的暂态直流分量、故障暂态信号包括工频分量、故障相线路电容的放电暂态信号以及对非故障相线路电容的充电暂态信号。对于放电信号来说，信号衰减的比较快，震荡频率高。充电信号流通回路电感大，震荡频率低，信号衰减的比较慢，此外信号幅值也大。

2 暂态信号衰减特征

我们以充电暂态信号为例子，对信号回路进行简化。之后产生串联RLC电路。根据电路理论，如果回路参数和式（1）相符合，则说明暂态信号时震荡衰减。如果二者不相符的话，就是直流衰减。可见，在对故障点进行确定时，系统中会存在临界故障电阻，而系统等效参数则决定了该故障电阻。当单相接地故障发生在中性点不接地系统中时，其电阻一般为40Ω。

通过仿真，我们发现实际网络参数和故障情况决定了故障电阻临界值，且一般在100Ω左右。大部分的单相接地故障的充电暂态信号都会满足振荡衰减。关于上式解释。C、L、R分别是串联RLC回路的电容、电感以及等效电阻。A是暂态信号幅值，是其初相角，f是暂态信号频率，则是暂态信号衰减系数。

从上面的式子中我们可以看出电阻越大，那么衰减系数也就越大，暂态信号衰减基本越快，那么持续时间也会缩短。如果故障点确定的话，那么故障电阻就决定了回路电阻。图1是属性单相接地故障和故障电阻为40Ω时故障相电流波形图。可以看出，暂态信号衰减特征受到故障电阻的影响很大，暂态信号持续时间变短和故障电阻增大有直接的关系。因此，在对信号有效区段进行确定时，需要从暂态信号的衰减特点出发，这样信号才会合理，才会得到充分的使用。

二、基于充电暂态信号的测距原理

我们一般将充电暂态特征测距原理理解为基于高频分量的阻抗法。在发生故障时，绝大部分的暂态信号会和地构成流通回路。我们在对故障距离进行计算时，可以使用高频分量定量。该方法使用的原理是：单相接地故障暂态分量幅值大，此外也不会受到消弧线圈的干扰。笔者没有使用工频分量，这样负荷电流和系统不平衡的现象就会避免（从原理角度看）。如果高频分段有线路经过，那么线路的电抗就会变大，故障电阻的影响也会降低，这样计算的可靠性和准确性都会得到提高。

三、充电暂态特征提取及故障距离计算

1 信号频谱分析和充电频率识别

充电暂态信号特征的提取之前的一个工作是：对充电暂态信号有效性进行识别，此外还要对充电暂态信号特征频率进行识别，这个过程中需要参考快速傅里叶变化理论。0.3—3KHZ是单相接地故障暂态信号集中的范围，因为产地暂态信号的幅值比较大，所以在对充电暂态信号特征进行确定时可以使用该频段内频谱幅值特征。第一步对该频段范围内信号幅值极值点进行确定。如果该频段范围内所有极值点均值是最大极值点信号幅值的三分之一，就说明充电信号有效。并且最大极值点信号对应频率为充电信号频率。

2 充电暂态信号特征提取及故障距离计算

实小波变换。单相接地时，电流的暂态过程持续的时间很短，而故障电压也是一样。但是，稳态时数据就比较小。小波分析是一种合适的故障选线方法，目前处于国际前沿，其发展基础是傅里叶变换。作为一种新的信号处理方法，其可以对信号进行精细的分析，尤其是在遇到微弱信号以及暂态突变信号变化敏感的情况时。从小波变换的模极大值理论中我们可以发现信号奇异是由噪声和故障这两个因素导致的。复小波变换结果和实小波变化结果是有差异的，这是因为实小波变换术瞬时值形式，而复小波变化结果是幅值相角形式。

S变换。S变换属于连续小波的变换，和相位校正后的小波变化比较接近。S变换提取出的充电暂态信号是复数值序列，这和经复小波变换提取的结果相似。表1是3种信号变换方法在不同故障情况下的测距比较。

结语

作为配电系统最常见的故障，单相接地故障属于小电流接地系统单相接地，其在多雨以及潮湿天气状况下发生的概率比较大。单相接地故障会对正常的供电造成影响，严重时会烧坏设备，引发安全事故。笔者用3种方法提取充电暂态特征，最终发现S变换具有更大的优势，可以使用该方法进行单端测量。

参考文献

[1]梁志瑞，穆毓，牛胜锁，吴群雄，陆文彪.一种小电流接地系统单相接地故障测距新方法[J].电力系统自动化，2012（23）.

[2]孙波，徐丙垠，孙同景，薛永端，刘世光.基于暂态零模电流近似熵的小电流接地故障定位新方法[J].电力系统自动化，2011（23）.

[3]王铭，徐玉琴.基于小波变换和BP网络的非故障相暂态电流故障定位[J].电力自动化设备，2012（23）.endprint

摘 要：在小电流接地系统中，单相接地故障发生的概率很大，这就需要工作人员及时的发现故障，并开展排除工作。笔者就这些问题进行分析和探讨，希望对提高线路运行的安全、可靠性有所帮助。

关键词：小波变化；接地故障；小波注入法

中图分类号：TM71 文献标识码：A

为了提高供电可靠性，目前中性点非有效接地方式已经在6-35KV配网中得到了使用。传统的故障处理方法存在一定的弊端和缺陷，比如：耗用的时间长、效率低。因此，为了提高供电可靠性，对故障进行及时的排除，我们需要对有效的单相接地故障定位方法进行研究，这不仅具有理论价值，更具有世纪意义。

目前，在线法和离线发是配网单相接地故障定位的主要方法。离线法会使用注入信号的方法来对故障位置进行确定，这样定位效果就比较好，但是由于其是在断电之后进行的，因此需要停电和外加设备。在线法在进行定位时，会根据在线测量值，可以被划分为故障测距和故障区段定位。

一、单相接地故障暂态信号及其衰减特征

1 故障暂态信号特征

接地故障一般是因为电网中绝缘被击穿产生的，因此当处于电压接近于最大值瞬间这一状况时，非故障相电压就会变高，而故障相电压就会降低。当单相金属性故障发生在中性点非有效接地系统中时，故障电压就会为0，而非故障电压就会是正常电压的倍。故障暂态信号主要包括4个分量，即：弧线圈中产生的暂态直流分量、故障暂态信号包括工频分量、故障相线路电容的放电暂态信号以及对非故障相线路电容的充电暂态信号。对于放电信号来说，信号衰减的比较快，震荡频率高。充电信号流通回路电感大，震荡频率低，信号衰减的比较慢，此外信号幅值也大。

2 暂态信号衰减特征

我们以充电暂态信号为例子，对信号回路进行简化。之后产生串联RLC电路。根据电路理论，如果回路参数和式（1）相符合，则说明暂态信号时震荡衰减。如果二者不相符的话，就是直流衰减。可见，在对故障点进行确定时，系统中会存在临界故障电阻，而系统等效参数则决定了该故障电阻。当单相接地故障发生在中性点不接地系统中时，其电阻一般为40Ω。

通过仿真，我们发现实际网络参数和故障情况决定了故障电阻临界值，且一般在100Ω左右。大部分的单相接地故障的充电暂态信号都会满足振荡衰减。关于上式解释。C、L、R分别是串联RLC回路的电容、电感以及等效电阻。A是暂态信号幅值，是其初相角，f是暂态信号频率，则是暂态信号衰减系数。

从上面的式子中我们可以看出电阻越大，那么衰减系数也就越大，暂态信号衰减基本越快，那么持续时间也会缩短。如果故障点确定的话，那么故障电阻就决定了回路电阻。图1是属性单相接地故障和故障电阻为40Ω时故障相电流波形图。可以看出，暂态信号衰减特征受到故障电阻的影响很大，暂态信号持续时间变短和故障电阻增大有直接的关系。因此，在对信号有效区段进行确定时，需要从暂态信号的衰减特点出发，这样信号才会合理，才会得到充分的使用。

二、基于充电暂态信号的测距原理

我们一般将充电暂态特征测距原理理解为基于高频分量的阻抗法。在发生故障时，绝大部分的暂态信号会和地构成流通回路。我们在对故障距离进行计算时，可以使用高频分量定量。该方法使用的原理是：单相接地故障暂态分量幅值大，此外也不会受到消弧线圈的干扰。笔者没有使用工频分量，这样负荷电流和系统不平衡的现象就会避免（从原理角度看）。如果高频分段有线路经过，那么线路的电抗就会变大，故障电阻的影响也会降低，这样计算的可靠性和准确性都会得到提高。

三、充电暂态特征提取及故障距离计算

1 信号频谱分析和充电频率识别

充电暂态信号特征的提取之前的一个工作是：对充电暂态信号有效性进行识别，此外还要对充电暂态信号特征频率进行识别，这个过程中需要参考快速傅里叶变化理论。0.3—3KHZ是单相接地故障暂态信号集中的范围，因为产地暂态信号的幅值比较大，所以在对充电暂态信号特征进行确定时可以使用该频段内频谱幅值特征。第一步对该频段范围内信号幅值极值点进行确定。如果该频段范围内所有极值点均值是最大极值点信号幅值的三分之一，就说明充电信号有效。并且最大极值点信号对应频率为充电信号频率。

2 充电暂态信号特征提取及故障距离计算

实小波变换。单相接地时，电流的暂态过程持续的时间很短，而故障电压也是一样。但是，稳态时数据就比较小。小波分析是一种合适的故障选线方法，目前处于国际前沿，其发展基础是傅里叶变换。作为一种新的信号处理方法，其可以对信号进行精细的分析，尤其是在遇到微弱信号以及暂态突变信号变化敏感的情况时。从小波变换的模极大值理论中我们可以发现信号奇异是由噪声和故障这两个因素导致的。复小波变换结果和实小波变化结果是有差异的，这是因为实小波变换术瞬时值形式，而复小波变化结果是幅值相角形式。

S变换。S变换属于连续小波的变换，和相位校正后的小波变化比较接近。S变换提取出的充电暂态信号是复数值序列，这和经复小波变换提取的结果相似。表1是3种信号变换方法在不同故障情况下的测距比较。

结语

作为配电系统最常见的故障，单相接地故障属于小电流接地系统单相接地，其在多雨以及潮湿天气状况下发生的概率比较大。单相接地故障会对正常的供电造成影响，严重时会烧坏设备，引发安全事故。笔者用3种方法提取充电暂态特征，最终发现S变换具有更大的优势，可以使用该方法进行单端测量。

参考文献

[1]梁志瑞，穆毓，牛胜锁，吴群雄，陆文彪.一种小电流接地系统单相接地故障测距新方法[J].电力系统自动化，2012（23）.

[2]孙波，徐丙垠，孙同景，薛永端，刘世光.基于暂态零模电流近似熵的小电流接地故障定位新方法[J].电力系统自动化，2011（23）.

[3]王铭，徐玉琴.基于小波变换和BP网络的非故障相暂态电流故障定位[J].电力自动化设备，2012（23）.endprint