配电网单相接地故障选线策略研究

配电网单相接地故障选线策略研究

摘要：单相接地故障是配电网中最常见的故障，由于故障电流可能很小，其精

确诊断存在较大难度。同时由于我国大多数配电网都会使用中性点非有效接地的

运行方法，这样一旦发生单相接地问题时，问题电流较小电弧又不平衡，出现了

故障选线难点。因此文章重点就配电网单相接地故障选线策略展开分析。

关键词：配电网；单相接地故障；选线策略

我国多采用中性点不接地方式，由于故障电流较小，单相接地故障的辨识正

确率有待提高。单相接地故障虽能带故障运行一段时间，但若未能采取恰当的措施，也可能影响电力系统的安全运行，尽快判断故障具体类型对提高供电可靠性

具有重要意义。对于小电流接地选线难题，全世界的专业人士都有自己的解决方案，大部分可以概括为三方面：采用故障平衡电子电子信号实施选线；采用故障

暂态信号实施选线；采用注入电子信号（外加信号）实施选线。

1 单相接地故障初步判定

单相接地故障发生后能检测到幅值较为明显的零序电压，对其他故障类型和

配电网扰动情况进行考察，可根据有无明显零序电压分为两类: 一类包括单相接

地故障、两相接地故障、不同期合闸与三相负载不对称波动 4 种类型; 另一类包

括相间短路、三相短路故障、大电机启动和空载合闸 4 种情况。合闸类扰动通过

扰动发生前是否能检测到相电流进行区分。除单相接地故障与负载不对称之外的

其他情况在故障后有两相或以上的相电流幅值存在明显变化，可以此为依据进行

初步辨识。单相高阻和单相间歇接地两种故障的零序电压故障波形十分相似，但

间歇故障具有随机性与瞬时性，两者零序电压波动的形式及大小存在差异。为了

对其零序电压进行深入分析，使用希尔伯特黄( Hilbert － Huang transform，HHT)

得到频域信息以使得故障特征区分度更高。HHT 是一种具有自适应能力的时频分

析方法，包括经验模态分解( EMD) 和 Hilbert 变换。

2配电网单相接地故障选线策略

2.1基于稳态量的选线方法

稳态零序电流幅值比较法。一般来说小电流出现接地管理问题后，问题线路

上的平衡稳态零序电流以及全部安全线路对地电容电流总值在数值上是一样的，

并且该电流性质呈现电容性。很明显安全线路平衡状态下的零序电流幅值低于问

题线路，对比各个线路的平衡零序电流的幅值大小，就很容易把问题线路与安全

线路分开。虽然做法简单，结构也容易打造，不过受系统管理以及结构关系的约束，这种做法对谐振接地管理系统来说是没有效果的。稳态零序电流相位比较法。管理系统出现单相接地问题之后，问题线路和安全线路上的流零序电流方向会发

生改变：针对问题线路，零序电流会经过线路流到母线；针对安全线路，零序电

流会经过母线流到线路，这种做法被叫做零序功率做法，此类原理也可以作为选

线依据。不过当线路短小、线路在高阻接地以及线路问题地带接近互感器的时候，会出现线路零序电压以及零序电流幅值很低的状况，所以很难辨别出相位，也不

适合谐振接地管理系统。群体比幅比相法。综合了之前两种做法的优点，通过对

每一条线路的平衡零序电流幅值进行对比，找出幅值比较高的一些线路，再把这

些线路里的零序电流一一进行对比，把相位异于平常线路的线路筛选为问题线路，不过这种做法也没有彻底解决经消弧线圈接地管理系统的失效难题。工频零序电

流有功分量法。此类是平衡零序电流幅值比较法的一类完善做法，主要根据稳态

零序电流里的有功功率结构进行判断是否故障，一旦发生问题以后则线路上会出

现零序电流，这样有功功率就会高于安全线路，并且这二者都会出现有功功率的

极性特征，并且又凸显了对立的性质。根据这种原理就可以形成工频零序电流的

有功分量法选线方法，此做法突破以往谐振接地管理系统不能正确选线的难题，

但代价就是对应的灵敏以及准确性能都大大降低。谐波法。这是一种根据管理系

统出现问题以后产生的一种谐波作为判断的做法，大体会出现两种情况：从问题

线路的平衡零序电流里面提五次的谐波分量，此分量的幅值大小要高于安全线路，利用这个原理来进行选线的做法也叫做五次谐波法；将3、5、7次多次谐波分别拿出来，把这些谐波分量的幅值大小求出平方之和，这样问题线路的幅值平方和

数值最高。这两类做法都消除了消弧线圈的不良影响，不过在检测时依然存在灵

敏度低下、选线精度差等问题。

2.2基于暂态量的选线方法

首半波法。使用其选线的原理是因为，在问题线路以及安全线路故障后，在

首个半波中拿出的零序电压以及零序电流相位会有不同。针对问题线路二者的相

位则是不同的；针对安全线路，二者相位是一样的。不过此类做法容易受到问题

初相角的控制，实施的时候要求问题必须发生在电压幅值最高的地带，否则会受

到问题干扰，让选线精准程度大大降低。基于小波分析的选线方法。使用小波的

变换把暂态零序电流信号里面的特征分量拿出来，这样问题线路特征的分量幅值

包络线会远远大于安全线路，并且呈现的特征分量相位是不同的。此类做法对问

题特征分量的提取度很精确，不过选线精度过程中很容易受到噪音、过渡电阻以

及问题初相角的不良影响而导致精准度下降。基于 Prony 算法的选线方法。使用

复指数函数来实施拟合，这样来拿出问题线路的暂态信号主要频段，并把此频段

里的导纳、相位以及一些对应数据进行对比来找出问题线路。此类做法选线准确

度高，不过计算庞大、时间过慢不能快速实施保护的性能。

2.3基于注入信号的选线方法

S 注入法。使用对电压互感器的二次侧注入电子信号并且在每一条出线的终

端接收装备里注入此电子信号，此电子信号能测到问题信号，正常线路不会接受

到这类信号，虽然这种做法操作简单，不过容易受到谐波影响，准确性很低。注

入变频信号法。使用故障后的位移电压将向消弧线圈的电压互感设备器注入信号，并产生可变频率的恒流电子信号，可以测出每一线路的零序电子信号的功角、阻

尼率，如果线路指标高于整定数值时则会认为此线路是问题线路。不过出现接地

电阻很低的时侯，也会出现一定的检测错误几率。残留增量法。使用零序电流里

面的变化量作为判断的依据，根据变换管理系统里的消弧线圈的阻尼，并准确测

量出每一线路的零序电流变化数值，问题线路的变化会高于安全线路的变化。虽

然此类做法灵敏度高、也能在谐振接地管理系统里面使用，但需要前提条件，就

是消弧线圈必需存在自动调节这个功能。

总之，配电网单相接地故障对于电力系统的安全可靠运行影响颇大，必须尽

早识别诊断，并优选适宜的选线策略。文章根据问题信号进行选线、使用暂态电

子信号进行选线以及使用注入电子信号（外加信号）进行选线。当然了每一种选

线方法都不是十全十美的，或多或少存在一些不足之处，这就需要在实际运用中

加以辨识，选择最佳的选线策略，确保电力系统的稳定运行。

参考文献

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[2]王璐瑶,詹昕,高仁栋,曹骁勇,吴在军.基于模块化多电平换流器的直流配电网接地