小电流接地故障暂态捕捉与诊断技术研究

小电流接地故障暂态捕捉与诊断技术研究

赵汝有罗俊元王骏石定中杨琦

（云南电网有限责任公司临沧供电局677000）

摘要：小电流接地系统的单相接地故障选线和定位一直以来都是各供电部门比较头痛的问题，本文对中低压配电网小电流接地故障暂态捕捉与诊断技术进行深入研究，提高配网线路的选线正确率，以供参考。

关键词：小电流；暂态；研究

1前言

我国大多数配电网均采用中性点非直接接地系统，即小电流接地系统，小电流接地系统的单相接地故障选线和定位一直以来都是各供电部门比较头痛的问题，有人甚至认为它是一个世界性的难题。由于配电网中供电网络复杂多变，更增加了接地定位的难度，导致现有的小电流接地系统单相接地故障检测的正确率很低（20％～30％）。至今很多供电部门仍在采用拉路法确定故障出线，靠人工巡视法来查找故障点。

2小电流接地故障暂态捕捉与诊断技术

针对已有的基于电力系统稳态分量选线理论存在的缺陷和不足，近年来，暂态量选线方法开始逐步得到应用和推广。暂态量选线法就是利用故障信号暂态分量所包含的丰富故障信息，来实现故障选线。故障信号的暂态分量相对于稳态分量具有如下特征：

（1）单相接地故障发生瞬间（5ms以内），故障电流中含有丰富的暂态高频分量，是稳态信号的十几倍到几十倍。

（2）暂态高频分量同样满足故障线路幅值最大、相位与其它健全线路相反的特征。

（3）暂态分量的能量主要集中在2K~3KHz，消弧线圈对其的补偿作用很小，相当于开路，不会对正确选线带来实质的影响。该选线方法不受系统运行方式和系统参数影响，不受故障条件影响，可以检测到瞬时性故障，具有较高的选线正确率。

本文通过研究更适合于现场馈线真实情况的解决方案，对现有的暂态理论分析方法进行了修正与探索，提出了一套新的算法。同时通过研制可以大规模布置在中低压线路现场的自供电终端，高速、三相同步、低功耗和无线通信网络的新一代监测终端，可以用于工况复杂和自动化实施极为困难的小电流架空线。在以上两个关键性研究基础上，建立了一套全新的监测和故障诊断系统，由于暂态的高速捕捉，可以对最困难的小电流接地故障提供准确判断。可以大规模使用于配电网线路，为故障定位的技术工作开创了崭新的技术局面。

主要技术内容：（1）理论研究：重点分析架空线路上小电流（10A以下级别）取电方法；研究三相同步对时技术；研究高频（4kHz）采样技术；研究线路故障相与非故障相之间进行关联分析的新型技术故障诊断模式。这些研究均为技术领域的空白。（2）自供电终端开发：悬挂式微型自供电终端装置，要求达到在10A左右可以完全靠感应取电、高精度测量、高精度ABC三相对时，可以实现无源的目标，同时实现对暂态信号的快速捕捉，计算出零序电流。（3）智能捕获后台开发：具有智能除非暂态信号捕捉功能的后台系统，可以实现小电流接地故障的智能诊断和定位。（4）试点：开展在供电局配网现场2座以上变电站约30-40条馈线进行试点，对故障进行全天候的诊断与定位，形成稳定有效的新一代智能诊断技术。

主要技术难点：（1）采用五次谐波判据时：因接地后系统本身五次谐波分量极小、方向不明显而可能检测不到，导致据动；因平时负荷电流五次谐波分量大，例如电动机等感性负载的启停动作、过载变压器的饱和铁心、可控硅晶闸管等非线性负载等都会产生5次谐波污染，导致误动；不能正确判断五次谐波电流的方向，导致误动。（2）采用首半波或者直流暂态信号判据时，对中压工频稳态系统而言，暂态信号和线路对地稳态电场电压的能量极小，信号本身和检测电路容易受干扰，只要有点风吹草动就会引起误动。例如系统电压波形偶尔出现畸变，线路上有三相不同期开关操作或动作，刮风时有树枝触碰线路，下雨下雪大雾时有绝缘子误闪，受直接雷、感应雷影响，弧光、跳线等间歇接地引起线路轻微振荡，线间杂散电容高频耦合，雨天电场信号不明显，运行方式改变，等等。拒动原因主要有以下原因：A、大多数短路接地二合一故障指示器没有闭合磁路（动板），接地电流偏小或者电容放电时间很短时，模拟电路检测不到这个信号；B、高阻接地时，因暂态信号很弱，导致模拟电路检测不准，或者因接地电压振荡导致暂态信号的方向判断错了。（3）采用稳态信号注入法时，因注入的信号能量较大，技术相对可靠一些。不过，线路负荷频繁波动时，容易导致误动；当接地阻抗偏高时，瞬时性接地或者间歇性接地时，容易拒动。其它方法，例如检测零序电流大小和方向，等等.更是不准了，也不能在架空线路上实施。（4）小电流线路自取电技术难题：如何在一次侧电流较大的变化范围内电源部分能够给电子线路部分提供稳定的电、取能方式的稳定性问题、取能铁心线圈的饱和问题。（5）三相同步对时技术难题：由于需要计算出三相电流的零序电流，必须先使三相电流同步对时，而在缺乏GPS的条件下是依靠双向通信来实现，这是非常困难的技术。

技术路线：深入研究了中性点非有效接地单端供电系统发生单相接地故障后线路上的各处故障信息的暂态特性和稳态特性的基础上，提出了一种新的小电流接地系统单相接地故障定位方法一“递进信息法”。该方法通过将所包含的四个定位判据一“暂态零序电流幅值法”、“稳态基波零序电流方向法”、“稳态7次谐波零序电流方向法”和“S信号注入法”～进行有选择地递进使用，不仅有效弥补了目前已有小电流接地系统单相接地故障选线的缺陷，更将故障定位在故障线路最小故障区段。并利用MATLAB工具箱构建10KV变电站仿真模型，对中性点不接地和经消弧线圈接地系统在不同故障情况下的故障过程进行了仿真，进而验证了“递进信息法”的正确性。

3结语

本文基于电力大数据平台，综合利用先进的计算机技术、电力电子技术、信号处理技术、人工智能技术、灵活高效的通信技术和传感器技术，智能监测配电网运行实时工况，为配电网的智能化运行提供有效技术依据和数据平台；精准识别线路故障类型并快速定位故障区段，以及迅速预警线路异常情况，大幅度提升配电网整体的可靠性和运行效率，从根本上提高配电网线路智能化管理水平。

作者简介：

赵汝有（1972—），男，籍贯云南省临沧；汉族；大专；工程师；长期从事变电技术研究。