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小电流接地系统单相接地故障综合选线方法

文档作者：郭素梅文档来源：广东电网公司江门供电局		点击数：	更新时间： 2022年07月28日
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第25卷第2期
2012年2月
广东电力
GUANGDONG ELECTRIC P0WER
VO1．25 NO．2
Feb．2012
小电流接地系统单相接地故障综合选线方法
郭素梅
(广东电网公司江门供电局，广东江门529000)
摘要：依据单一选线原理的选线方法只针对部分故障信息进行处理，效果不尽人意，因此多判据综合选线成为
当前的发展方向。从改善软件算法出发，引入暂态算法等新的判据，通过隶属函数构造多种判据参与选线，进
行智能融合，把继电保护智能化的思想引入小电流接地系统单相接地故障选线中。对所提出的综合选线方法进
行仿真与实现，实验结果证明该方法有效、准确。
关键词：小电流接地系统；故障选线；暂态算法；隶属函数
中图分类号：TM774．4 文献标志码：A 文章编号：1007．290x(2012)02—0020—04
Integrated Line Selection M ethod for Single—phase Grounding Fault
of Non—effective Earthing System
GUO Sumei
(Jiangmen Power Supply Bureau of Guangdong Power Grid Corporation，Jiangmen，Guangdong 529000，China)
Abstract：The line selection method on the basis of single line selection method has poor reliability。SO the idea of multi—crite—
ria integrated line selection method tends to be the development direction．On the base of improving software arithmetic，
new criterion such as transient arithmetic iS introduced．Various criteria for line selection are created through membership
functions and integrated，and intelligent protective relaying is introduced into line selection method for single—phase ground—
ing fault of non-effective earthing system．The mentioned integrated line selection method is simulated and implemented and
the experiment test verifies its effectiveness and accuracy．
Key words：non—effective system；fault line selection transient arithmetic；membership function
近年来，国内外在小电流接地系统单相接地故
障选线原理和技术方面进行了广泛而深入的研究与
探索，提出了基于不同故障特征的多种选线原理，
并研制出相应的接地选线装置，不少装置已经投入
电力系统应用，在一定程度上解决了单相接地故障
选线问题。然而，由于小电流接地系统单相接地时
故障特征不明显，且易受系统接线方式、接地方
式、线路长度和负荷等诸多因素的影响[1]，到目前
为止，已提出的选线原理都存在一定的局限性，尚
没有任何一种单一的选线方案能够适应小电流接地
系统的各种情况。为提高选线准确率，本文提出整
合有效判据的具体方案。
收稿日期：2011-06-16
1 判据选取和模糊模型的建立
各种选线原理针对的故障特征量各不相
同_2 ” ，因此在实际选线时可能会由于某些故障
特征量的信号微弱或差异不显著而造成选线结果不
正确。为了最大限度地提高综合选线的准确率，应
该在满足选线时限要求的情况下，尽量多地应用有
互补性的选线原理。对于中性点不接地系统，选用
零序无功功率法、零序电流比幅法和零序电流比相
法；对于中性点经消弧线圈接地系统，选用突变量
检测法、零序有功功率法和零序电流5次谐波比相
法；对于中性点经电阻接地系统，选用零序有功功
率法、零序电流基波比幅法和零序电流基波比相
法。本文以中性点经消弧线圈接地系统为例，阐述
有效判据整合的思想。
第2期 郭素梅：小电流接地系统单相接地故障综合选线方法
2 故障测度隶属函数和判据权系数隶属函
数的建立
2．1 突变量检测法
小电流接地系统发生单相接地故障时，存在一
个明显的暂态过程，暂态零序电容电流往往比稳态
时大几至几十倍，此过程包含丰富的故障特征。
突变量检测法基于数学形态学滤波思想，利用
形态学中的Top．hat算子和Bottom．hat算子进行
突变量检测¨1 。由于算法本身只涉及加减和取极
值运算，计算量少，精度高，因此选择该方法作为
中性点经消弧线圈接地系统的第1种选线原理。
定义线路 的零序电流突变量为△ ，表示在
发生单相接地故障后线路 突变点明显处的突变方
向和突变强度；母线虚拟电流突变量Aiu，= △f i，
为线路(不包括母线)条数。从仿真计算结果可以
看出，故障线路在对应的突变点上突变强度最大且
与其他方向相反，突变量越明显的线路其故障概率
越大。由此定义线路 的突变量检测法故障测度隶
属函数
= I Ai bi I
． (1)
式中△ ， 为l△ l的最大值，用于决定其他线
路的故障测度隶属函数值，有利于使突变量最大的
线路获得较大的故障测度值。
暂态零序电容电流包含丰富的故障特征，是突
变量检测法的计算依据，通过判定暂态信息是否丰
富来决定突变量是否参与综合选线。定义暂态强度
丁的概念，以故障发生后第1个周期内前半周电流
绝对平均值与后半周电流绝对平均值的比值作为该
线路的丁。电流绝对平均值
一 1 ． ．
，= l i k l，k=0，1，⋯，Ⅳ 一1． (2)
式中： 为计算点数，为全周期采样点数的一半；
为第k条线路的电流，其中 。表示母线电流。
当T)I．2时突变量检测法参与综合选线，否则将
对应线路的△f i置零。
考虑到该判据的可信度与突变量最大值的关系
密切，定义突变量检测法的判据权系数隶属函数
As- Aib ,max
， (3)
其中 △ 一=Σ l△f i
f= ()
2．2 零序有功功率法
在中性点经消弧线圈接地系统中，由于消弧线
圈自身电阻及串、并联电阻的影响，使得零序有功
功率具有较高的灵敏度，因此选择零序有功功率
法[8]作为第2种选线原理。定义
1
丁
P【)j=3 ) fCOS f= I 9“川 【J(t)i (t)dt； (4)
P =l Pf)j l 一I P1)i l ． (5)
式中：P 为线路 (不包括母线)的零序有功功率；
【， 为母线零序电压的有效值；，Il 为线路 零序电
流的基波有效值；U。为线路的零序电压； 为线
路 的零序电流；t为时间；P 为母线的虚拟零序
有功功率；l P l一为线路 (不包括母线)零序电
流有功功率的总和；l PⅢI一为线路i(不包括母
线)零序有功功率最大值。对于中性点经消弧线圈
接地系统，线路的零序有功功率值越大，则该线路
为故障线路的可能性越大。由此定义线路 的零序
有功功率法故障测度隶属函数
=
． ㈤
={≥弩 + ，。．。 差 霉 ．5；c7，
广东电力 第25卷
中性点经消弧线圈接地系统在发生单相接地故
障时，故障线路的零序电流5次谐波相位与其他正
常线路相反，也就是说理论上只有故障线路的零序
电流5次谐波相位落在第3或第4象限(以零序电
压为参考)，此时该判据的可信度最高。但实际中
也有可能因信号太小等原因造成有2条或2条以上
的线路零序电流5次谐波相位落在第3或第4象限
内，此时应适当降低该判据的权系数值。因此定义
零序电流5次谐波比相法判据权系数函数
f1， C = 1；
5={l L—c 、 (10)
=T ’ 乙／> ‘
式中：L为线路(包括母线)总数，L= +1；C
为零序电流5次谐波相位落在第3或第4象限的线
路数。
2．4 信息融合设计
将上述3种选线原理转化为具体的选线判据。
首先，利用采样数据计算各种判据的故障测度隶属
函数值；然后计算出各种判据自身的判据权系数隶
属函数值；最后，计算采样数据对应的选线结果
F，计算公式为
F = A s s， + A P，i+A5 5
Σ( + +A5 5，f)
i=0
3 MATLAB仿真实验
通过仿真实验来验证以上建立的选线判据体系
的可行性，并考察其选线效果，本文选用MAT．
LAB仿真软件。
用MATLAB仿真软件建立一个仿真实验模
型：I段母线(线电压为10．5 kV)带5条出线，取
每条线路长度不尽相同，其中线路1的长度L =
18 km，线路2的长度L =20 km，线路3的长度
L3=10 km，线路4的长度L4=16 km，线路5的
长度L =2 km。线路参数为：正序电阻0．45
a／km，正序感抗1．171 4 mH／km，正序容抗0．061
F／km；零序电阻0．7 fl／km，零序感抗3．096 5
mH／km，零序容抗0．038／~F／km。采用过补偿，
消弧线圈电感为1．156 4 H。在线路2中间发生经
1 kQ电阻接地的实验数据和选线判据分析结果分
别见表1和表2，在线路1中间发生金属性接地的
实验数据和选线判据分析结果分别见表3和表4。
表1 线路2发生经1 kfl电阻接地故障的仿真实验数据
注：零序电压基波有效值为7．568 67 kV，零序电压5次谐波相
位为一43．8。。
表2 线路2发生经1 kQ电阻接地故障时的选线判据分析
注：零序有功功率法的判据权系数为1．000 0，零序电流5次谐
波比相法的判据权系数为0．600 0，突变量检测法的判据权系数
为0．307 6。
第2期 郭素梅：小电流接地系统单相接地故障综合选线方法
表3 线路1发生金属性接地故障的仿真实验数据
注：零序电压基波有效值为8．476 52 kV，零序电压5次谐波相
位为136．1。。
表4 线路1发生金属性接地故障时的选线判据分析
注：零序有功功率法的判据权系数为0 911 8，零序电流5次谐
波比相法的判据权系数为1．000 0，突变量检测法的判据权系数
为0．382 6。
由仿真结果可以看出，在中性点经消弧线圈接
地系统中选用突变量检测法、零序有功功率法和零
序电流5次谐波比相法组成的综合判据，能较准确
地选出故障线路。
4 结束语
本文提出的选线方案综合考虑了目前普遍采用
的各种选线原理，并将一种新的暂态选线算法——
突变量检测法融入到综合选线判据中。以中性点经
消弧线圈接地系统为例，运用模糊理论设计判据体
系，通过各种选线方法之间的优势互补，改善选线
的准确性和适应性
不接地系统和中性
据体系。
采用这
经电阻
思想也可以为中性点
地系统建立相应的判
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(编辑 彭艳)
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作者简介：郭素梅(1983)，女，河北邯郸人。工学硕士，主要从事
电力系统继电保护工作。
(编辑李丽娟)

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