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摘要：我国中低压（3～66kV）配电网多采用小电流接地，主要有中性点经消弧线圈接地、中性点不接地和中性点经高阻接地这3种接地方式。在中性点经消弧线圈接地方式中，当配电网发生单相接地故障时线电压仍然对称，流过故障点的零序电流很小单相接地故障信号微弱，加上实际运行环境复杂，导致接地故障选线困难。本文基于小电流接地系统接地故障选线方法展开论述。
关键词：小电流接地系统;单相接地故障;接地故障选线
1 小电流接地系统单相接地故障选线装置技术标准及检验规程
电网安全稳定运行是保障用户持续用电、保证供电可靠性的基本条件，虽然电网由于故障停电不可避免，但在接地故障发生后，在最短时间内发现并排除故障就显得尤为关键。在低压配电网小电流接地系统（中性点非有效接地系统）中，单相接地故障时有发生，如何及时有效地发现故障是避免事故扩大化，提高电网供电可靠性，防止短路电流带来的电力设备绝缘损坏和人员安全受到威胁的重要举措。随着对供电可靠性要求的越来越高，小电流接地系统单相接地故障选线装置越来越受到重视。为了加强小电流接地系统单相接地故障选线装置的技术规范，提高选线装置的运行可靠性，保证电网安全稳定运行，政府机构新出台了一系列相关标准。在2017年5月实施的DL/T 872-2016《小电流接地系统单相接地故障选线装置技术条件》中，在功能测试上要求选线装置在系统发生单相接地时，能够准确选线并显示接地线路和母线编号。标准中要求对选线装置进行投入前需进行试验，试验要求分别在中性点不接地、经消弧线圈接地以及中性点经高电阻接地系统中发生单相接地故障;同时对接地性质做出了要求，包括永久性接地和间歇性弧光接地。2018年1月实施的中国电机工程学会标准T/CSEE 0055-2017《小电流接地系统单相接地故障选线装置检验规程》中，要求装置在投运前进行模拟试验，试验内容如下：（1）通过测试仪将模拟的交流电压、电流故障信号输入到装置，模拟逐条线路故障，电压信号初始相位为45°、故障线路电流相位滞后电压90°、正常线路电流相位超前电压90°，故障线路电流幅值最大（或不小于正常线路），检验装置的选线及附属功能，如不适用本方法的装置可由厂家提供测试方法;（2）通过建模仿真或现场记录的故障波形建立各种类型的测试场景，测试场景應考虑中性点接地方式、谐波含量、故障电阻、故障初相角、故障持续时间及铁磁谐振等因素，通过波形回放的方式进行测试。
2 暂态零序电流分析
当第w条线路发生单相接地故障时，含消弧线圈的小电流接地系统零序网络等效电路。其中，U0、R0和L0依次为故障点的零序电源、零序接地电阻和消弧线圈零序电感; 为第j条非故障线路的零序分布电容，j=1，…，w，…，N;N为线路条数; 为各线路对地的零序分布电容电压; ～ 为各线路的暂态零序电流; 为消弧线圈的电流。
3 小电流接地系统故障选线方法
健全线路、故障线路的暂态零序电流 和 分别为：
公式（1）中，健全线路的暂态零序电流 受同一零序电容电压的作用，变化趋势一致。不同健全线路的区别仅在于对地电容 的不同，因此，健全线路间各暂态零序电流的变化趋势相似，其相似程度与各暂态零序电流的幅值和极性相关。公式（2）中，故障线路的暂态零序电流 由暂态容性电流和暂态感性电流组成，两者之间的比例随故障时刻的不同而变化。当故障发生在相电压过峰值时，高频电容电流在暂态零序电流中占主导;而当故障发生在相电压过零故障时，低频感性电流在暂态零序电流中占主导。
4 基于暂态分量的选线方法
4.1首半波法
此方法最重要的一点就是假设故障发生的时刻是相电压接近峰值的瞬间，此时，暂态电容电流远远大于暂态电感电流。该方法的选线原理是在发生单相接地故障后的首个半周期内，故障线路的零序暂态电流和电压的极性与非故障线路相反。但是如果故障发生在相电压过零的时刻，暂态电流的信号非常薄弱，特征信号不明显，不易进行检测。显而易见，该方法具有一定的局限性，并且过渡电阻和谐波会造成一定的干扰，降低了故障选线的准确性。
4.2小波分析法
小波分析理论可以在一定的频带内将暂态信号分解，尤其是对奇异信号和变化不明显的信号应用较好，信号突变部分和信号的奇异点处包含有能清晰反映原始信号中重要信息的成分。而在小电流系统发生接地故障时，暂态信号的奇异处隐藏有较多有价值的故障信息，能清晰地反映故障的暂态特征，所以可以利用小波分析法来分析和提取故障信息。故障发生时电流会突然改变，小波分析法就是利用这一特点来进行选线，首先利用小波奇异性检测的方法对各条线路的暂态零序电流使用小波变换，然后对各条线路的零序电流经过小波变换后的模极大值的峰值和相位进行分析和对比，模极大值最大且相位与其他线路相反的线路即为故障线路。对信号进行小波变换时，也涉及到一些细节的选择：小波基函数的选取对小波变换的结果非常关键;对故障信号进行小波分解后，选择小波变换细节部分中绝对值幅值最大的点所在的尺度作为分解尺度。
5 自适应跳闸技术
配电网采用小电流接地方式，在发生单相接地故障时允许短时间内继续运行，有利于提高供电可靠性。但单相接地运行期间，非故障相电压升高为线电压，长时间带接地故障点运行可能危害配电网绝缘性能，特别是间歇性弧光接地的发生可能在非故障相上产生超过3倍相电压的过电压，而且非故障相电压存在叠加雷击过电压、操作过电压等危害的可能，易导致系统绝缘薄弱点击穿，从而引发两点或多点接地短路，扩大事故范围。对于电力电缆线路，接地电弧长时间存在，会加重对故障点的破坏，严重时引发相间故障。如果能够在小电流接地系统出现永久接地故障时，及时正确地选择出故障线路并迅速自动跳闸切除故障线路或区段，既可以保留瞬时性接地故障自愈的优点，又能够避免系统长时间带接地故障运行带来的危害。国内的配电网运行规程中允许小电流接地配电网带接地点运行1～2h。在欧洲的国家中，奥地利与德国允许小电流接地配电网带接地点运行，其他国家都是在检测到发生接地故障且经过一段时间不能自行熄弧后直接跳开故障线路。日本则采用直接切断故障线路的做法。
结束语
小电流接地的配电系统发生单相接地故障概率较大，并且故障后由于其相电流较小，系统能够带故障运行一段时间为小电流接地配电系统的故障选线和及时切除故障相提供了充分的操作时间;故在我国中低压配电网中，故障选线技术成为实际运行维护中的热点研究问题。近年来，涌现出许多不同的故障选线方法。目前现状总体可以分为3类：第一类，根据小电流接地配电系统故障的稳态信号进行选线;第二类，根据小电流接地配电系统故障的暂态信号进行选线;第三类，综合利用故障稳态和暂态信号，采用启发式算法进行故障选线。由于第一方法故障稳态信号的特征不显著，造成选线准确率较低;而第二类方法能够很容易地捕捉到故障的暂态信号，显著提高了选线的准确率，广泛应用在小电流接地系统的故障选线中。然而，随着配电网的发展，特别是有源配电网的布署，其拓扑结构逐渐复杂，利用暂态信号的选线方法不具有较好的自适应性以及鲁棒性，造成选线准确率出现较大波动。融合了神经网络和模糊理论的现代人工智能选线技术应运而生，实现了稳态和暂态选线判据的融合，明显提高了选线的精度使其具有不错的应用前景，但实际效果还有待检验。
参考文献
[1]艾晓白.小电流接地系统故障选线方法研究[D].沈阳农业大学，2018.
[2]时雅婷.含DG的配电网单相接地故障选线方法研究[D].安徽理工大学，2018.
[3]刘改业.基于谐振接地系统暂态特征的故障选线方法的研究[D].西安科技大学，2018.
[4]杨治田.基于小波包分解与信号距离的配电网单相接地故障选线[D].西安科技大学，2018.
关键词：小电流接地系统;单相接地故障;接地故障选线
1 小电流接地系统单相接地故障选线装置技术标准及检验规程
电网安全稳定运行是保障用户持续用电、保证供电可靠性的基本条件，虽然电网由于故障停电不可避免，但在接地故障发生后，在最短时间内发现并排除故障就显得尤为关键。在低压配电网小电流接地系统（中性点非有效接地系统）中，单相接地故障时有发生，如何及时有效地发现故障是避免事故扩大化，提高电网供电可靠性，防止短路电流带来的电力设备绝缘损坏和人员安全受到威胁的重要举措。随着对供电可靠性要求的越来越高，小电流接地系统单相接地故障选线装置越来越受到重视。为了加强小电流接地系统单相接地故障选线装置的技术规范，提高选线装置的运行可靠性，保证电网安全稳定运行，政府机构新出台了一系列相关标准。在2017年5月实施的DL/T 872-2016《小电流接地系统单相接地故障选线装置技术条件》中，在功能测试上要求选线装置在系统发生单相接地时，能够准确选线并显示接地线路和母线编号。标准中要求对选线装置进行投入前需进行试验，试验要求分别在中性点不接地、经消弧线圈接地以及中性点经高电阻接地系统中发生单相接地故障;同时对接地性质做出了要求，包括永久性接地和间歇性弧光接地。2018年1月实施的中国电机工程学会标准T/CSEE 0055-2017《小电流接地系统单相接地故障选线装置检验规程》中，要求装置在投运前进行模拟试验，试验内容如下：（1）通过测试仪将模拟的交流电压、电流故障信号输入到装置，模拟逐条线路故障，电压信号初始相位为45°、故障线路电流相位滞后电压90°、正常线路电流相位超前电压90°，故障线路电流幅值最大（或不小于正常线路），检验装置的选线及附属功能，如不适用本方法的装置可由厂家提供测试方法;（2）通过建模仿真或现场记录的故障波形建立各种类型的测试场景，测试场景應考虑中性点接地方式、谐波含量、故障电阻、故障初相角、故障持续时间及铁磁谐振等因素，通过波形回放的方式进行测试。
2 暂态零序电流分析
当第w条线路发生单相接地故障时，含消弧线圈的小电流接地系统零序网络等效电路。其中，U0、R0和L0依次为故障点的零序电源、零序接地电阻和消弧线圈零序电感; 为第j条非故障线路的零序分布电容，j=1，…，w，…，N;N为线路条数; 为各线路对地的零序分布电容电压; ～ 为各线路的暂态零序电流; 为消弧线圈的电流。
3 小电流接地系统故障选线方法
健全线路、故障线路的暂态零序电流 和 分别为：
公式（1）中，健全线路的暂态零序电流 受同一零序电容电压的作用，变化趋势一致。不同健全线路的区别仅在于对地电容 的不同，因此，健全线路间各暂态零序电流的变化趋势相似，其相似程度与各暂态零序电流的幅值和极性相关。公式（2）中，故障线路的暂态零序电流 由暂态容性电流和暂态感性电流组成，两者之间的比例随故障时刻的不同而变化。当故障发生在相电压过峰值时，高频电容电流在暂态零序电流中占主导;而当故障发生在相电压过零故障时，低频感性电流在暂态零序电流中占主导。
4 基于暂态分量的选线方法
4.1首半波法
此方法最重要的一点就是假设故障发生的时刻是相电压接近峰值的瞬间，此时，暂态电容电流远远大于暂态电感电流。该方法的选线原理是在发生单相接地故障后的首个半周期内，故障线路的零序暂态电流和电压的极性与非故障线路相反。但是如果故障发生在相电压过零的时刻，暂态电流的信号非常薄弱，特征信号不明显，不易进行检测。显而易见，该方法具有一定的局限性，并且过渡电阻和谐波会造成一定的干扰，降低了故障选线的准确性。
4.2小波分析法
小波分析理论可以在一定的频带内将暂态信号分解，尤其是对奇异信号和变化不明显的信号应用较好，信号突变部分和信号的奇异点处包含有能清晰反映原始信号中重要信息的成分。而在小电流系统发生接地故障时，暂态信号的奇异处隐藏有较多有价值的故障信息，能清晰地反映故障的暂态特征，所以可以利用小波分析法来分析和提取故障信息。故障发生时电流会突然改变，小波分析法就是利用这一特点来进行选线，首先利用小波奇异性检测的方法对各条线路的暂态零序电流使用小波变换，然后对各条线路的零序电流经过小波变换后的模极大值的峰值和相位进行分析和对比，模极大值最大且相位与其他线路相反的线路即为故障线路。对信号进行小波变换时，也涉及到一些细节的选择：小波基函数的选取对小波变换的结果非常关键;对故障信号进行小波分解后，选择小波变换细节部分中绝对值幅值最大的点所在的尺度作为分解尺度。
5 自适应跳闸技术
配电网采用小电流接地方式，在发生单相接地故障时允许短时间内继续运行，有利于提高供电可靠性。但单相接地运行期间，非故障相电压升高为线电压，长时间带接地故障点运行可能危害配电网绝缘性能，特别是间歇性弧光接地的发生可能在非故障相上产生超过3倍相电压的过电压，而且非故障相电压存在叠加雷击过电压、操作过电压等危害的可能，易导致系统绝缘薄弱点击穿，从而引发两点或多点接地短路，扩大事故范围。对于电力电缆线路，接地电弧长时间存在，会加重对故障点的破坏，严重时引发相间故障。如果能够在小电流接地系统出现永久接地故障时，及时正确地选择出故障线路并迅速自动跳闸切除故障线路或区段，既可以保留瞬时性接地故障自愈的优点，又能够避免系统长时间带接地故障运行带来的危害。国内的配电网运行规程中允许小电流接地配电网带接地点运行1～2h。在欧洲的国家中，奥地利与德国允许小电流接地配电网带接地点运行，其他国家都是在检测到发生接地故障且经过一段时间不能自行熄弧后直接跳开故障线路。日本则采用直接切断故障线路的做法。
结束语
小电流接地的配电系统发生单相接地故障概率较大，并且故障后由于其相电流较小，系统能够带故障运行一段时间为小电流接地配电系统的故障选线和及时切除故障相提供了充分的操作时间;故在我国中低压配电网中，故障选线技术成为实际运行维护中的热点研究问题。近年来，涌现出许多不同的故障选线方法。目前现状总体可以分为3类：第一类，根据小电流接地配电系统故障的稳态信号进行选线;第二类，根据小电流接地配电系统故障的暂态信号进行选线;第三类，综合利用故障稳态和暂态信号，采用启发式算法进行故障选线。由于第一方法故障稳态信号的特征不显著，造成选线准确率较低;而第二类方法能够很容易地捕捉到故障的暂态信号，显著提高了选线的准确率，广泛应用在小电流接地系统的故障选线中。然而，随着配电网的发展，特别是有源配电网的布署，其拓扑结构逐渐复杂，利用暂态信号的选线方法不具有较好的自适应性以及鲁棒性，造成选线准确率出现较大波动。融合了神经网络和模糊理论的现代人工智能选线技术应运而生，实现了稳态和暂态选线判据的融合，明显提高了选线的精度使其具有不错的应用前景，但实际效果还有待检验。
参考文献
[1]艾晓白.小电流接地系统故障选线方法研究[D].沈阳农业大学，2018.
[2]时雅婷.含DG的配电网单相接地故障选线方法研究[D].安徽理工大学，2018.
[3]刘改业.基于谐振接地系统暂态特征的故障选线方法的研究[D].西安科技大学，2018.
[4]杨治田.基于小波包分解与信号距离的配电网单相接地故障选线[D].西安科技大学，2018.