皇甫武軍 李晨露 李 翔 王月萍

（國(guó)網(wǎng)河南省電力公司洛陽(yáng)供電公司 河南洛陽(yáng) 471000）

1 配電網(wǎng)間歇性電弧接地故障選線(xiàn)概述

在我國(guó)電力系統(tǒng)中，將110kV及其以上的配電網(wǎng)絡(luò)發(fā)生單項(xiàng)接地故障成為大電流接地系統(tǒng)故障。將10kV的配電網(wǎng)絡(luò)發(fā)生的單相接地故障稱(chēng)為小電流接地系統(tǒng)故障。間歇性電弧接地故障一般是發(fā)生在小電流接地系統(tǒng)中。大電流系統(tǒng)的接地故障一般修復(fù)較為簡(jiǎn)單，根據(jù)其故障點(diǎn)電流較大容易檢測(cè)的特點(diǎn)。一般采用配電網(wǎng)絡(luò)FTU或者FPI檢測(cè)過(guò)流現(xiàn)象的電流法進(jìn)行選線(xiàn)定位。小電流系統(tǒng)的接地故障處理起來(lái)較為棘手，這是因?yàn)榘l(fā)生間接性電弧接地故障時(shí)故障點(diǎn)流經(jīng)電流較小，三相線(xiàn)電壓依舊能保持平衡，配電網(wǎng)絡(luò)可以帶故障運(yùn)行1～2h。故障線(xiàn)路的隱蔽性高，在進(jìn)行故障線(xiàn)路選線(xiàn)定位時(shí)難度較大如不能及時(shí)處理還會(huì)造成故障范圍擴(kuò)大化，傳統(tǒng)的處理間歇性電弧接地故障時(shí)只能采取人工拉線(xiàn)的方式進(jìn)行確定，費(fèi)時(shí)費(fèi)力不說(shuō)還會(huì)造成供電網(wǎng)絡(luò)的大面積停電。隨著我國(guó)科技的日益進(jìn)步，針對(duì)間歇性電弧接地故障的選線(xiàn)技術(shù)也取得了一些成就?，F(xiàn)在處理小電流接地系統(tǒng)間歇性電弧接地故障采用的方法主要有兩種。分貝時(shí)是故障電氣量特征法和外加注信號(hào)法。故障電氣量特征法是根據(jù)分析故障信號(hào)特征如零序電壓、零序電流、無(wú)功分量、有功分量、殘余電流、負(fù)序電流、諧波等信號(hào)的特征分量進(jìn)行故障選線(xiàn)。其缺點(diǎn)在于但遇到間歇性故障與故障點(diǎn)電弧不穩(wěn)的情況時(shí)因?yàn)槿鄙俜€(wěn)定的穩(wěn)態(tài)特征信號(hào)而難以判斷甚至產(chǎn)生誤判，為了彌補(bǔ)這一缺陷故障電氣量特征法還會(huì)使用暫態(tài)選線(xiàn)法進(jìn)行輔助選線(xiàn)。在線(xiàn)路系統(tǒng)中暫態(tài)特征信號(hào)分量時(shí)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于穩(wěn)態(tài)信號(hào)特征分量的。但暫態(tài)選線(xiàn)法的問(wèn)題在于暫態(tài)特征信號(hào)出現(xiàn)時(shí)間極短，對(duì)于信息收集并不方便。一般使用的故障電氣量特征法有首半波法、小波分析法、Prony法等。第二種外加信號(hào)法是通過(guò)對(duì)系統(tǒng)內(nèi)發(fā)射脈沖信號(hào)或者S信號(hào)，探測(cè)接地點(diǎn)返回信號(hào)或出線(xiàn)阻尼率實(shí)現(xiàn)故障選線(xiàn)工作。其缺點(diǎn)在于需要進(jìn)行信號(hào)源與檢測(cè)設(shè)備的資金投入以及注入信號(hào)功率受到互感器容量限制、對(duì)間歇性接地電弧檢測(cè)效果較差。這些問(wèn)題都對(duì)選線(xiàn)方法提出了更高的要求。

2 自適應(yīng)陷波濾波器算法原理

本文采用的適應(yīng)陷波濾波器算法是取配電線(xiàn)路故障提取出來(lái)進(jìn)行諧波電流的5次諧波計(jì)算。通過(guò)分析非故障線(xiàn)路的相位與故障線(xiàn)路的相位相反，以及故障線(xiàn)路中的諧波幅值是所有非故障線(xiàn)路幅值總和的特征作為故障選線(xiàn)的判據(jù)，從而確定出故障線(xiàn)路。自適應(yīng)陷波濾波器算法具體計(jì)算方法是通過(guò)單獨(dú)提取出線(xiàn)路零序電流中的5次諧波信號(hào)，利用自適應(yīng)陷波濾波器可以跟蹤信號(hào)頻率變化來(lái)改變陷波頻率的特點(diǎn)通過(guò)設(shè)置適宜的陷波頻率，就可以確定實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確的5次諧波信號(hào)。自適應(yīng)陷波濾波器算法相比以前利用傅立葉變換法計(jì)算諧波電流中的5次諧波信號(hào)其優(yōu)勢(shì)在于。傅立葉變換法想要分離出故障線(xiàn)路中的諧波，是通過(guò)分離出故障線(xiàn)路中的基波及頻率為基波頻率整數(shù)倍的各次諧波的幅值和相位實(shí)現(xiàn)的。但在使用傅立葉方法進(jìn)行計(jì)算分析時(shí)，是假定頻率已知的情況下，而在實(shí)際的計(jì)算過(guò)程中頻率是不斷變化的。因此傅立葉方法進(jìn)行性諧波計(jì)算時(shí)存在頻譜泄漏和柵欄效應(yīng)影響計(jì)算結(jié)果，進(jìn)而導(dǎo)致故障線(xiàn)路的選線(xiàn)與定位的準(zhǔn)確性。而自適應(yīng)陷波濾波器算法就不存在受頻譜泄漏和柵欄效應(yīng)影響計(jì)算的問(wèn)題。并且自適應(yīng)陷波濾波器算法經(jīng)過(guò)MATLAB仿真實(shí)驗(yàn)后表明了該算法的準(zhǔn)確性和可靠性。

3 自適應(yīng)陷波濾波器算法故障選線(xiàn)原理

（1）零序電流的5次諧波分量分析

當(dāng)小電流接地系統(tǒng)發(fā)生間歇性電弧接地故障時(shí)由于受到消弧圈及故障點(diǎn)的電氣設(shè)備的非線(xiàn)性影響，會(huì)使得故障電流中存在諧波信號(hào)。諧波出現(xiàn)頻率相應(yīng)升高其電流中含量就會(huì)減少，通常實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證在以基波值為基數(shù)的百分比中，5次諧波電流所占百分比為2～9%。7次諧波電流所占百分比為2～4%。考慮到消弧電圈對(duì)5次諧波電流的補(bǔ)償作用僅相當(dāng)于工頻時(shí)的1/25，對(duì)整體幾乎沒(méi)有影響，因此忽略消弧電圈對(duì)5次諧波電流的補(bǔ)償作用。這樣就能利用非故障線(xiàn)路與故障線(xiàn)路中的零序電流的5次諧波分量特點(diǎn)進(jìn)行選線(xiàn)定位，含有異常多的5次諧波信號(hào)的零序電流就是故障線(xiàn)路。

（2）零序電流的5次諧波分量的幅值分析

當(dāng)小電流接地系統(tǒng)發(fā)生間歇性電弧接地故障還會(huì)有一個(gè)明顯的特征那就是在故障系統(tǒng)中零序電流產(chǎn)生的5次諧波分量的幅值是其他所有得非故障線(xiàn)路零序電流的5次諧波分量的幅值總和，并且故障線(xiàn)路和非故障線(xiàn)路的零序電流在相位上呈現(xiàn)反相相位。根據(jù)這一特點(diǎn)可以通過(guò)自適應(yīng)陷波濾波器分別計(jì)算出小電流接地系統(tǒng)中線(xiàn)路中零序電流的5次諧波分量幅值。找出所有線(xiàn)路中的諧波分量幅值最大的線(xiàn)路定為疑似故障線(xiàn)路，再將其他線(xiàn)路的諧波分量幅值相加，根據(jù)疑似線(xiàn)路諧波幅值是否是其他線(xiàn)路諧波幅值得總和進(jìn)行故障線(xiàn)路的進(jìn)一步確定。

4 自適應(yīng)陷波濾波器算法仿真實(shí)驗(yàn)

任何一種技術(shù)如果不進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，那么都是不成熟不完善的。本文利用MATLAB系統(tǒng)對(duì)自適應(yīng)陷波濾波器算法進(jìn)行驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)通過(guò)建立出5條出電線(xiàn)路的10kV配電站模型進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)分析。其中1號(hào)線(xiàn)路為故障線(xiàn)路。利用自適應(yīng)陷波濾波器對(duì)這5條出電線(xiàn)路的零序電流提取五次諧波分量進(jìn)行分析如表1所示。

表1

根據(jù)表中數(shù)據(jù)分析可知，1號(hào)線(xiàn)路中諧波幅值近似等于線(xiàn)路2號(hào)、3號(hào)、4號(hào)、5號(hào)線(xiàn)路的諧波幅值的總和且誤差絕對(duì)值ΔL分別為0.0129，0.0117，0.0544，0.0569，0.0191。由此可以判定出線(xiàn)路1為故障線(xiàn)路。

5 結(jié)語(yǔ)

本文通過(guò)仿真實(shí)例對(duì)配電網(wǎng)中小電流接地系統(tǒng)在發(fā)生間歇性電弧接地故障的情況作了詳細(xì)分析，并針對(duì)當(dāng)前技術(shù)對(duì)間歇性電弧接地故障修復(fù)效果不佳，提出了利用自適應(yīng)陷波濾波器算法進(jìn)行小電流接地系統(tǒng)發(fā)生歇性電弧接地故障選線(xiàn)處理。從仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果來(lái)看自適應(yīng)陷波濾波器算法在小電流接地系統(tǒng)發(fā)生歇性電弧接地故障選線(xiàn)中發(fā)揮的效果良好，可靠性高準(zhǔn)確性穩(wěn)定?？梢栽谂鋯尉W(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中進(jìn)行普及。但不穩(wěn)定電弧和間歇性電弧接地故障在實(shí)際情況中較為復(fù)雜只使用一種技術(shù)是沒(méi)有辦法完全處理，因此要加強(qiáng)不穩(wěn)定電弧和間歇性電弧接地故障進(jìn)行分類(lèi)別研究。只有這樣才能更好的建設(shè)國(guó)家電網(wǎng)。