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[摘 要]配电线路是电力系统的重要部分，是电力网络的脉络，其脆弱的特性使得故障容易发生，会导致电网停电甚至是瓦解。本文介绍了配电线路的特点，表述了与在线故障相关的概念和故障诊断的重要意义，在分析了基本的配电线路故障的基础之上给出了故障检测的相关方法，并重点描述了基于HHT方法的故障检测系统。
[关键词]配电线路；在线故障检测；诊断方法
中图分类号：TG333.7 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）29-0061-01
一、引言
电力线路在电力系统之间的作用是连接发电厂和远程用户的桥梁，它的特点是较为脆弱而又关键，一旦发生来自外来力量的破坏或者操作人员的操作失误，电力线路很容易发生故障。配电线路质量的基本要求是注重保护人员的生命安全。因此国家应该重视对于配电线路安全性能的检测。
二、配电线路特点和在线故障的概念以及诊断意义
2.1 配网特点
和输电线路网不同，配电线路网的特点有：供电的范围较小，这带来的缺点是输电网络中适合的基于阻抗的故障检测方法应用配电网络不再可行；配电网络的终端负荷的随机性很强，随机接入较多，阻抗法的精确定位在配电网络中存在较大难度；分支岔路过多，分支过多使得确定具体某一故障分支的难度加大，信息量大导致信息的真伪难辨。
2.2 故障诊断的概念以及在线故障识别诊断意义
处在电力网的末端的配电网出现故障之后，能够采用某种特殊的方法快速地切除发生故障的线路，然后准确及时确定故障的发生地点和故障的类型，可能引起的危害，如何安排后续的修复和快速恢复供电的工作，保障整个电力系统的正常安全运行是配电线路故障诊断的含义。
线路故障会给社会生活带来极大的影响，浪费大量的人力财力和物力资源。故障发生之后的查找故障发生点所消耗的时间远远多于对故障处理的修复时间，因为在故障排除中会经过很多中间过程，占用了大量的抢修时间。维修人员如果能够利用某种先进的检测方法快速及时确定故障类型并在第一时间赶到故障发生地点，有针对性地进行抢修，及时排除故障，恢复系统供电，能够给社会减少巨大的经济损失。
三、常见的配电线路故障
3.1 配电系统的高阻故障
地面具有很高的阻抗特性，当发生断裂现象时，架空线路与地面接触，或者是架空线路处于正常状态而接触到四周的其他物体，会引起高阻故障。典型的例子是某些短路现象发生在架空线路四周的建筑物和树木之间，或者地面堆积的碎石、沥青和砂砾等表面在闪电和雷击等自然现象条件下容易引起高阻故障。发生高阻故障之后，配电线路的电流会低于发生直接接地短路故障时的配电线路电流。该现象使得传统意义上过电流保护检测故障的方式不再适用于配电线路，相较而言，高阻故障带来的威胁更大，严重时会造成火灾或者人身触电现象。
3.2 配电系统的间歇性故障
当电路出现间歇性的放电现象，同时出现弧光等罕见现象时，配电线路产生了间歇性故障。间歇性故障的一大特点是瞬时性和重复性，而且重复发送的时间不定，可能短至数秒，也会长达几天，随意性很强。配电线路的间歇性故障会带来安全隐患并随时爆发，不进行及时的检修维护会给配电线路网络的稳定性和安全性带来威胁。
3.3 单相接地故障
配电线路中最常见也是查找出事点难度最高的故障就是单相接地故障。该故障发生环境通常为潮湿、阴雨的天气，诱发因素通常为树障、配电线路上绝缘子单相击穿、单相断线以及小动物危害等，典型故障特色是故障相的低压降低而非故障相的两相电压则会升高，空载母线会产生虚假接地现象，参数不匹配的铁磁会谐振。影响正常的供电只是单相接地的一方面，更严重的威胁是其附带产生的过电压会引起电压互感器铁芯严重饱和，电压互感器过负荷带来供电设备的烧坏，严重时引起弧光现象造成全系统短路而使故障带来的损失进一步加大。单相接地故障中如果发生在小电流系统之中，其检测难度会非常困难，甚至已经成为电力行业内的世界性难题。
四、故障检测方法以及基于HHT方法的故障检测系统
4.1 故障检测方法
当控制中心收到停电故障报告之后，通常做法是操作人员根据收集到的现有故障信息估计故障点，然后派人维修。但是有时候故障点并不能够提供关于故障的全部信息，例如由于小动物飞跃带来的短路故障会由其他动物将小动物的尸体叼走。因此沿着线路查找故障费时费力。而利用配电线路故障识别检测方法将算法、信号处理和数学理论运用到故障检测之中，主要有以下几种不同的故障识别方法。
（1） 利用故障发生时刻电流幅值和电压幅值。故障发生之后，三相电压和三相电流的幅值会有明显变化，因此这种方法比较适用于阻抗较低的情况。但是如果发生的故障是高阻故障时，基于电流和电压幅值的方法往往会失去作用。在此基础之上的改进方法譬如继电保护算法重点检测发生故障期间三相电流的非平衡特性，以此为判别标准。另外的思路是考虑中性点处电压和零序电流的变化，特地针对高阻故障提出算法。这种方法的缺陷是认为高阻故障的电流波形与周围环境无关，所以适用情况较为单一。在处理故障电流信号之前对其进行信号滤波处理是明确故障检测的先行工作。
（2） 利用故障时刻的低频和高频信息。信号检测和处理技术的发展使得很多的基于低次谐波的低次频谱分析的方法大量发展起来。例如已经提出的以负序电流为基础的针对高阻故障的检测算法，该算法利用对称性准则和系统故障平衡原理，对基波和低次奇谐波统计之后利用统计学的方法进行分析，得出平衡度和之前数据对比，以此为依据来识别配电线路故障。另外的一些与特定阈值进行比较的方法或者高阻随意性算法均是以此为基础。
（3） 卡尔曼滤波和模式识别类方法。利用微处理器来区分故障操作和正常操作。该方法的操作第一步为诸如脉冲信号，第二步为检测信号，通过比较不同状态下不同响应的模式来进行判别故障类型和故障状态。另外的思路是利用卡尔曼滤波估计基波和谐波的成分随时间的变化情况。
（4） 基于小波变换和神经网络的方法。利用小波的多尺度特性提取每一相的频带能量，取最大值和预先设定的阈值进行比较。这种基于小波变换的方法对于系统实时性的要求较高，而且阈值的设定是人为主观判断，不同系统会受到不同设定值的影响。在小波变换的基础之上，滤除了谐波和非周期成分之后，提取神经网络训练所需要的样本，构建出小波神经网络。
4.2 基于HHT方法的配电故障检测系统
HHT变换故障诊断系统的第一步是进行信号检测，重点放在检测并提取和故障相关联的状态信号，包含信号测取、信号调理和数据采集。这三步的严格执行保证数据的准确性。第二步是进行特征提取。利用HHT变换进行分析，信号进入待检状态。之后是状态识别步骤。数据库的技术在这里可以发挥重要作用。在有效的档案库中处于待检模式的信号与基准模式进行对比，判断设备是否正常运转。最后的步骤是进行预报决策。这一步骤还包含故障的查明，分析故障产生的原因，做出相应的补救和调整策略，并且利用本次处理的结果更新数据库，便于整个HHT故障诊断识别系统的建立和完善。
五、结语
有效的故障识别是保障配电线路安全、减少故障带来损失的首要手段和方法。故障的种类有多种，针对不同的故障有不同的诊断方法，研究热点问题是基于小波变换的神经网络检测方法和基于HHT变换的故障诊断系统，实际操作中应该根据不同环境采用合适的手段来保证检测的可靠性。
参考文献
[1] 翟进乾.配电线路在线故障识别与诊断方法研究[D].重庆大学，2012.
[2] 周廷模.配电线路在线故障识别与诊断方法的研究[J].广东科技，2013，16：90-91.
[关键词]配电线路；在线故障检测；诊断方法
中图分类号：TG333.7 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）29-0061-01
一、引言
电力线路在电力系统之间的作用是连接发电厂和远程用户的桥梁，它的特点是较为脆弱而又关键，一旦发生来自外来力量的破坏或者操作人员的操作失误，电力线路很容易发生故障。配电线路质量的基本要求是注重保护人员的生命安全。因此国家应该重视对于配电线路安全性能的检测。
二、配电线路特点和在线故障的概念以及诊断意义
2.1 配网特点
和输电线路网不同，配电线路网的特点有：供电的范围较小，这带来的缺点是输电网络中适合的基于阻抗的故障检测方法应用配电网络不再可行；配电网络的终端负荷的随机性很强，随机接入较多，阻抗法的精确定位在配电网络中存在较大难度；分支岔路过多，分支过多使得确定具体某一故障分支的难度加大，信息量大导致信息的真伪难辨。
2.2 故障诊断的概念以及在线故障识别诊断意义
处在电力网的末端的配电网出现故障之后，能够采用某种特殊的方法快速地切除发生故障的线路，然后准确及时确定故障的发生地点和故障的类型，可能引起的危害，如何安排后续的修复和快速恢复供电的工作，保障整个电力系统的正常安全运行是配电线路故障诊断的含义。
线路故障会给社会生活带来极大的影响，浪费大量的人力财力和物力资源。故障发生之后的查找故障发生点所消耗的时间远远多于对故障处理的修复时间，因为在故障排除中会经过很多中间过程，占用了大量的抢修时间。维修人员如果能够利用某种先进的检测方法快速及时确定故障类型并在第一时间赶到故障发生地点，有针对性地进行抢修，及时排除故障，恢复系统供电，能够给社会减少巨大的经济损失。
三、常见的配电线路故障
3.1 配电系统的高阻故障
地面具有很高的阻抗特性，当发生断裂现象时，架空线路与地面接触，或者是架空线路处于正常状态而接触到四周的其他物体，会引起高阻故障。典型的例子是某些短路现象发生在架空线路四周的建筑物和树木之间，或者地面堆积的碎石、沥青和砂砾等表面在闪电和雷击等自然现象条件下容易引起高阻故障。发生高阻故障之后，配电线路的电流会低于发生直接接地短路故障时的配电线路电流。该现象使得传统意义上过电流保护检测故障的方式不再适用于配电线路，相较而言，高阻故障带来的威胁更大，严重时会造成火灾或者人身触电现象。
3.2 配电系统的间歇性故障
当电路出现间歇性的放电现象，同时出现弧光等罕见现象时，配电线路产生了间歇性故障。间歇性故障的一大特点是瞬时性和重复性，而且重复发送的时间不定，可能短至数秒，也会长达几天，随意性很强。配电线路的间歇性故障会带来安全隐患并随时爆发，不进行及时的检修维护会给配电线路网络的稳定性和安全性带来威胁。
3.3 单相接地故障
配电线路中最常见也是查找出事点难度最高的故障就是单相接地故障。该故障发生环境通常为潮湿、阴雨的天气，诱发因素通常为树障、配电线路上绝缘子单相击穿、单相断线以及小动物危害等，典型故障特色是故障相的低压降低而非故障相的两相电压则会升高，空载母线会产生虚假接地现象，参数不匹配的铁磁会谐振。影响正常的供电只是单相接地的一方面，更严重的威胁是其附带产生的过电压会引起电压互感器铁芯严重饱和，电压互感器过负荷带来供电设备的烧坏，严重时引起弧光现象造成全系统短路而使故障带来的损失进一步加大。单相接地故障中如果发生在小电流系统之中，其检测难度会非常困难，甚至已经成为电力行业内的世界性难题。
四、故障检测方法以及基于HHT方法的故障检测系统
4.1 故障检测方法
当控制中心收到停电故障报告之后，通常做法是操作人员根据收集到的现有故障信息估计故障点，然后派人维修。但是有时候故障点并不能够提供关于故障的全部信息，例如由于小动物飞跃带来的短路故障会由其他动物将小动物的尸体叼走。因此沿着线路查找故障费时费力。而利用配电线路故障识别检测方法将算法、信号处理和数学理论运用到故障检测之中，主要有以下几种不同的故障识别方法。
（1） 利用故障发生时刻电流幅值和电压幅值。故障发生之后，三相电压和三相电流的幅值会有明显变化，因此这种方法比较适用于阻抗较低的情况。但是如果发生的故障是高阻故障时，基于电流和电压幅值的方法往往会失去作用。在此基础之上的改进方法譬如继电保护算法重点检测发生故障期间三相电流的非平衡特性，以此为判别标准。另外的思路是考虑中性点处电压和零序电流的变化，特地针对高阻故障提出算法。这种方法的缺陷是认为高阻故障的电流波形与周围环境无关，所以适用情况较为单一。在处理故障电流信号之前对其进行信号滤波处理是明确故障检测的先行工作。
（2） 利用故障时刻的低频和高频信息。信号检测和处理技术的发展使得很多的基于低次谐波的低次频谱分析的方法大量发展起来。例如已经提出的以负序电流为基础的针对高阻故障的检测算法，该算法利用对称性准则和系统故障平衡原理，对基波和低次奇谐波统计之后利用统计学的方法进行分析，得出平衡度和之前数据对比，以此为依据来识别配电线路故障。另外的一些与特定阈值进行比较的方法或者高阻随意性算法均是以此为基础。
（3） 卡尔曼滤波和模式识别类方法。利用微处理器来区分故障操作和正常操作。该方法的操作第一步为诸如脉冲信号，第二步为检测信号，通过比较不同状态下不同响应的模式来进行判别故障类型和故障状态。另外的思路是利用卡尔曼滤波估计基波和谐波的成分随时间的变化情况。
（4） 基于小波变换和神经网络的方法。利用小波的多尺度特性提取每一相的频带能量，取最大值和预先设定的阈值进行比较。这种基于小波变换的方法对于系统实时性的要求较高，而且阈值的设定是人为主观判断，不同系统会受到不同设定值的影响。在小波变换的基础之上，滤除了谐波和非周期成分之后，提取神经网络训练所需要的样本，构建出小波神经网络。
4.2 基于HHT方法的配电故障检测系统
HHT变换故障诊断系统的第一步是进行信号检测，重点放在检测并提取和故障相关联的状态信号，包含信号测取、信号调理和数据采集。这三步的严格执行保证数据的准确性。第二步是进行特征提取。利用HHT变换进行分析，信号进入待检状态。之后是状态识别步骤。数据库的技术在这里可以发挥重要作用。在有效的档案库中处于待检模式的信号与基准模式进行对比，判断设备是否正常运转。最后的步骤是进行预报决策。这一步骤还包含故障的查明，分析故障产生的原因，做出相应的补救和调整策略，并且利用本次处理的结果更新数据库，便于整个HHT故障诊断识别系统的建立和完善。
五、结语
有效的故障识别是保障配电线路安全、减少故障带来损失的首要手段和方法。故障的种类有多种，针对不同的故障有不同的诊断方法，研究热点问题是基于小波变换的神经网络检测方法和基于HHT变换的故障诊断系统，实际操作中应该根据不同环境采用合适的手段来保证检测的可靠性。
参考文献
[1] 翟进乾.配电线路在线故障识别与诊断方法研究[D].重庆大学，2012.
[2] 周廷模.配电线路在线故障识别与诊断方法的研究[J].广东科技，2013，16：90-91.