摘 要：由于小電流接地系統(tǒng)的故障信號(hào)特征不明顯，容易被其他干擾信號(hào)掩蓋，導(dǎo)致故障選線不準(zhǔn)確。為提升小電流接地故障定位準(zhǔn)確度，提出基于最優(yōu)FIR濾波器的小電流接地故障選線技術(shù)。通過(guò)分析小電流接地故障的暫態(tài)特征，獲取電流接地故障原因。采用EMD分解方法對(duì)小電流接地系統(tǒng)各相電路實(shí)施零序電流分解，以高頻分量為目標(biāo)設(shè)計(jì)最優(yōu)FIR濾波器。根據(jù)建立的最優(yōu)FIR濾波器，計(jì)算線路頻帶信號(hào)相應(yīng)幅值，確定暫態(tài)零序電流時(shí)頻特征。依據(jù)時(shí)頻特征的相似性度量結(jié)果，制定綜合相關(guān)系數(shù)，確立判定條件實(shí)現(xiàn)小電流接地故障選線。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，所提方法開(kāi)展小電流接地故障選線時(shí)，選線判據(jù)靈敏度高且抗噪性較好。由此證明，所提方法在小電流接地故障選線時(shí)具有較高的應(yīng)用效果。

關(guān)鍵詞：最優(yōu)FIR濾波器；小電流接地故障；選線技術(shù)；特征提??；電流時(shí)頻分解

中圖分類(lèi)號(hào)：TM711.2 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1001-5922（2025）03-0150-04

Low-current grounding fault line selection technologybased on optimal FIR filter

WANG Zhe

（Southern Power Grid Digital Enterprise Technology（Guangdong）Co.，Ltd.，Guangzhou 510700，China）

Abstract：Because the fault signal characteristics of the low-current grounding system are not obvious，it is easy tobe covered by other interference signals，resulting in inaccurate fault line selection. In order to improve the accura?cy of low-current grounding fault location，a small-current grounding fault line selection technology based on the op?timal FIR filter was proposed. By analyzing the transient characteristics of small current grounding faults，thecauses of current grounding faults were obtained. The EMD decomposition method was used to decompose the ze?ro-sequence current of each phase circuit of the low-current grounding system，and the optimal FIR filter wais de?signed with the high-frequency component as the goal. According to the established optimal FIR filter，the corre?sponding amplitude of the line band signal was calculated，and the time-frequency characteristics of the transient ze?ro-sequence current were determined. According to the similarity measurement results of time-frequency character?istics，the comprehensive correlation coefficient was formulated，and the judgment conditions were established torealize the line selection of small current grounding faults. Experimental results showed that the proposed methodhad high sensitivity and good noise immunity when carrying out line selection for low-current grounding faults. Theproposed method has a high application effect in the line selection of small current grounding faults.

Key words：optimal FIR filter；small current ground failure；line selection technology；current time-frequency de?Composition

在電力系統(tǒng)中，配電網(wǎng)的中性點(diǎn)接地類(lèi)型通常劃分為大電流接地和小電流接地 [1] 。在我國(guó)，一般將6～66 kV區(qū)間作為小電流接地類(lèi)型確定標(biāo)準(zhǔn)，個(gè)別地區(qū)采用小電阻接地方式 [2] 。但是由于小電流接地系統(tǒng)會(huì)將配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜化，因此研究配電網(wǎng)小電流接地故障選線具有重要意義。文[3]方法基于三相電流建立三維空間域圖像，將不同平面數(shù)據(jù)映射至建立圖像中，完成二維圖像的獲取。對(duì)映射圖像實(shí)施像素融合，在獲取彩色圖像后，利用深度學(xué)習(xí)算法對(duì)圖像實(shí)施分類(lèi)識(shí)別，完成小電流的接地故障選線。但是，該方法抗噪性有待驗(yàn)證。文[4]方法在建立數(shù)據(jù)窗口的基礎(chǔ)上選取各個(gè)線路數(shù)據(jù)，獲取線路暫態(tài)零序方向電流波形，通過(guò)小波分解獲取線路對(duì)應(yīng)頻帶系數(shù)，結(jié)合小波阻抗計(jì)算各個(gè)線路的方向行波能量值，基于行波能量計(jì)算結(jié)果建立選線判據(jù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)小電流接地故障的精準(zhǔn)選線。但是，該方法計(jì)算開(kāi)銷(xiāo)較大。

文[5]方法根據(jù)Hausdorff距離計(jì)算故障電路零序電流不匹配程度，建立不匹配矩陣獲取故障線路不匹配程度商，對(duì)不匹配結(jié)果實(shí)施差異程度計(jì)算，獲取故障線路的零序電流差異值?；谟?jì)算結(jié)果建立判據(jù)，完成故障線路的選取。但是，該方法選線精度較差。為解決上述小電流接地故障選線過(guò)程中存在的問(wèn)題，本文提出一種利用最佳 FIR濾波器進(jìn)行小電流接地選線的方法。

3 驗(yàn)證結(jié)果分析

為了驗(yàn)證上述小電流接地故障選線方法的整體有效性，需要對(duì)此方法展開(kāi)測(cè)試。

本項(xiàng)目以小電流接地小電流故障選線為研究對(duì)象，通過(guò)基于最優(yōu) FIR濾波的小電流接地選線方法、小電流小電流接地故障選線方法（文[3]）、小電流接地系統(tǒng)小電流故障選線（文[4]方法），并對(duì)所提出方法進(jìn)行驗(yàn)證。

選取某地配電網(wǎng)小電流接地系統(tǒng)作為測(cè)試目標(biāo)，在此基礎(chǔ)上，將系統(tǒng)分為四個(gè)分支，利用 Matlab模擬軟件對(duì)10 kV配電網(wǎng)進(jìn)行了建模，具體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

小電流接地的線路參數(shù)見(jiàn)表1。

基于上述建立的小電流接地系統(tǒng)仿真模型以及設(shè)定的線路相關(guān)參數(shù)，結(jié)合采樣設(shè)備對(duì)小電流接地線路各項(xiàng)參數(shù)展開(kāi)采集，利用上述3種選線方法開(kāi)展小電流接地故障選線，驗(yàn)證上述3種方法在選線時(shí)的選線準(zhǔn)確度、判據(jù)靈敏度以及選線方法的抗噪性能，從而驗(yàn)證所提方法在小電流接地故障選線時(shí)的選線性能。

（1）選線效果測(cè)試。在小電流接地中支路1的 B相線上，設(shè)置了一條接地故障，該故障持續(xù)1 ms，接地電阻為 1 kΩ。選線轉(zhuǎn)置的靈敏度系數(shù)為 ρ=1.1 ，非靈敏區(qū)比值取值范圍設(shè)定在 0.9lt;ρlt;1.1 ，非靈敏區(qū)間誤判概率較大，同時(shí)設(shè)定積分比值小于1的線路為正常 W c 線路，超出1的為故障線路，不同選線方法的選線效果如圖2所示。

由圖2可知，文[3]方法在選取故障線路時(shí)，整個(gè)系統(tǒng)都在不敏感區(qū)附近，而非靈敏區(qū)也在健全分支中，導(dǎo)致該方法總體選線靈敏度較低；而所提方法在開(kāi)展小電流接地故障選線時(shí)，該方法選線判據(jù)的靈敏度明顯高于其余2種選線方法測(cè)試結(jié)果，檢測(cè)時(shí)各個(gè)線路的波形也趨于穩(wěn)定，總體來(lái)說(shuō)，所提方法在選線過(guò)程中，選線判據(jù)靈敏度較高，并且能高效率完成故障線路的選取。

（2）判據(jù)靈敏度測(cè)試?；谏鲜鰷y(cè)試出的不同選線方法的選線效果，設(shè)定線路故障點(diǎn)距離檢測(cè)點(diǎn)位置4 km處，接地電阻變?yōu)?00 Ω，短路電壓初始相角設(shè)置為10，以此計(jì)算上述3種方法的積分比值，進(jìn)行線路判別靈敏度試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。

由表2可知，所提方法在小電流接地故障路線選取時(shí)，能夠準(zhǔn)確有效完成接地故障的選取，靈敏度較高。而文[3]方法與文[4]方法選取故障時(shí)，不能有效的將故障路線與健全路線區(qū)分，且靈敏度較低，進(jìn)而造成對(duì)比方法路線選取效果較差。

（3）選線方法的抗噪性測(cè)試。配電網(wǎng)實(shí)際運(yùn)行時(shí)，信號(hào)采集過(guò)程往往會(huì)受制噪聲的干擾，因此設(shè)定小電流接地系統(tǒng)中支路1的B相線路出現(xiàn)接地故障，故障發(fā)生時(shí)間為0 s，接地電阻為1 kΩ，在系統(tǒng)中疊加白噪聲數(shù)據(jù)，信噪比控制在30∶1區(qū)間內(nèi)，測(cè)試上述3種方法的抗噪性，測(cè)試結(jié)果如圖3所示。

由圖3可知，文[3]方法與文[4]方法在小電流接地故障選線時(shí)，對(duì)健全線路支路以及故障線路支路均出現(xiàn)了誤判現(xiàn)象，而且，由于噪音的存在，這兩種選線法的準(zhǔn)則比率總是在起伏不定，不能達(dá)到某個(gè)比率，這就造成了對(duì)比法的選線效率下降。而所提方法由于在選線過(guò)程中及時(shí)利用最優(yōu)FIR濾波器獲取了故障線路的高頻分量，所以該方法在選取故障線路時(shí)，能夠分別對(duì)相應(yīng)的故障支路展開(kāi)故障特征的提取，計(jì)算故障特征時(shí)頻與健全線路時(shí)頻之間的相似度，因此該方法在對(duì)比方法失效的前提下依然能夠有效的完成故障線路的選取，降低小電流接地系統(tǒng)中白噪聲對(duì)選線造成的影響。

4 結(jié)語(yǔ)

在配電網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展中，配電網(wǎng)絡(luò)的安全性顯得尤為重要。小電流接地系統(tǒng)作為配電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施，一旦發(fā)生接地故障勢(shì)就會(huì)降低配電網(wǎng)運(yùn)行效果，容易造成重大經(jīng)濟(jì)損失。為此需要對(duì)小電流接地故障實(shí)施選線處理，在此基礎(chǔ)上，本文提出了一種利用最佳FIR濾波器進(jìn)行小電流接地選線的方法?；谛‰娏鹘拥叵到y(tǒng)暫態(tài)特性的研究設(shè)計(jì)最優(yōu)FIR濾波器，獲取小電流接地故障時(shí)的故障特征向量，建立小電流接地故障選線判據(jù)，通過(guò)判據(jù)辨識(shí)結(jié)果實(shí)現(xiàn)小電流接地故障的精準(zhǔn)選線。

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（責(zé)任編輯：張玉平）