配电网间歇性电弧接地故障选线方法

皇甫武军 李晨露 李 翔 王月萍

（国网河南省电力公司洛阳供电公司 河南洛阳 471000）

1 配电网间歇性电弧接地故障选线概述

在我国电力系统中，将110kV及其以上的配电网络发生单项接地故障成为大电流接地系统故障。将10kV的配电网络发生的单相接地故障称为小电流接地系统故障。间歇性电弧接地故障一般是发生在小电流接地系统中。大电流系统的接地故障一般修复较为简单，根据其故障点电流较大容易检测的特点。一般采用配电网络FTU或者FPI检测过流现象的电流法进行选线定位。小电流系统的接地故障处理起来较为棘手，这是因为发生间接性电弧接地故障时故障点流经电流较小，三相线电压依旧能保持平衡，配电网络可以带故障运行1～2h。故障线路的隐蔽性高，在进行故障线路选线定位时难度较大如不能及时处理还会造成故障范围扩大化，传统的处理间歇性电弧接地故障时只能采取人工拉线的方式进行确定，费时费力不说还会造成供电网络的大面积停电。随着我国科技的日益进步，针对间歇性电弧接地故障的选线技术也取得了一些成就。现在处理小电流接地系统间歇性电弧接地故障采用的方法主要有两种。分贝时是故障电气量特征法和外加注信号法。故障电气量特征法是根据分析故障信号特征如零序电压、零序电流、无功分量、有功分量、残余电流、负序电流、谐波等信号的特征分量进行故障选线。其缺点在于但遇到间歇性故障与故障点电弧不稳的情况时因为缺少稳定的稳态特征信号而难以判断甚至产生误判，为了弥补这一缺陷故障电气量特征法还会使用暂态选线法进行辅助选线。在线路系统中暂态特征信号分量时远远大于稳态信号特征分量的。但暂态选线法的问题在于暂态特征信号出现时间极短，对于信息收集并不方便。一般使用的故障电气量特征法有首半波法、小波分析法、Prony法等。第二种外加信号法是通过对系统内发射脉冲信号或者S信号，探测接地点返回信号或出线阻尼率实现故障选线工作。其缺点在于需要进行信号源与检测设备的资金投入以及注入信号功率受到互感器容量限制、对间歇性接地电弧检测效果较差。这些问题都对选线方法提出了更高的要求。

2 自适应陷波滤波器算法原理

本文采用的适应陷波滤波器算法是取配电线路故障提取出来进行谐波电流的5次谐波计算。通过分析非故障线路的相位与故障线路的相位相反，以及故障线路中的谐波幅值是所有非故障线路幅值总和的特征作为故障选线的判据，从而确定出故障线路。自适应陷波滤波器算法具体计算方法是通过单独提取出线路零序电流中的5次谐波信号，利用自适应陷波滤波器可以跟踪信号频率变化来改变陷波频率的特点通过设置适宜的陷波频率，就可以确定实时、准确的5次谐波信号。自适应陷波滤波器算法相比以前利用傅立叶变换法计算谐波电流中的5次谐波信号其优势在于。傅立叶变换法想要分离出故障线路中的谐波，是通过分离出故障线路中的基波及频率为基波频率整数倍的各次谐波的幅值和相位实现的。但在使用傅立叶方法进行计算分析时，是假定频率已知的情况下，而在实际的计算过程中频率是不断变化的。因此傅立叶方法进行性谐波计算时存在频谱泄漏和栅栏效应影响计算结果，进而导致故障线路的选线与定位的准确性。而自适应陷波滤波器算法就不存在受频谱泄漏和栅栏效应影响计算的问题。并且自适应陷波滤波器算法经过MATLAB仿真实验后表明了该算法的准确性和可靠性。

3 自适应陷波滤波器算法故障选线原理

（1）零序电流的5次谐波分量分析

当小电流接地系统发生间歇性电弧接地故障时由于受到消弧圈及故障点的电气设备的非线性影响，会使得故障电流中存在谐波信号。谐波出现频率相应升高其电流中含量就会减少，通常实验验证在以基波值为基数的百分比中，5次谐波电流所占百分比为2～9%。7次谐波电流所占百分比为2～4%。考虑到消弧电圈对5次谐波电流的补偿作用仅相当于工频时的1/25，对整体几乎没有影响，因此忽略消弧电圈对5次谐波电流的补偿作用。这样就能利用非故障线路与故障线路中的零序电流的5次谐波分量特点进行选线定位，含有异常多的5次谐波信号的零序电流就是故障线路。

（2）零序电流的5次谐波分量的幅值分析

当小电流接地系统发生间歇性电弧接地故障还会有一个明显的特征那就是在故障系统中零序电流产生的5次谐波分量的幅值是其他所有得非故障线路零序电流的5次谐波分量的幅值总和，并且故障线路和非故障线路的零序电流在相位上呈现反相相位。根据这一特点可以通过自适应陷波滤波器分别计算出小电流接地系统中线路中零序电流的5次谐波分量幅值。找出所有线路中的谐波分量幅值最大的线路定为疑似故障线路，再将其他线路的谐波分量幅值相加，根据疑似线路谐波幅值是否是其他线路谐波幅值得总和进行故障线路的进一步确定。

4 自适应陷波滤波器算法仿真实验

任何一种技术如果不进行仿真实验验证，那么都是不成熟不完善的。本文利用MATLAB系统对自适应陷波滤波器算法进行验证实验。实验通过建立出5条出电线路的10kV配电站模型进行仿真实验分析。其中1号线路为故障线路。利用自适应陷波滤波器对这5条出电线路的零序电流提取五次谐波分量进行分析如表1所示。

表1

根据表中数据分析可知，1号线路中谐波幅值近似等于线路2号、3号、4号、5号线路的谐波幅值的总和且误差绝对值ΔL分别为0.0129，0.0117，0.0544，0.0569，0.0191。由此可以判定出线路1为故障线路。

5 结语

本文通过仿真实例对配电网中小电流接地系统在发生间歇性电弧接地故障的情况作了详细分析，并针对当前技术对间歇性电弧接地故障修复效果不佳，提出了利用自适应陷波滤波器算法进行小电流接地系统发生歇性电弧接地故障选线处理。从仿真实验结果来看自适应陷波滤波器算法在小电流接地系统发生歇性电弧接地故障选线中发挥的效果良好，可靠性高准确性稳定。可以在配单网络系统中进行普及。但不稳定电弧和间歇性电弧接地故障在实际情况中较为复杂只使用一种技术是没有办法完全处理，因此要加强不稳定电弧和间歇性电弧接地故障进行分类别研究。只有这样才能更好的建设国家电网。