小电流接地系统的单相接地故障基于粗糙集理论的故障选线仿真研究

李知城

【摘 要】电流接地系统发生单相接地故障时，故障类型包括：弧光接地、高阻接地以及金属性接地。不同的运行方式以及不同的故障类型都会对不同的选线方法的效果有所影响。为了提高故障选线的正确率，采用粗糙模糊集对小电流接地系统进行仿真分析。

【关键词】单相接地；粗糙集；故障选线

中图分类号： TM862 文献标识码： A 文章编号： 2095-2457（2018）35-0236-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.35.102

Simulation of Fault Line Selection Based on Rough Set Theory for Single-Phase Ground Fault of Small Current Grounding System

LI Zhi-cheng

（Zhanjiang Power Supply Bureau of Guangdong Power Grid Co.， Ltd.， Zhanjiang Guangdong 524000， China）

【Abstract】When single-phase grounding fault occurs in current grounding system， the fault types include arc grounding， high resistance grounding and metal grounding. Different operation modes and different fault types will affect the effect of different line selection methods. In order to improve the accuracy of fault line selection， the simulation analysis of small current grounding system is carried out by using rough fuzzy sets.

【Key words】Single-phase grounding； Rough set； Fault line selection

0 引言

接地电阻、接地相角、接地方式等因素影响下系统的故障特征呈多样性。随着电网结构和负荷情况的变化，使得故障特征的变化非常大。而现有的选线方法往往基于其中某一故障特征做出判断，容易导致出现错误选线的情况。针对这个问题，融合不同的故障特征在一起，进行小电流接地系统的单相接地故障判断，本章以粗糙集为工具，实现了对选线特征层及其决策层的信息融合从而可以大大提升选线的准确性[1]。

1 小电流接地系统模型的建立

系统的仿真模型电路按照图1搭建10kV配电网系统，线路参数设置如下，断路器BK闭合，系统采用中性点经消弧线圈接地的运行方式，消弧线圈为过补偿的状态，补偿度为8%，消弧线圈的电感为LN=1.12H。

线路参数为：

在本仿真系统中设置每一条馈线分5段，每段占比20%，充分模拟线路在不同位置上发生故障的情况。

2 基于粗糙集融合选线方法的验证

2.1 选线决策表的建立及约简

在MATLAB/SIMULINK建立的如图1所示的小电流接地系统的模型中，对每条线路不同段次上进行故障仿真，故障类型设置包括：（1）故障时瞬间电压相位为0°、45°、90°三种情况，（2）故障过渡电阻设置为1Ω、10Ω、100Ω、1000Ω、10000Ω五种情况；（3）模拟不同的电网中，五次谐波的含量不一样；（4）在中性点消弧线圈上串入电阻模拟线路不同有功电流的情况，阻值为消弧线圈电抗的10%以下；（5）模拟故障间歇性接地故障，注入接地故障模块间歇性脉冲导通信号。通过对以上五种情况仿真，基本可以模拟现实故障的绝大多数情况，提高了实验结果的真实性和可靠性。

图1 系统仿真模型电路

現设定为线路L2在出线2km处发生A相接地故障，接地故障相角设置为-90°，故障过渡电阻设置为100Ω。对各线路发生故障前0.5个周波到发生故障以后2.5个周波的故障信号进行db4小波包5层分解。同时对各零序电流采用傅立叶变换，可以求出各条故障线路的零序五次谐波电流的大小如表2所示

从五次谐波法的结果中可以得到，五次谐波电流只存在故障暂态中，五次谐波电流的大小和故障暂态的电流大小基本成正比。进入故障稳态后，电源中五次谐波的含量减少，五次谐波法选线方法失去判决导致选线失败。

表1 五次谐波法选线结果

同理，从仿真数据中可获得不同线路零序电流以及电压计算得到的有功功率当消弧线圈的有功电流分量较大时，采用有功功率法基本能够正确完成选线判断。

按照以上例子的步骤，在各种不同情况下多次进行单相接地实验，从而得到大量的实验数据，从其中随机选取120个建立选线可靠性的决策表，如表2。

2.2 基于粗糙集的融合选线方法验证

在本算例中，电源端采用无五次谐波的电压源，中性点经消弧线圈接地，串联电阻设定为线圈感抗的10%，线路L2设定在出线2km处发生A相接地故障，接地电阻取为10Ω，故障类型为间歇性弧光接地。对故障数据进行分析计算，得到本次单相故障实验得到的数据样本如表4所示。

根据前后实验结果数据进行对比，我们可以得到，在同等条件下（同一条线路，相同的地点上）线路上发生相似的接地故障情况，各个故障特征的属性随着接地状态变化而变化，从而影响不同选线方法的准确性。

在这里，将本实验得到的样本进行离散化，根据上述的决策归册，得到本次故障的选线结果如表5所示。

由表格可见，两种传统的选线方法无法正确选线，但基于粗糙集的综合选线算法依旧可以给出正确的选线结果，大幅度提高选线的准确率。仿真实验结果表明，采用基于粗糙集的综合选线算法，比起依靠任何单一故障特征的传统的选线方法来说，显著提高了选线的准确性，本选线算法正确、有效。

3 结束语

本文在MATLAB/SIMULINK平台上建立的小电流接地系统的模型，对于系统发生的单相故障进行了仿真分析。仿真实验通过改变接地电阻、合闸时间、接地点位置、负载的平衡性、五次谐波分量的含量以及零序电流中有功分量等故障参数，模拟了多种接地故障，并利用故障点的间歇性导通模拟弧光接地故障。得到足够的实验数据样本后，进一步得到了基于粗糙集综合选线算法，并设定其他故障类型对本算法进行验证。仿真结果证明了，本文提出的综合选线方法能够达到预期的性能，具有实用性。

【参考文献】

李雅靓. 小电流接地系统单相接地故障仿真及其特征分析[D].华北电力大学，2015.