基于小电流灵活接地的单相接地处理

陈晨

摘 要：改革后，我国的科学技术水平不断进步。现阶段，为了更好地利用中性点不接地和经消弧线圈接地的运行优点，更好地应对电力系统发生的单相接地故障，提出一种基于小电流灵活接地方式的单相接地故障处理及控制方法。通过开关控制消弧线圈的投切完成系统中性点不接地方式和经消弧线圈接地方式之间的转换，系统正常运行时消弧线圈为断开状态，若系统发生单相接地故障，迅速采集故障零序信号后，马上投入消弧线圈进行补偿。利用采集获得的故障零序信号，大大提高故障选线的准确性。通过对本控制流程中的故障选线和消弧线圈补偿效果等方面的分析，并用Matlab建立仿真模型进行仿真分析，大量仿真表明该方法的正确性和可行性。

关键词：小电流灵活接地;单相接地故障;消弧线圈;故障选线

引言

我国中低压配电网中大多采用小电流接地系统，但是此系统发生单相接地故障的概率极高且此故障占各种故障类型的80%左右。虽然按照电力系统相关规定可以带故障继续运行1～2h，但是系统在长时间运行下容易造成多相短路，从而造成整个电1路的短路，因此发生故障后应该尽快找出故障线路并将其切除。选线问题的研究一直是各位学者研究的难点，现有基于稳态量和基于暂态量的选线方法。基于暂态量的选线方法克服了稳态算法灵敏度低的确点，且在故障电流中暂态量十分丰富。因此本文选择了基于暂态量算法且对信号分析精确的小波分析法。

1小电流接地选线难点

目前小电流接地系统选线的难点是由于电流小，导致故障信号不易提取无法增却选线。特别是当发生高阻接地故障时，故障点有很高的过渡电阻，其阻值甚至达到上千Ω，从而导致故障特征极其不明显，不易找出差距，不易检测与辨识。目前的接地选线技术在发生高阻接地故障时很难检测，有研究表明，在高阻接地时，传统检测成功率不足20%。在我国，配电网发生导线坠落大地等高阻接地的情况时，会有人身触电等潜在风险，并且，也发生过多起此次事故，因此，高阻接地的检测与选线亟待解决。

2小电流接地故障的处理

（1）发生接地故障后，值班人员应根据设备运行状况作出判断，弄清情况后报告上级电调和有关负责人员，然后查找具体接地线路和设备。（2）检查站内各项电压指示，查看各用电设备有无故障现象，并根据电压指示和设备故障对接地位置进行判断;如果无法找出故障点，需考虑线路问题，查找线路时，考虑将电网进行分割，从而判断出接地区域;操作线路时，应首先试拉次要设备或空载线路，对重要设备可通过转移负荷来进行接地点查找。（3）如果经过以上查找，故障点仍未找到，此时就需要考虑两条线路同时接地或母线接地的情况了，可以按一定顺序选切线路，选切时关注各相相电压指示的变化情况，如果选切完成后各相相电压值没有变化，则可能是站内设备接地。

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3.1基于故障暂态量选线方法的研究

3.1.1小波变换法

小波變换法将零序电流或其他信号经过小波变换后，能提取到故障特征频带，该特征频带内含有丰富的故障信息。通过频带内信息的幅值、极性、能量等可以结合得出不同的判据进行选线。通过小波变换进行信号处理，然后和零序电压首半波的极性结合在一起作为故障判据，构造出的判据能够克服不受接地方式、接地电阻以及发生故障时电压的幅值的影响，能在任意时刻故障时都保持比较高的选线准确率。但小波变换的缺点很明显，因为小波变换必须事先确定基函数，并且基函数的选取影响着分解的效果，所以很难事先找到一个合适基函数，是小波变换能分解出最优的效果。

3.1.2多种判据融合的选线方法

此方法的原理是通过多种故障与非故障线路所得到的特征的不同，把多种不同的特征结合起来作为新的判断依据。通过EEMD取得零序电流的IMF分量，并与能量熵的理论结合，构造出零序电流能量熵的判据，提高的EEMD选线的可靠性。运用两种智能算法即神经网络和粒子群算法，将其两种算法融合，构造出优化后的模型，最后能够正确选线。将BP神经网络与故障暂态谐波量相结合，该方法能够在过渡电阻较大时依然正确选线。理论上，多种判据融合的方法能克服单一选线方法存在的缺点，通过不同方法的优化组合，能的出更加稳定有效地故障判据，但是目前仅存在理论阶段，还未能有实际应用。

3.2基本流程及实施过程

当系统正常运行时，中性点的位移电压U0的值小于系统相电压Uψ的15 %;当系统发生单相接地故障时，U0快速增大，当U0的值大于等于预订的阈值，则由（1）式可判定系统了发生单相接地故障。非故障线路上的零序电流和故障线路上的零序电流，找出线路中幅值最大的三个零序电流，按照幅值大小顺序分别记为 I41，I42，I43。若其中一条线路电流的相位方向和其他两条线路方向相反则该线路发生故障，若3个电流同向则为母线故障。选线流程如图1。

3.3小波的奇异性检测原理与选线判据

小电流接地系统发生单相故障时，故障电流会突然发生改变，故障电流的突变应成为奇异性。对于突变的信号，小波变换能敏锐的捕捉到信号剧烈变化的特征信息，将信号中的奇异点投影在小波域中，经分析变换得小波变换系数的模极值点。因此，原始信号的突变的强弱程度也能根据模极大值的大小反应出来，即在奇异点处系数拥有模极大值，就暂态故障分析而言，故障发生的时间点处就是该极大值出现的时间。小波变换的模极大值点与原始信号突变点相对应，本文选线的基本原理就是基于此。故障发生瞬间电流会突然发生改变，此时所有非故障线路暂态零序电流突变的极性相同且与故障线路相反。利用小波奇异性检测理论对各条线路故障信号进行小波变换，然后将经小波变换后信号的模极大值大小和极性进行比较和分析。本文根据上述分析以及中性点经消弧线圈接地故障暂态特性制定了选线判据：①若某一条线路零序电流经小波分解后，小波变换模极大值比其他线路大且极性与其他线路相反，则判定此线路为故障线路。②若所有线路零序电流小波变换模极大值极性相同，则判定为母线故障。

结语

通过开关灵活控制消弧线圈的接入时序，利用信号采样装置采集发生故障时电力系统中性点处于不接地状态下的电气量，再采用基波群体比幅比相法来选线，该选线方法准确性高，实现简便，成本可控，实用性好，不影响现场运行的可靠性和安全性;接入消弧线圈后能够充分发挥消弧线圈的补偿效果，减少接地故障电流，熄灭接地弧光。通过对小电流灵活接地系统进行仿真和分析，结果表明，基于小电流灵活接地的单相接地故障处理方法是切实可行的。

参考文献

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