非有效接地电网单相接地故障选线技术综述_熊婷婷

2013年第5期 1非有效接地电网单相接地故障选线技术综述熊婷婷1 曾祥君1 王媛媛1 丁胜强2（1.智能电网运行与控制湖南省重点实验室（长沙理工大学），长沙 410114；2.湘潭电力局信通公司，湖南 湘潭 411101）摘要 非有效接地电网故障选线，是我国在建和改建的配电系统中亟待解决的重要课题。

论文首先结合相关研究文献，整理了国内外选线方法的发展脉络，对现有选线方法进行了归纳；之后从单一判据故障选线方法、基于信息融合的故障选线方法及借鉴其他学科理论的选线方法三个视角展开综述，通过对比分析，概括了各方法的适用条件及优缺点，介绍了改进方案的最新研究成果；最后，对选线技术研究中存在的问题及未来的研究趋势进行了总结与展望。

关键词：配电网；故障选线；中性点非有效接地Review of Earth Fault Feeder Detection Technology in NeutralIneffectively Earthed Power SystemsXiong Tingting 1 Zeng Xiangjun 1 Wang Yuanyuan 1 Ding Shengqiang 2 （1.Hunan Province Key Laboratory of Smart Grids Operation and Control,Changsha University of Science and Technology, Changsha 410114；2.Xiangtan Electric Power Informationand Telecommunication Company, Xiangtan, Hunan 411101）Abstract Fault line Selection in Non-Effective Earthed System is an important subject that need to be solved urgently under construction, rebuilding of the power distribution system. The thesis summarizing the existing line selection, from three angle of view including a single criterion fault line selection method, basing the information fusion fault line selection method and referencing the theory of other disciplines and location method launches review. And combined with domestic and international relevant research literature, developing the line selection method development venation, through the contrast analysis, and summarizing the method of applicable condition and advantages and disadvantages, introducing the latest research results of the improved scheme. Finally, this thesis summary and looks forward to the location of technical problems existing in the research and the future research trend.Key words ：distribution networks ；fault feeder detection ；neutral ineffectively earthed power systems电力系统实际运行中约95%以上的停电事故发生在配电网，其中70%的事故由单相接地或母线故障引发[1]。

接地故障发生后极易产生弧光接地，引发两点或多点短路，导致全系统过电压，损坏设备，影响系统安全运行，甚至造成严重的停电事故。

因此，系统发生单相接地故障后，能否迅速、准确地选出接地故障线路，并动作于信号或跳闸，对于保障电力系统的安全运行至关重要，非有效接地电网故障选线也是我国在建和改建的配电系统亟待解决的重要课题。

中性点非有效接地系统发生单相接地故障时，由于接地残流小，故障特征不明显，且受负荷谐波干扰及选线方法自身局限性等因素制约，现有故障选线方法正确率不高：实际运行中仅20%~30%，理想情况下也仅为70%~90%[2]。

因此，如何迅速、准确地实现故障选线是国际电力领域一大尚未彻底解国家自然科学基金项目(51277014)；湖南省自然科学基金委员会与衡阳市政府自然科学联合基金（10JJ8009）；长沙市科技计划重点项目(K1005008-11)；教育部留学回国人员科研启动基金；湖南省教育厅科学研究项目(12C0003)2013年第5期2决的难题。

中性点非有效接地系统的单相接地故障选线技术，是电力系统领域中备受关注的研究方向之一。

近年来，国内外关于非有效接地系统故障选线的研究异常活跃，并在理论上和实践中取得了很多有价值的研究成果。

本文首先结合相关研究文献，整理了国内外选线方法的发展脉络；之后通过对比分析，概括了现有各选线方法的适用条件及优缺点，介绍了改进方案的最新研究成果；最后，对选线技术研究中存在的问题及未来的研究趋势进行了总结与展望。

1 国内外研究发展脉络浅析1.1 国外研究发展脉络国内外许多专家学者均结合自身供电系统特点开展了一系列的选线保护研究，如：俄罗斯（前苏联）采用小电流接地系统，其故障选线的研究建立在分析稳态信号的基础上，经历了过流判据、无功方向判据、群体比幅几个阶段，选线装置的发展也经历了电磁式继电器、晶体管、模拟集成电路和数字电路几个阶段，目前主要使用微机选线装置。

日本采用中性点不接地或中性点经高阻接地系统，其选线原理较为简单，曾广泛应用基波无功方法，其后开展了一系列关于零序电流信号提取及接地点分区方法的研究，研制出了利用光导纤维的架空线-电缆零序互感器，并已将人工神经网络技术应用于接地保护。

德国采用中性点经消弧线圈接地系统，由于存在故障稳态特征量不明显的问题，在20世纪30年代曾提出基于接地故障初始时刻暂态过程的接地保护原理，并研制出了便携式接地报警装置。

法国过去以低阻接地方式居多，曾提出高精度零序导纳保护和零序功率保护，理论上高阻故障检测精度可达50~100k ，但实际运行中受接地电弧的影响，保护精度也有一定限制，近年随着其城市电缆线路的增多，电容电流迅速增大，因此已转向采用谐振接地方式，并提出了利用Prony 方法和小波变换方法提取故障暂态信息的选线保护方案。

挪威研制出了一种悬挂式接地指示器，该装置分段悬挂在线路和分叉点上，通过测量空间电场和磁场的相位反映零序电压和零序电流的相位，进而实现选线。

欧洲和美国过去普遍认为非有效接地电网的接地保护难以实现，且存在严重过电压等缺陷，因此，他们一直致力于优化电力系统结构以提高供电可靠性。

20世纪90年代起，国外逐渐将人工神经网络理论应用于保护，并开发了专家系统，但效果并不明显。

1.2 国内研究发展脉络我国学者自1958年以来一直对故障选线问题进行研究，70年代以前我国配电网普遍采用“拉闸试停”的方法进行故障选线，70年代以后，相继提出了零序电流保护、零序功率方向原理，并研制了首半波原理的选线装置。

但由于零序电流随接地程度、运行方式而变化，误判情况经常发生。

近年，我国实际采用的选线方法主要有：五次谐波法、有功功率法、注入谐波法、残留增量法和扰动法。

但前3种方法因准确性、设备难度以及危险性等未得到广泛应用，残留增量法和扰动法在我国谐振接地系统中应用最为广泛。

随着人工智能技术在电力系统中的推广应用，国内专家学者又先后提出了基于知识推理、人工神经网络、小波分析及Prony 算法的接地故障线路检测技术。

近年来，基于零序电气量的小电流接地故障选线也有了新的进展，如投入中电阻方法、信号注入法、利用暂态电气量的方法等。

多判据融合选线方法的研究更是对各种现有方法进行了融合改进，并通过与新的数学方法及其他学科理论进行结合，进一步提高了故障选线的精度及鲁棒性。

2 选线方法综述2.1 单一判据的故障选线方法针对配电网接地故障特征，国内外相关研究人员提出了一系列基于单一判据的故障选线方法，其大致可分为3类：①基于稳态分量的方法；②基于暂态分量的方法；③外加信号改变故障量的方法。

1）基于稳态分量的方法基于稳态分量的选线方法在我国故障选线研究中开展较早，相关研究成果较多，包括：零序电流基波比幅比相法，负序电流法，零序电流谐波法，零序有功分量方向法等。

零序电流基波比幅比相选线法，适用于中性点不接地系统，其选线原理基于早期继电保护理论，不能排除电流互感器不平衡的影响，易受系统运行方式、线路长短、过渡电阻大小等影响而导致误选、多选或漏选情况，不能满足系统运行多变的情况，且当故障点离互感器较远且线路较短时，由于零序电压、电流均较小，会产生“时针效应”，相位判断困难。

为此一些专家提出了群体比幅比相[2]、基于可辨识矩阵的幅值比较选线[4]的改进方案，但实2013年第5期 3际上单一群体比较方案仍存在死区，需另外选择互补方案与其配合才能进行选线，而基于可辨识矩阵的幅值比较选线判据，计算量及所需微机存储空间均较大。

鉴于利用零序基波电流选线存在的问题，一些研究学者提出了利用谐波电流的选线方法（主要选取五次谐波），但由于系统中的谐波含量往往不确定，且受运行情况、设备性能等因素的影响，负荷中的谐波源、过渡电阻大小都影响着选线精度，因此选取谐波作为判断故障依据存在可靠性的问题，该选线方法的实用性尚待商榷。

为克服零序基波电流、谐波选线方法的不足，文献[5]提出了零序电流有功分量方向接地选线方法，该方法基于“有功电流只流过故障线路，与非故障线路无关”的原理，以零序电压为参考矢量，通过提取流过故障线的有功电流作为判据，从而实现接地选线保护。

该方法在理论上适用于中性点不同接地方式下的接地保护，但选线结论对参考信号的依赖较大。

基于最大△（I sin ψ）原理[6]的选线方法也存在同样的问题，该方法虽然在理论上能基本消除电流互感器不平衡的影响，但计算过程中一旦参考信号出现问题，将导致选线失效，而且该方法在计算过程中需求出有关相量的相位关系，计算量太大。