分布式接地选线技术在湖北电网的应用

 摘要：针对小电流单相接地故障选线有多种方法，每种方法都有一定的适用范围，也都有各自的局限性，都很难完全适应各种电网结构与复杂的故障状况。一种可行的办法是使用多重选线判据来构成综合判据，利用各种判据选线性能上的互补性扩大正确选线的故障范围，提高选线结果的可靠性。而利用模糊理论实现多判据选线信息融合开发的分布式小电流接地选线系统，通过在湖北电网应用实践证明，可明显提高对小电流单相接地故障选线的正确性。

   关键词：模糊理论，接地选线 

1.概述

在我国35kV及以下的中低压配电网系统一般采用中性点不接地系统或经消弧线圈接地系统。由于在小电流接地系统中发生单相接地故障时不形成短路，只在系统中产生很小的零序电流，三相线电压依然对称，不影响系统正常工作。我国电力规程规定，小电流接地系统可带单相接地故障继续运行1—2个小时。这样能够提高供电的连续性和可靠性，这是小电流接地系统的突出优点。但随着馈线的增多，电容电流也在增大，长时间带故障运行就易使故障扩大为相间短路或两点及多点接地故障。弧光接地还会引起全系统过电压，进而损坏设备，破坏系统安全运行。随着当今对电能质量的要求越来越高，这就需要运行人员在发生故障后，必须尽快查明短路线路和短路点，以便采取相应对策解除故障，使系统恢复正常运行。

2.现状

中性点非有效接地系统单相接地故障选线长期以来是国内外关注的尚未解决的一大难题。针对这一问题提出了多种选线方法，但都很难完全适应各种电网结构与复杂的故障状况。湖北电网35kV变电站共八百多座，其中许多变电站安装了小电流接地选线装置，但由于选线准确率不高，使用效果不太理想，故使用部门一直想寻求一种好的解决方法。　

 3．原理分析

小电流接地系统单相接地故障后的信号中含有各种各样的故障信息，如稳态基波分量，高频暂态分量，现在的各种算法就是利用了各种故障信息构成的故障判据。然而对不同故障条件下的故障信息分析表明，随着故障条件的不同，故障信息也会有变化，有些算法可能会失效，所以根据不同算法作出的判断结果的准确度也往往不同。理论和实践都表明，没有一种选线方法能够***对所有故障类型都有效，每种选线判据都有一定的适用范围，也都有各自的局限性，需要满足一定的适用条件。所以，仅靠一种判据进行选线是不充分的。

在这种现实状况下，一种可行的办法是使用多重选线判据来构成综合判据，利用各种判据选线性能上的互补性扩大正确选线的成功率，提高选线结果的可靠性。那么多重选线判据如何来构成综合判据呢？由于小电流接地系统及电网结构的复杂性，很难取得某种选线判据与选线结果之间***的数学模型，而运用模糊理论实现多判据选线信息融合是一个可行的方法。

针对以往选线装置存在的问题，襄阳科能机电设备有限公司开发成功了DJDX_08型基于模糊理论的分布式小电流接地选线系统，在湖北地区批量使用，获得了令人满意的效果。

4.理论依据

模糊理论是在美国加州大学伯克利分校电气工程系的扎德教授于1965年创立的模糊集合理论的数学基础上发展起来的，模糊理论是以模糊集合为基础，其基本精神是接受模糊性现象存在的事实，而以处理概念模糊不确定的事物为其研究目标，并积极的将其严密的量化成计算机可以处理的讯息，不主张用繁杂的数学分析即模型来解决模型，即在信息不完整、不***的情况下做出判断与决策，也就是进行模糊信息处理。

模糊理论已在实践中被证明是现代智能技术中最重要的技术之一，是处理复杂不确定问题的较***的方法之一，是用数学方法研究和处理具有“模糊”现象的一门科学。近年来，国内外文献中提出了一些利用模糊理论实现多判据选线的新方法。实践证明，应用模糊理论实现配电网故障选线方法，充分利用多方面的故障信息，用多种选线方法，使之相互补充、相互融合，可以明显提高故障判别能力^[1]。

5.系统原理

DJDX_08型分布式小电流接地选线系统，基于模糊理论定义有关事物差异中间过渡的不分明性，并成功的应用在小电流故障选线中。其工作原理为：根据判据规则建立各选线方法的隶属函数，包括：各故障测度隶属函数和各选线方法的权系数隶属函数，***对各个判据的数值属性进行融合，得出一个综合选线结果。其处理过程为：首先根据基波比幅比相算法确定基波比幅比相算法的故障测度隶属函数，根据五次谐波算法确定五次谐波算法的故障测度隶属函数，根据首半波算法确定首半波算法的故障测度隶属函数，根据功率方向算法确定功率方向算法的故障测度隶属函数，然后根据经验数据确定各选线方法的权系数隶属函数，***对各个判据的数值属性进行融合，得出一个综合选线结果。

6.基本结构及核心元件

本系统采用上下位机构成的分布式结构，整个系统包括主机、数据采集分支器、高精度零序电流互感器三部分。通常，一个变电站只需一台选线主机和若干台信号采集分支器以及若干台零序电流互感器组成一个完整的分布式接地选线系统。系统结构如图一所示。

6.1选线主机

选线主机是整个系统的指挥控制中心，它主要完成以下任务：①

四段相电压的监测，一旦发生接地故障立即进入故障分析处理程序。②故障分析处理程序：主机读取各数据采集分支器传来的数据，采用模糊理论的方法对数据进行分析，得出正确的选项结果。③管理好人机接口：包括按键的处理、液晶显示画面的处理、打印机的管理等。④通讯处理任务：包括与各数据采集分支器的通讯处理和与外部接口的通讯处理。⑤为了实时并行处理以上多任务嵌入了RTX_51实时操作系统，以***各任务之间的协调配合。

选线主机可同时管理接入户内式分支器30只，户外式分支器90只；所有分支器与主机间的数据通讯都并联在同一根4芯电缆线上，零序电流互感器套装在被测高压线上，分支器的跳闸继电器输出接口可与高压开关的跳闸回路连接，4段母线PT的二次电压回路与主机的PT接线端子连接，中文显示的液晶屏、打印机、7个按键在前面板上，RS485通讯接口和继电器的无源接点输出可与电力综合自动化微机保护联接。

6.2数据采集分支器

每只数据采集分支器都有一个单片机（工业级小电脑），其作用是对来自于零序电流互感器的信号进行预处理，正常情况下其对各分支的零序信号进行检测并保持对数据缓存区数据的刷新，而故障状态时则对故障信息进行预处理，处理完的信息再送选线主机，从而大大减轻了主机的负担，提高了选线的时效性。

 6.3高精度零序电流互感器

为了更好的***选线效果，我们自行研发了高精度的LXMZ-10型母线式零序电流互感器和LXMZ-10W型户外母线式零序电流互感器，由于互感器的不平衡电流非常小，且灵敏度又很高，可使保护、选线装置的可靠性大大提高。