单相接地故障智能诊断及立体化告警技术应用

单相接地故障智能诊断及立体化告警技术应用

孙铁成

（国网冀北电力有限公司迁安市供电分公司河北唐山064400）

摘要：为了保证国家电网的长期稳定运行，需要加强配电线路运行质量、效率的控制。当下用电客户的数量逐渐增多，对配电系统而言压力较大。各种干扰因素影响，导致配电线路容易产生各种故障问题，限制了系统的稳定性、可靠性。对于配电系统而言，在线运行敏感度较高，一旦在线故障将会导致严重的后果，如配电系统瘫痪，可能会造成人身财产安全的负面影响，为此，必须采用有效方法进行配电线路在线故障的识别和处理，从而有针对性的提供企业的经济效益。

关键词：单相接地；故障；智能诊断；立体化告警技术

引言：现阶段中国城市地区配电网已多采用地下电缆或者架空绝缘导线形式，线路发生短路与单相接地故障的概率相对较低。而在农村以及山地地区，出于经济性考虑，仍主要使用架空裸导线方式铺设线路，平时由于各种自然或者人为原因的事故等，单相接地事故较多，尤其在山地地区，在冬季风雪或者夏季雷暴天气情况下，很容易接连发生线路单相接地情况，部分单相接地还会进一步恶化为短路故障，而故障发生时恶劣的天气条件往往又不适合外出巡线检修，只能先将整条线路停电等待天气转好才能开始检修；如果能实现故障区段的自动切除与隔离，农村及山区用户供电可靠性将会有明显的提高。

1配线线路在线故障

1.1高阻故障

架空线路如果发生断裂问题，与高阻抗相接触的建筑物将会发生高阻故障问题。如架空线可能会与距离较近的树木、建筑体发生接触，随即会产生短路问题。再者，路面碎石、沥青在外界雷击作用下，也有发生高阻故障的风险。一般状况下，高阻故障下的电流不会高于直接接地引起的短路电流，因此如果仅采用传统过电流保护手段，可能不会检测处高阻故障。同时需要引起重视的是高阻故障危害极大，可能引起火灾、人体触电等事故。

1.2单相接地故障

配电网中最常发生的是单相接地故障，该故障发生几率高、排查难度大。需要分析暂态过程等数据，一般暂态信号中会包含故障信息数据，暂态过程不会仅受接地方式的影响，因此故障排除难度增加。为了对该故障进行诊断，需要对电容电流的暂态分量进行合理分析和掌控，这对提高电网运行稳定性具有极大帮助。

2基于小波理论的单相接地故障判断

2.1单向接地故障判断原理

小电流接地配电网正常运行时，不会出现零序电压、零序电流。而当系统中发生单相接地故障时，就会出现零序电压、零序电流，其中零序电压、零序电流从无到有是一个突变信号量，也包括其频谱也会发生突变，这个突变在故障线路与非故障线中不相同，因此可以用于判断是否出现单相接地、同时判定何相出现单相接地故障。

2.2小波理论

小波是由一个满足以下条件的函数通过平移和放缩而产生的一个函数族

对一个连续的有限信号f（x），其连续小波变换（continuewavelettransform，CWT）定义为

式中，ψ（t）为小波函数ψ（t）的共轭。考虑到实际观测信号都是离散的，a、b也要进行离散化，所以实际信号处理用的是离散小波变换。最常用的离散化方案是将a、b按2的幂次进行二进制离散，即取a=2j，b=2jk，则ψab（t）变为

2.3小波的分解与重构

离散小波分析常用到多分辨分析的信号分解算法，即将信号对时间、频率进行不同的多个尺度分解，再提取所需的特征。信号处理中采集到的采样信号，是原始信号的一个逼近近似，即使用采样所得的一个阶梯函数fj来逼近；根据信号分析理论，该逼近信号fj可分解为下列各分量之和

如此就实现了信号的多尺度分解，通过对各个成分做不同处理后重构fj，还可实现对信号的消噪、压缩及滤波等操作。

2.4小波单相接地故障

频谱突变特征提取小波分析中，Daubechies小波使用较多；该族小波常见有db1至db1010类；对于单相接地故障判断，文中试验表明，采用db4-db9频率突变分析较为合适，灵敏度较高。

2.5非定项属性

决策原则用于故障判断判断某一事件性质时，可能单个特征参数不起决定作用，而某几个联合对该事件性质起到主要作用；基于多个不定项属性对该事件性质进行判断的原则，称为非定项属性决策原则；该原则常用于复杂事物的特性描述及判断。

3技术创新

3.1单相接地故障智能自诊断功能

应用该技术后，自动化系统能够通过实时监测和计算各变电站母线的三相电压值，来自行诊断小电流接地系统是否发生单相接地。当母线一相电压越下限值，两相电压越上限值，且三相电压值不平衡度满足一定比例时，则判断该母线发生单相接地，并自动发母线单相接地告警信号；当母线一相电压越下限值，两相电压值正常，且三相电压值不平衡度满足一定比例时，则判断该母线电压互感器发生熔断器熔断故障，并自动发熔断器熔断告警信号；当母线三相电压均越过上限值时，则判断该母线发生高频谐振，并自动发高频谐振信号。

3.2单相接地故障动态立体化告警功能

电网发生单相接地故障时，自动化系统可发出与其他异常信息明显区别的告警音响，且该告警音响只有在人工确认后才能停止。同时，自动化系统还可自动弹出一个母线单相接地列表。该列表正常时处于隐藏状态，当发生单相接地时，该列表能够自动弹出，并在监控画面最上层显示。人工确认单相接地告警信息前，该列表始终处于动态闪烁状态，确认后方可停止闪烁。

3.3单相接地故障次数自动统计和辅助决策功能

自动化系统能够自动统计和累加计算设备的接地次数，并以列表显示。接地次数自动统计原理：当某一线路断路器分闸变位信息与该线路所在母线单相接地复归信息同时发生时，系统即可自动记录该线路单相接地一次，并自动进行接地次数累计。通过查阅该列表，一方面可为单相接地处理提供辅助决策（相同拉路条件下，优先拉开接地次数较多者），另一方面可为线路检修维护工作提供实时运行参考数据。

4应用效果

4.1有效解决了变电站单相接地时自动化系统不发告警信号的问题。通过应用单相接地自诊断功能，有效解决了邯郸电网15座变电站的17条母线单相接地时监控机不发告警信号的难题，实现了自动化系统单相接地故障报警率100%。

4.2有效解决了单相接地告警信息展示方式不完善，监控员不易发现接地故障信息的问题。通过应用动态立体化告警功能，增强了单相接地告警信息的直观性、有效性，能够保证监控员第一时间发现接地故障，实现了监控员发现单相接地故障及时率100%。

4.3有效解决了接地故障信息统计分析自动化程度低、准确率不高的问题。通过应用线路接地次数自动统计查询功能，有效降低了人工维护的工作量，实现了设备接地故障次数统计正确率100%。另外，通过查询统计结果，一方面可为单相接地故障处理提供辅助决策，如相同条件下，优先拉开历史接地次数较多的线路；另一方面可为线路检修维护工作安排提供实时运行参考资料，统筹安排检修计划。

结束语：配电线路建设中，需要加强项目安全性、稳定性的分析，及时进行故障诊断技术的升级优化，将安全问题放在首位，提高配电线路的安全管理。作为供电系统的关键部分，需要充分考虑配电线路的质量效果，尽量缩减费用成本等，最大程度的提高企业经济效益。

参考文献：

[1]唐金锐，尹项根，张哲，杨晨，叶磊，戚宣威，林瑨.配电网故障自动定位技术研究综述[J].电力自动化设备，2013，33（05）：7-13.

[2]李刚，郑顾平，杨以涵.基于协同监测的配网自动化二次设备故障诊断方法[J].中南大学学报（自然科学版），2013，44（S1）：189-194.

[3]孙广慧，王俊丰，毕洪峰.10kV架空线路故障快速智能诊断的研究与应用[J].广东电力，2012，25（02）：77-80+102.

[4]徐冰雁，卢慧清，陈龙，陈灿章.金山配网架空线智能化管理探讨[J].电气应用，2012，31（18）：23-26.

[5]鲍秀昌，施伟锋，喻思.船舶电力系统故障特征提取的小波变换方法[J].机电设备，2012，29（S1）：63-67.

[6]谭俊源，郭宏波.配电网接地故障特征及其诊断定位方法[J].电气技术，2008（10）：66-69.

[7]赵鹏，刘智昱，王炳革.基于模糊集理论的小电流接地系统单相故障多判据定位研究[J].现代电力，2010，27（06）：21-25.