小電流接地系統(tǒng)單相接地故障選線方法的多維度剖析與創(chuàng)新研究一、引言1.1研究背景與意義在現(xiàn)代電力系統(tǒng)中，小電流接地系統(tǒng)因其諸多優(yōu)勢(shì)，在中低壓配電網(wǎng)中得到了廣泛應(yīng)用。我國(guó)3-66kV的中低壓配電網(wǎng)，多采用中性點(diǎn)不接地或者經(jīng)消弧線圈接地的小電流接地系統(tǒng)。這種系統(tǒng)在發(fā)生單相接地故障時(shí)，由于故障電流相對(duì)較小，且三相線電壓依舊保持對(duì)稱，通常情況下能夠維持對(duì)負(fù)荷的正常供電，依據(jù)規(guī)程可繼續(xù)運(yùn)行1-2小時(shí)，無(wú)需立即跳閘。這在一定程度上保障了供電的連續(xù)性和穩(wěn)定性，提高了電力系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。然而，盡管小電流接地系統(tǒng)具備上述優(yōu)點(diǎn)，單相接地故障仍是中低壓配電網(wǎng)中最為常見(jiàn)的故障類型，約占配電網(wǎng)故障的70%-80%。一旦發(fā)生單相接地故障，如果不能及時(shí)、準(zhǔn)確地選出故障線路并加以處理，將會(huì)帶來(lái)一系列嚴(yán)重的后果。一方面，隨著故障持續(xù)時(shí)間的延長(zhǎng)，非故障相電壓會(huì)升高至線電壓的√3倍，這種過(guò)電壓情況可能會(huì)對(duì)電網(wǎng)中的電氣設(shè)備絕緣造成損害，增加設(shè)備故障的風(fēng)險(xiǎn)，甚至引發(fā)絕緣擊穿，進(jìn)一步擴(kuò)大故障范圍，導(dǎo)致兩點(diǎn)或多點(diǎn)接地短路，嚴(yán)重威脅電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。另一方面，故障點(diǎn)的電弧若不能及時(shí)熄滅，可能會(huì)引發(fā)全系統(tǒng)過(guò)電壓，這種過(guò)電壓不僅可能燒毀電纜等設(shè)備，還存在引發(fā)火災(zāi)的隱患。特別是在一些對(duì)供電可靠性要求極高的場(chǎng)所，如醫(yī)院、金融機(jī)構(gòu)、數(shù)據(jù)中心等，單相接地故障若不能得到有效處理，可能會(huì)造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失和社會(huì)影響?？焖?、準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)小電流接地系統(tǒng)單相接地故障選線，對(duì)于保障電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行具有至關(guān)重要的意義。它不僅能夠及時(shí)隔離故障線路，避免故障的進(jìn)一步擴(kuò)大，減少對(duì)非故障線路正常供電的影響，提高供電可靠性；還能為后續(xù)的故障修復(fù)提供準(zhǔn)確依據(jù)，縮短停電時(shí)間，降低因停電給用戶帶來(lái)的不便和經(jīng)濟(jì)損失。此外，準(zhǔn)確的故障選線還有助于電力系統(tǒng)的運(yùn)維管理，提高運(yùn)維效率，降低運(yùn)維成本，提升電力系統(tǒng)的整體運(yùn)行水平。因此，小電流接地系統(tǒng)單相接地故障選線問(wèn)題一直是電力領(lǐng)域研究的重點(diǎn)和熱點(diǎn)，受到了廣泛的關(guān)注。1.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀小電流接地系統(tǒng)單相接地故障選線問(wèn)題在國(guó)內(nèi)外都受到了廣泛關(guān)注，眾多學(xué)者和研究機(jī)構(gòu)進(jìn)行了大量的研究工作，取得了一系列的研究成果。國(guó)外對(duì)小電流接地系統(tǒng)的研究起步較早，一些發(fā)達(dá)國(guó)家在配電網(wǎng)中性點(diǎn)接地方式的選擇上，根據(jù)自身的實(shí)際情況和技術(shù)發(fā)展水平，形成了不同的應(yīng)用特點(diǎn)。例如，大部分西方國(guó)家的配電網(wǎng)一般采用中性點(diǎn)直接接地（NDGS）或中性點(diǎn)電阻接地（NRS）方式，通過(guò)接入中性點(diǎn)接地電阻，增大了故障接地殘流，使得接地故障檢測(cè)相對(duì)較為容易。在選線方法研究方面，國(guó)外學(xué)者提出了多種基于不同原理的選線技術(shù)。早期主要集中在穩(wěn)態(tài)量分析，如利用零序電流幅值和相位等特征進(jìn)行選線。隨著技術(shù)的發(fā)展，暫態(tài)量分析方法逐漸受到重視，通過(guò)對(duì)故障暫態(tài)過(guò)程中的電流、電壓暫態(tài)分量進(jìn)行分析，來(lái)實(shí)現(xiàn)故障選線。此外，一些智能化的選線方法也開(kāi)始被研究和應(yīng)用，如人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模糊邏輯等技術(shù)被引入到選線算法中，以提高選線的準(zhǔn)確性和可靠性。國(guó)內(nèi)對(duì)小電流接地系統(tǒng)單相接地故障選線的研究也在不斷深入。我國(guó)配電網(wǎng)普遍采用中性點(diǎn)不接地（NUS）或經(jīng)消弧線圈接地方式（NES），由于接地故障殘流小，且故障殘流方向隨補(bǔ)償度變化，使得接地故障檢測(cè)難度較大。自1958年以來(lái)，國(guó)內(nèi)在單相接地保護(hù)原理和裝置的研究上從未間斷，先后推出了幾代產(chǎn)品，如許昌繼電器廠的ZD系列產(chǎn)品、北京自動(dòng)化設(shè)備廠的XJD系列裝置、中國(guó)礦大的UP-1型微機(jī)檢漏裝置和華北電力學(xué)院研制的系列微機(jī)選線裝置等。這些裝置和技術(shù)的發(fā)展，將小電流接地系統(tǒng)的單相接地選線研究提升到了新的水平。國(guó)內(nèi)的研究涵蓋了從基于穩(wěn)態(tài)分量的選線方法，如零序電流比幅法、零序功率方向法、群體比幅比相法、零序?qū)Ъ{法、有功電流法、零序電容電流補(bǔ)償法等；到利用電網(wǎng)暫態(tài)量的選線方法，如零序暫態(tài)電流法、能量法、小波分析法等。近年來(lái)，隨著人工智能技術(shù)的快速發(fā)展，智能復(fù)合選線方法成為研究熱點(diǎn)，通過(guò)融合多種故障特征和智能算法，進(jìn)一步提高選線的準(zhǔn)確性和可靠性。盡管國(guó)內(nèi)外在小電流接地系統(tǒng)單相接地故障選線方面取得了眾多研究成果，但目前仍然存在一些不足之處。一方面，現(xiàn)有的選線方法大多基于某種特定的故障特征或假設(shè)條件，在實(shí)際復(fù)雜多變的電網(wǎng)運(yùn)行環(huán)境中，適應(yīng)性較差。例如，當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行方式發(fā)生變化、存在過(guò)渡電阻、電磁干擾等情況時(shí)，部分選線方法的準(zhǔn)確性會(huì)受到較大影響。另一方面，各種選線方法之間缺乏有效的融合和互補(bǔ)機(jī)制，難以充分利用故障信息，提高選線的可靠性。此外，對(duì)于一些新型的配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)和運(yùn)行方式，如分布式電源接入后的小電流接地系統(tǒng)，現(xiàn)有的選線方法還需要進(jìn)一步改進(jìn)和完善，以滿足實(shí)際工程需求。1.3研究?jī)?nèi)容與方法1.3.1研究?jī)?nèi)容小電流接地系統(tǒng)單相接地故障特征深入分析：詳細(xì)研究中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)和中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)在單相接地故障時(shí)的穩(wěn)態(tài)和暫態(tài)電氣量特征。包括故障線路和非故障線路的零序電流、零序電壓的幅值、相位變化規(guī)律，以及暫態(tài)過(guò)程中的電流、電壓暫態(tài)分量的特性。分析不同故障條件（如故障位置、過(guò)渡電阻大小、故障初始角等）和系統(tǒng)運(yùn)行方式（如線路長(zhǎng)度、負(fù)荷變化、消弧線圈補(bǔ)償度等）對(duì)故障特征的影響，為后續(xù)選線方法的研究提供堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)?，F(xiàn)有選線方法的全面剖析與評(píng)估：對(duì)目前已有的各種小電流接地系統(tǒng)單相接地故障選線方法進(jìn)行系統(tǒng)的梳理和分類，包括基于穩(wěn)態(tài)分量的選線方法（如零序電流比幅法、零序功率方向法、群體比幅比相法等）、基于暫態(tài)分量的選線方法（如零序暫態(tài)電流法、能量法、小波分析法等）以及信號(hào)注入法等。深入分析每種選線方法的基本原理、實(shí)現(xiàn)方式和適用條件，通過(guò)理論分析和實(shí)際案例，評(píng)估各種選線方法在不同故障情況下的準(zhǔn)確性、可靠性和適應(yīng)性，找出其存在的局限性和不足。新型智能復(fù)合選線方法的探索與研究：針對(duì)現(xiàn)有選線方法的不足，結(jié)合人工智能技術(shù)（如人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、支持向量機(jī)、深度學(xué)習(xí)等）和信息融合技術(shù)，探索一種新型的智能復(fù)合選線方法。通過(guò)提取多種故障特征量，利用智能算法對(duì)這些特征量進(jìn)行融合和分析，構(gòu)建故障選線模型，提高選線的準(zhǔn)確性和可靠性。研究如何優(yōu)化智能算法的參數(shù)和結(jié)構(gòu)，以提高模型的訓(xùn)練效率和泛化能力，使其能夠更好地適應(yīng)復(fù)雜多變的電網(wǎng)運(yùn)行環(huán)境。選線方法的仿真驗(yàn)證與實(shí)驗(yàn)分析：利用MATLAB/Simulink等仿真軟件搭建小電流接地系統(tǒng)的仿真模型，模擬不同類型的單相接地故障，對(duì)所研究的選線方法進(jìn)行仿真驗(yàn)證。通過(guò)設(shè)置不同的故障參數(shù)和系統(tǒng)運(yùn)行條件，分析選線方法在各種情況下的性能表現(xiàn)，驗(yàn)證其有效性和優(yōu)越性。同時(shí)，搭建小電流接地系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，進(jìn)行實(shí)際的單相接地故障實(shí)驗(yàn)，獲取真實(shí)的故障數(shù)據(jù)，進(jìn)一步驗(yàn)證選線方法在實(shí)際應(yīng)用中的可行性和可靠性。1.3.2研究方法理論分析方法：運(yùn)用電路原理、電磁學(xué)、電力系統(tǒng)分析等相關(guān)理論知識(shí)，對(duì)小電流接地系統(tǒng)單相接地故障的電氣量特征進(jìn)行深入分析。建立數(shù)學(xué)模型，推導(dǎo)故障時(shí)零序電流、零序電壓等電氣量的計(jì)算公式，從理論上揭示故障特征與選線方法之間的內(nèi)在聯(lián)系，為選線方法的研究提供理論依據(jù)。仿真實(shí)驗(yàn)方法：借助MATLAB/Simulink等專業(yè)仿真軟件，搭建小電流接地系統(tǒng)的仿真模型。通過(guò)設(shè)置各種故障條件和系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)，模擬實(shí)際電網(wǎng)中的單相接地故障情況，對(duì)不同選線方法進(jìn)行大量的仿真實(shí)驗(yàn)。仿真實(shí)驗(yàn)可以快速、靈活地改變各種參數(shù)，獲取豐富的故障數(shù)據(jù)，便于對(duì)選線方法進(jìn)行全面的分析和評(píng)估，為選線方法的改進(jìn)和優(yōu)化提供數(shù)據(jù)支持。對(duì)比分析方法：將所研究的新型選線方法與現(xiàn)有選線方法進(jìn)行對(duì)比分析。在相同的故障條件和系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境下，比較不同選線方法的選線準(zhǔn)確率、可靠性、抗干擾能力等性能指標(biāo)，客觀評(píng)價(jià)新型選線方法的優(yōu)勢(shì)和不足，明確其在實(shí)際應(yīng)用中的可行性和應(yīng)用前景。實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證方法：搭建小電流接地系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，采用真實(shí)的電氣設(shè)備和模擬故障裝置，進(jìn)行實(shí)際的單相接地故障實(shí)驗(yàn)。通過(guò)實(shí)驗(yàn)獲取真實(shí)的故障數(shù)據(jù)，驗(yàn)證選線方法在實(shí)際情況下的有效性和可靠性。實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證可以彌補(bǔ)仿真實(shí)驗(yàn)與實(shí)際情況的差異，確保選線方法能夠在實(shí)際電網(wǎng)中得到可靠應(yīng)用。二、小電流接地系統(tǒng)單相接地故障特性2.1小電流接地系統(tǒng)概述小電流接地系統(tǒng)是指中性點(diǎn)不接地、中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地和中性點(diǎn)經(jīng)高阻接地的三相電力系統(tǒng)。在小電流接地系統(tǒng)中，當(dāng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，由于接地電流較小，系統(tǒng)三相線電壓仍能保持對(duì)稱，對(duì)負(fù)荷的正常供電影響較小，依據(jù)相關(guān)規(guī)程，系統(tǒng)可繼續(xù)運(yùn)行1-2小時(shí)。這種特性在一定程度上提高了供電的可靠性，減少了因瞬間故障導(dǎo)致的停電事故。然而，雖然接地電流小，但故障長(zhǎng)期存在仍會(huì)帶來(lái)一系列安全隱患，如非故障相電壓升高可能損壞設(shè)備絕緣，因此及時(shí)準(zhǔn)確地檢測(cè)和處理單相接地故障至關(guān)重要。下面分別對(duì)中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)、中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)、中性點(diǎn)經(jīng)高阻接地系統(tǒng)的構(gòu)成及工作原理進(jìn)行介紹。2.1.1中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)是指三相電力系統(tǒng)中，變壓器或發(fā)電機(jī)的中性點(diǎn)不與大地直接連接，僅通過(guò)系統(tǒng)對(duì)地電容接地。在正常運(yùn)行狀態(tài)下，系統(tǒng)三相對(duì)地電容電流大小相等，相位互差120°，其向量和為零，因此地中沒(méi)有電容電流通過(guò)，中性點(diǎn)對(duì)地電位為零。以圖1所示的簡(jiǎn)單三相系統(tǒng)為例，各相對(duì)地電容分別為C_A、C_B、C_C，正常運(yùn)行時(shí)，電源中性點(diǎn)N與地之間的電壓U_{N0}為零，各相電壓U_A、U_B、U_C對(duì)稱，對(duì)地電容電流I_{CA}、I_{CB}、I_{CC}也對(duì)稱，且滿足I_{CA}=I_{CB}=I_{CC}=\omegaCU_{ph}（其中\(zhòng)omega為角頻率，U_{ph}為相電壓）?！敬颂幉迦雸D1：中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)正常運(yùn)行等效電路圖】當(dāng)中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，假設(shè)A相發(fā)生金屬性接地故障，此時(shí)A相對(duì)地電壓降為零，即U_A=0。由于電源中性點(diǎn)N不接地，系統(tǒng)三相線電壓U_{AB}、U_{BC}、U_{CA}的大小和相位仍保持不變，系統(tǒng)三相線電壓依舊對(duì)稱，這使得接在三相線電壓上的電氣設(shè)備仍能正常運(yùn)行。但此時(shí)非故障相（B相和C相）的對(duì)地電壓升高到線電壓，即U_{B}=U_{C}=\sqrt{3}U_{ph}。從圖2所示的故障等效電路可以看出，故障點(diǎn)的接地電流I_oxeygsv為非故障相的對(duì)地電容電流之和，即I_mrumaal=I_{CB}+I_{CC}。根據(jù)電容電流計(jì)算公式I_{C}=\omegaCU_{ph}，可得I_qiwjwkk=3\omegaCU_{ph}，該接地電流為容性電流，數(shù)值較小。在實(shí)際電網(wǎng)中，這種小電流接地故障可能會(huì)產(chǎn)生間歇性電弧，引發(fā)弧光接地過(guò)電壓，對(duì)設(shè)備絕緣造成威脅?！敬颂幉迦雸D2：中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)A相接地故障等效電路圖】中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)在于正常供電情況下能維持相線的對(duì)地電壓不變，可向外提供220/380V這兩種不同的電壓，滿足單相220V（如電燈、電熱）及三相380V（如電動(dòng)機(jī)）不同的用電需要。同時(shí)，在發(fā)生單相接地故障時(shí)，若為雷擊絕緣閃絡(luò)瞬時(shí)故障，可自動(dòng)清除，無(wú)需跳閘；若為金屬性接地故障，可單相接地運(yùn)行，改善了電網(wǎng)不間斷供電，提高了供電可靠性。此外，接地電流小，降低了地電位升高，減小了跨步電壓和接觸電壓，減小了對(duì)信息系統(tǒng)的干擾，減小了對(duì)低壓網(wǎng)的反擊等，在經(jīng)濟(jì)方面還節(jié)省了接地設(shè)備，接地系統(tǒng)投資少。然而，該系統(tǒng)也存在一些缺點(diǎn)，如與中性點(diǎn)電阻器接地系統(tǒng)相比，產(chǎn)生的過(guò)電壓高（弧光過(guò)電壓和鐵磁諧振過(guò)電壓等），對(duì)弱絕緣擊穿概率大；在間歇性電弧接地故障時(shí)產(chǎn)生的高頻振蕩電流大，達(dá)數(shù)百安培，可能引發(fā)相間短路；故障定位難，不能正確迅速切除接地故障線路，有可能發(fā)展為多相短路接地。2.1.2中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)是在變壓器或發(fā)電機(jī)的中性點(diǎn)與大地之間接入一個(gè)具有電感的消弧線圈。消弧線圈是一個(gè)帶有鐵芯的電感線圈，其作用是在系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，產(chǎn)生感性電流來(lái)補(bǔ)償接地電容電流，使接地電流減小，從而達(dá)到熄滅電弧、防止故障擴(kuò)大的目的。該系統(tǒng)主要由消弧線圈、接地開(kāi)關(guān)和接地變壓器等組成，消弧線圈通常串聯(lián)在電力系統(tǒng)的中性點(diǎn)和地之間。【此處插入圖3：中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)示意圖】當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，假設(shè)A相接地，故障點(diǎn)的接地電流I_ywkuldc由非故障相的對(duì)地電容電流I_{CB}、I_{CC}以及消弧線圈提供的感性電流I_{L}組成。從圖4所示的故障等效電路可知，消弧線圈產(chǎn)生的感性電流I_{L}與接地電容電流方向相反，兩者相互抵消，從而減小了故障點(diǎn)的接地電流。消弧線圈的電感值是根據(jù)電網(wǎng)的參數(shù)和運(yùn)行條件來(lái)選擇的，一般要求在電網(wǎng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，消弧線圈產(chǎn)生的補(bǔ)償電流應(yīng)與故障電流相等或略大于故障電流，以保證電弧能夠被有效熄滅?！敬颂幉迦雸D4：中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)A相接地故障等效電路圖】消弧線圈的補(bǔ)償方式主要有欠補(bǔ)償、全補(bǔ)償和過(guò)補(bǔ)償三種。欠補(bǔ)償是指消弧線圈提供的感性電流小于接地電容電流，此時(shí)接地電流仍為容性；全補(bǔ)償是指消弧線圈提供的感性電流等于接地電容電流，接地電流為零，但這種情況下容易引起串聯(lián)諧振過(guò)電壓，實(shí)際運(yùn)行中一般不采用；過(guò)補(bǔ)償是指消弧線圈提供的感性電流大于接地電容電流，接地電流為感性，這是實(shí)際運(yùn)行中常用的補(bǔ)償方式，補(bǔ)償度一般為5%-10%。中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)能夠有效防止電網(wǎng)過(guò)電壓，提高電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行能力，同時(shí)還能降低單相接地故障時(shí)的接地電流，減小對(duì)設(shè)備的損害。但該系統(tǒng)在單相接地故障線路的選擇上存在一定困難，原有的選線理論具有較大缺陷，裝置的漏檢率和誤檢率較高，特別是在高阻接地時(shí)更為嚴(yán)重。2.1.3中性點(diǎn)經(jīng)高阻接地系統(tǒng)中性點(diǎn)經(jīng)高阻接地系統(tǒng)是在變壓器或發(fā)電機(jī)的中性點(diǎn)與大地之間接入一個(gè)高阻值的電阻器。其基本原理是通過(guò)接入高阻來(lái)限制接地故障時(shí)的故障電流，并通過(guò)接地變壓器或接地電阻器引入對(duì)地電容電流，以降低接地故障時(shí)的過(guò)電壓。這種接地方式既可以限制故障電流，減少電氣設(shè)備的損害，又可以降低因接地故障導(dǎo)致的系統(tǒng)穩(wěn)定性問(wèn)題。在電容電流小于10A的電網(wǎng)中，為限制暫態(tài)過(guò)電壓和實(shí)現(xiàn)單相接地故障準(zhǔn)確選線，中性點(diǎn)宜采用高阻接地。它可以抑制和阻尼間歇性弧光接地過(guò)電壓和多種諧振過(guò)電壓，使過(guò)電壓倍數(shù)降低到3.0p.u.以下，還可以利用零序有功分量方法實(shí)現(xiàn)單相接地故障準(zhǔn)確選線?！敬颂幉迦雸D5：中性點(diǎn)經(jīng)高阻接地系統(tǒng)示意圖】當(dāng)中性點(diǎn)經(jīng)高阻接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，假設(shè)A相接地，故障點(diǎn)的接地電流由非故障相的對(duì)地電容電流和通過(guò)高阻流入地中的電流組成。由于高阻的限流作用，故障電流被限制在較小范圍內(nèi)。從圖6所示的故障等效電路可以分析出，通過(guò)合理選擇高阻的阻值，可以使故障電流滿足系統(tǒng)的保護(hù)和運(yùn)行要求。然而，高阻抗接地也存在一些潛在問(wèn)題，由于故障電流被限制，故障點(diǎn)的過(guò)電流保護(hù)裝置可能會(huì)受到干擾，導(dǎo)致保護(hù)裝置無(wú)法正確識(shí)別故障，或者動(dòng)作不及時(shí)。此外，電阻器的選擇和配置也是一項(xiàng)技術(shù)挑戰(zhàn)，不當(dāng)?shù)膮?shù)設(shè)置可能導(dǎo)致接地電阻器損壞或無(wú)法達(dá)到預(yù)期的保護(hù)效果?！敬颂幉迦雸D6：中性點(diǎn)經(jīng)高阻接地系統(tǒng)A相接地故障等效電路圖】2.2單相接地故障的特征表現(xiàn)2.2.1穩(wěn)態(tài)特征在小電流接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，穩(wěn)態(tài)下的電氣量會(huì)發(fā)生一系列有規(guī)律的變化，這些變化呈現(xiàn)出明顯的特征差異，為故障分析和選線提供了重要依據(jù)。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，零序電壓會(huì)發(fā)生顯著變化。以中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)為例，假設(shè)A相發(fā)生金屬性接地故障，此時(shí)故障相（A相）的對(duì)地電壓降為零，即U_A=0。由于三相線電壓仍保持對(duì)稱，根據(jù)電壓向量關(guān)系，非故障相（B相和C相）的對(duì)地電壓會(huì)升高到線電壓，即U_{B}=U_{C}=\sqrt{3}U_{ph}。在這種情況下，零序電壓U_{0}等于故障前的相電壓，即U_{0}=U_{ph}。對(duì)于中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)，零序電壓的變化規(guī)律與中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)類似，但由于消弧線圈的補(bǔ)償作用，接地電流和零序電壓的大小會(huì)受到影響。在實(shí)際電網(wǎng)中，通過(guò)測(cè)量零序電壓的大小和變化，可以初步判斷是否發(fā)生了單相接地故障。零序電流在故障時(shí)也具有明顯的特征。在中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)中，故障線路的零序電流等于所有非故障線路的對(duì)地電容電流之和，方向由母線指向線路；而非故障線路的零序電流等于本線路的對(duì)地電容電流，方向由線路指向母線。例如，某條線路發(fā)生單相接地故障，該線路的零序電流會(huì)明顯增大，且方向與其他非故障線路不同。在中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)中，消弧線圈提供的感性電流會(huì)補(bǔ)償接地電容電流，使得故障線路的零序電流大小和方向發(fā)生改變。在過(guò)補(bǔ)償情況下，故障線路的零序電流為感性，方向與非故障線路相同，這增加了故障選線的難度。準(zhǔn)確測(cè)量和分析零序電流的幅值和相位，對(duì)于判斷故障線路至關(guān)重要。負(fù)序電流在小電流接地系統(tǒng)單相接地故障時(shí)也會(huì)出現(xiàn)。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生不對(duì)稱故障時(shí)，會(huì)產(chǎn)生負(fù)序分量。在單相接地故障中，由于故障的不對(duì)稱性，會(huì)出現(xiàn)一定的負(fù)序電流。負(fù)序電流的大小和系統(tǒng)的不對(duì)稱程度有關(guān)，一般來(lái)說(shuō)，故障點(diǎn)的過(guò)渡電阻越小，負(fù)序電流越大。在實(shí)際應(yīng)用中，可以利用負(fù)序電流的存在來(lái)輔助判斷故障的發(fā)生，但由于其幅值相對(duì)較小，單獨(dú)依靠負(fù)序電流進(jìn)行故障選線的可靠性較低。2.2.2暫態(tài)特征小電流接地系統(tǒng)單相接地故障發(fā)生瞬間，暫態(tài)電流、電壓會(huì)呈現(xiàn)出獨(dú)特的變化特性，這些特性對(duì)于深入理解故障過(guò)程和實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的故障選線具有重要意義。暫態(tài)首半波是故障暫態(tài)過(guò)程中的一個(gè)重要特征。在故障發(fā)生瞬間，由于系統(tǒng)的電磁暫態(tài)過(guò)程，會(huì)產(chǎn)生暫態(tài)電流和電壓。其中，暫態(tài)首半波具有明顯的特征。在中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)中，故障線路暫態(tài)首半波電流的方向與非故障線路相反，且幅值較大。這是因?yàn)楣收暇€路的暫態(tài)電容電流在首半波時(shí)與非故障線路的暫態(tài)電容電流疊加，導(dǎo)致方向相反。以圖7所示的中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)單相接地故障暫態(tài)等效電路為例，當(dāng)A相接地時(shí)，故障線路的暫態(tài)首半波電流i_{f1}和非故障線路的暫態(tài)首半波電流i_{f2}、i_{f3}方向相反。利用暫態(tài)首半波電流的這一特性，可以通過(guò)檢測(cè)電流方向來(lái)判斷故障線路?！敬颂幉迦雸D7：中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)單相接地故障暫態(tài)等效電路圖】暫態(tài)高頻分量也是故障暫態(tài)過(guò)程中的重要特性。故障發(fā)生時(shí)，系統(tǒng)中會(huì)產(chǎn)生高頻暫態(tài)電流和電壓分量。這些高頻分量的頻率主要與變壓器漏抗、電網(wǎng)對(duì)地電容和相間電容有關(guān)，頻率范圍通常在0.3-3kHz之間。在中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)中，雖然消弧線圈對(duì)基頻電流有補(bǔ)償作用，但對(duì)高頻暫態(tài)電流的影響較小。因此，高頻暫態(tài)電流仍能反映故障的特征。例如，通過(guò)對(duì)故障線路和非故障線路暫態(tài)高頻電流分量的分析，可以發(fā)現(xiàn)故障線路的高頻暫態(tài)電流幅值通常大于非故障線路。利用這一特性，可以采用高頻信號(hào)檢測(cè)技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)故障選線。故障發(fā)生瞬間，暫態(tài)電流和電壓的變化還與故障時(shí)刻的相位有關(guān)。當(dāng)單相接地故障發(fā)生在相電壓最大值附近時(shí)，暫態(tài)零序電流最大；發(fā)生在相電壓過(guò)零點(diǎn)附近時(shí)，暫態(tài)零序電流最小。這是因?yàn)樵谙嚯妷鹤畲笾蹈浇?，系統(tǒng)儲(chǔ)存的能量最大，故障瞬間釋放的能量也最大，從而導(dǎo)致暫態(tài)電流較大。而在相電壓過(guò)零點(diǎn)附近，系統(tǒng)儲(chǔ)存的能量較小，暫態(tài)電流也較小。在實(shí)際故障分析中，需要考慮故障時(shí)刻相位對(duì)暫態(tài)電流和電壓的影響，以提高故障選線的準(zhǔn)確性。三、常見(jiàn)選線方法分析3.1基于穩(wěn)態(tài)分量的選線方法3.1.1零序電流選線法零序電流選線法是一種較為基礎(chǔ)且應(yīng)用廣泛的小電流接地系統(tǒng)單相接地故障選線方法，其原理基于小電流接地系統(tǒng)在發(fā)生單相接地故障時(shí)，故障線路與非故障線路零序電流的大小差異。在中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)中，當(dāng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，故障線路的零序電流等于所有非故障線路的對(duì)地電容電流之和。以一個(gè)簡(jiǎn)單的小電流接地系統(tǒng)為例，假設(shè)有n條出線，正常運(yùn)行時(shí)，各線路的對(duì)地電容電流大小相等、相位互差120°，它們的向量和為零。當(dāng)某條線路發(fā)生單相接地故障時(shí)，故障線路的零序電流I_{0f}為：I_{0f}=\sum_{i=1}^{n-1}I_{0i}，其中I_{0i}為第i條非故障線路的零序電流。由于故障線路零序電流是其他非故障線路電容電流的總和，所以其幅值明顯大于非故障線路的零序電流。通過(guò)零序電流互感器獲取各線路的零序電流，然后對(duì)這些零序電流的大小進(jìn)行比較，即可選出零序電流最大的線路作為故障線路。然而，在實(shí)際應(yīng)用中，零序電流選線法存在一些局限性。系統(tǒng)運(yùn)行方式的變化會(huì)對(duì)零序電流的大小產(chǎn)生顯著影響。當(dāng)系統(tǒng)中有線路投入或退出運(yùn)行時(shí)，系統(tǒng)的總對(duì)地電容會(huì)發(fā)生改變，從而導(dǎo)致零序電流的分布發(fā)生變化。在一個(gè)包含多條出線的小電流接地系統(tǒng)中，若某條非故障線路因檢修而退出運(yùn)行，此時(shí)故障線路的零序電流不再是所有非故障線路對(duì)地電容電流之和，其大小會(huì)發(fā)生改變，這可能會(huì)影響到選線的準(zhǔn)確性。此外，過(guò)渡電阻的存在也是影響零序電流選線法準(zhǔn)確率的重要因素。當(dāng)故障點(diǎn)存在過(guò)渡電阻時(shí)，接地電流會(huì)減小，故障線路和非故障線路零序電流的差異也會(huì)減小。若過(guò)渡電阻較大，可能會(huì)使故障線路的零序電流與非故障線路的零序電流相差無(wú)幾，導(dǎo)致選線錯(cuò)誤。在中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)中，消弧線圈的補(bǔ)償作用會(huì)使故障線路的零序電流變得更小，進(jìn)一步增加了利用零序電流大小進(jìn)行選線的難度。由于這些因素的影響，零序電流選線法在實(shí)際復(fù)雜的電網(wǎng)運(yùn)行環(huán)境中，選線準(zhǔn)確率有待提高。3.1.2負(fù)序電流選線法負(fù)序電流選線法是依據(jù)小電流接地系統(tǒng)在發(fā)生單相接地故障時(shí)，負(fù)序電流的分布特征來(lái)實(shí)現(xiàn)故障選線的一種方法。在正常運(yùn)行狀態(tài)下，電力系統(tǒng)的三相電流是對(duì)稱的，不存在負(fù)序分量。但當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，由于故障的不對(duì)稱性，會(huì)產(chǎn)生負(fù)序電流。故障線路和非故障線路的負(fù)序電流大小和相位存在差異。以中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)為例，在發(fā)生單相接地故障時(shí)，故障線路的負(fù)序電流是由故障點(diǎn)的不對(duì)稱電壓產(chǎn)生的，其大小與故障點(diǎn)的過(guò)渡電阻、故障位置等因素有關(guān)。一般來(lái)說(shuō)，故障點(diǎn)的過(guò)渡電阻越小，負(fù)序電流越大。非故障線路的負(fù)序電流則是由于系統(tǒng)的電磁耦合等因素產(chǎn)生的，其幅值相對(duì)較小。通過(guò)負(fù)序電流互感器獲取各線路的負(fù)序電流，然后對(duì)這些負(fù)序電流的大小及相位關(guān)系進(jìn)行比較分析。當(dāng)檢測(cè)到某條線路的負(fù)序電流幅值較大，且與其他線路的負(fù)序電流相位存在明顯差異時(shí)，可判斷該線路為故障線路。負(fù)序電流選線法在一定程度上能夠提高選線的準(zhǔn)確率，但也存在一些局限。系統(tǒng)不對(duì)稱度對(duì)負(fù)序電流選線法的影響較大。在實(shí)際電力系統(tǒng)中，即使沒(méi)有發(fā)生故障，由于三相負(fù)荷不平衡、設(shè)備參數(shù)不對(duì)稱等原因，也可能會(huì)存在一定的負(fù)序電流。當(dāng)系統(tǒng)不對(duì)稱度較大時(shí)，正常運(yùn)行時(shí)的負(fù)序電流可能會(huì)與故障時(shí)的負(fù)序電流相互干擾，導(dǎo)致誤判。在一個(gè)三相負(fù)荷不平衡較為嚴(yán)重的小電流接地系統(tǒng)中，正常運(yùn)行時(shí)的負(fù)序電流已經(jīng)達(dá)到一定幅值，此時(shí)若發(fā)生單相接地故障，故障線路的負(fù)序電流與正常運(yùn)行時(shí)的負(fù)序電流差異不明顯，難以準(zhǔn)確判斷故障線路。此外，負(fù)序電流選線法的實(shí)現(xiàn)相對(duì)復(fù)雜。需要專門的負(fù)序電流互感器來(lái)獲取負(fù)序電流信號(hào)，并且對(duì)信號(hào)處理和分析的要求較高。在實(shí)際應(yīng)用中，需要對(duì)負(fù)序電流進(jìn)行精確的測(cè)量和計(jì)算，同時(shí)還需要考慮各種干擾因素的影響，這增加了裝置的成本和技術(shù)難度。由于這些原因，負(fù)序電流選線法在實(shí)際應(yīng)用中受到一定的限制。3.1.3諧波分量選線法諧波分量選線法是利用小電流接地系統(tǒng)在發(fā)生單相接地故障時(shí)，系統(tǒng)中產(chǎn)生的諧波分量特征來(lái)進(jìn)行故障選線的一種方法。在正常運(yùn)行情況下，電力系統(tǒng)中的電流主要為基波分量，諧波含量較小。但當(dāng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，由于故障點(diǎn)的電弧不穩(wěn)定、系統(tǒng)元件的非線性等因素，會(huì)產(chǎn)生高次諧波電流。其中，5次諧波分量較為突出。在中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)中，消弧線圈對(duì)5次諧波呈現(xiàn)的感抗為基波的5倍，而線路容抗為基波的1/5，和線路容抗相比，消弧線圈近似于開(kāi)路狀態(tài)。因此，5次諧波感性電流可以忽略，系統(tǒng)單相接地時(shí)，5次諧波容性電流分布與中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)中基波容性電流幾乎相同。利用這一特性，通過(guò)檢測(cè)和分析各線路5次諧波分量的大小及相位關(guān)系來(lái)實(shí)現(xiàn)故障選線。通過(guò)諧波檢測(cè)裝置獲取各線路的5次諧波分量，然后對(duì)這些諧波分量進(jìn)行處理和分析。當(dāng)某條線路的5次諧波電流幅值明顯大于其他線路，且相位關(guān)系符合故障特征時(shí)，可判斷該線路為故障線路。諧波分量選線法對(duì)于諧波含量較大的系統(tǒng)具有較高的選線準(zhǔn)確率。在一些工業(yè)用電場(chǎng)所，由于大量非線性負(fù)荷的存在，系統(tǒng)本身的諧波含量較高，當(dāng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，諧波分量的變化更加明顯，這種情況下諧波分量選線法能夠發(fā)揮較好的作用。然而，該方法也存在一些問(wèn)題。對(duì)于諧波含量較小的系統(tǒng)，諧波分量選線法可能會(huì)失效。在一些負(fù)荷較為穩(wěn)定、諧波含量低的系統(tǒng)中，故障時(shí)產(chǎn)生的諧波分量較小，難以與正常運(yùn)行時(shí)的微小諧波波動(dòng)區(qū)分開(kāi)來(lái)，從而無(wú)法準(zhǔn)確判斷故障線路。此外，諧波檢測(cè)裝置的價(jià)格較高，增加了實(shí)現(xiàn)成本。為了準(zhǔn)確檢測(cè)諧波分量，需要采用高精度的諧波檢測(cè)裝置，這些裝置的研發(fā)和生產(chǎn)成本較高，使得諧波分量選線法在實(shí)際應(yīng)用中受到一定的經(jīng)濟(jì)限制。3.2基于暫態(tài)分量的選線方法3.2.1首半波法首半波法是一種利用小電流接地系統(tǒng)單相接地故障暫態(tài)過(guò)程中首半波特征進(jìn)行故障選線的方法。其原理基于接地故障通常發(fā)生在相電壓接近最大值瞬間這一假設(shè)，在故障發(fā)生后的第一個(gè)半波，故障線路暫態(tài)零序電流與非故障線路具有相反的特點(diǎn)。以中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)為例，當(dāng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，故障線路的暫態(tài)電容電流在首半波時(shí)與非故障線路的暫態(tài)電容電流疊加，導(dǎo)致方向相反。具體來(lái)說(shuō)，故障線路暫態(tài)首半波電流的方向是由母線指向線路，而非故障線路暫態(tài)首半波電流的方向是由線路指向母線。通過(guò)檢測(cè)各線路暫態(tài)首半波零序電流的方向，即可選出故障線路。在實(shí)際應(yīng)用中，可以利用零序電流互感器獲取各線路的暫態(tài)零序電流信號(hào)，然后通過(guò)比較這些信號(hào)的方向來(lái)判斷故障線路。然而，首半波法在實(shí)際應(yīng)用中存在一定的局限性。接地電阻對(duì)首半波法的選線準(zhǔn)確性有較大影響。當(dāng)接地電阻較大時(shí)，故障線路的暫態(tài)零序電流幅值會(huì)減小，使得故障線路與非故障線路暫態(tài)零序電流方向的差異變得不明顯，從而增加了判斷故障線路的難度。在某小電流接地系統(tǒng)中，當(dāng)接地電阻增大到一定程度時(shí)，故障線路的暫態(tài)首半波電流幅值與非故障線路接近，方向判斷出現(xiàn)困難，導(dǎo)致選線錯(cuò)誤。系統(tǒng)阻尼也會(huì)對(duì)首半波法產(chǎn)生影響。系統(tǒng)阻尼較大時(shí)，暫態(tài)過(guò)程衰減較快，首半波的特征可能會(huì)被削弱，影響選線的準(zhǔn)確性。中性點(diǎn)接地方式的不同也會(huì)使首半波法的適用情況發(fā)生變化。在中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)中，由于消弧線圈的補(bǔ)償作用，暫態(tài)電感電流的存在會(huì)改變暫態(tài)零序電流的特性，使得首半波法的選線判據(jù)不再完全適用。由于這些因素的影響，首半波法的選線準(zhǔn)確性有待進(jìn)一步提高。3.2.2小波分析法小波分析法是一種利用小波變換對(duì)小電流接地系統(tǒng)單相接地故障暫態(tài)信號(hào)進(jìn)行分析，從而實(shí)現(xiàn)故障選線的方法。其原理基于小波變換的多尺度分析特性，能夠?qū)π盘?hào)進(jìn)行不同尺度的分解，從而有效地提取故障暫態(tài)信號(hào)中的特征量。小波變換是一種時(shí)頻分析方法，它通過(guò)伸縮和平移等運(yùn)算功能對(duì)函數(shù)或信號(hào)進(jìn)行多尺度細(xì)化分析。在小電流接地系統(tǒng)單相接地故障時(shí)，暫態(tài)零序電流和零序電壓信號(hào)中包含了豐富的故障信息。通過(guò)對(duì)母線零序電壓和各條線路的零序電流進(jìn)行小波變換，可以得到不同尺度下的小波系數(shù)。這些小波系數(shù)能夠反映出信號(hào)在不同頻率段的特征。在故障線路和非故障線路的小波系數(shù)中，存在著明顯的差異。故障線路的小波系數(shù)在某些尺度下會(huì)呈現(xiàn)出與非故障線路不同的幅值和相位特征。通過(guò)比較各線路的小波系數(shù)，可以確定故障線路。在實(shí)際應(yīng)用中，可以利用小波變換算法對(duì)采集到的零序電流和電壓信號(hào)進(jìn)行處理，然后根據(jù)小波系數(shù)的差異來(lái)判斷故障線路。小波分析法具有能夠準(zhǔn)確提取故障特征的優(yōu)點(diǎn)，受接地電阻和系統(tǒng)阻尼影響較小。在不同接地電阻和系統(tǒng)阻尼條件下，小波分析法都能夠有效地提取故障信號(hào)的特征，從而準(zhǔn)確地判斷故障線路。然而，該方法也存在一些不足之處。小波分析法的計(jì)算量較大，對(duì)硬件設(shè)備的性能要求較高。在對(duì)大量的零序電流和電壓信號(hào)進(jìn)行小波變換時(shí)，需要進(jìn)行復(fù)雜的數(shù)學(xué)運(yùn)算，這會(huì)消耗大量的計(jì)算資源和時(shí)間。小波分析法的實(shí)時(shí)性有待提高。由于計(jì)算量較大，從小波變換到故障判斷的過(guò)程可能會(huì)存在一定的時(shí)間延遲，這在一些對(duì)實(shí)時(shí)性要求較高的場(chǎng)合可能無(wú)法滿足需求。在實(shí)際應(yīng)用中，需要進(jìn)一步優(yōu)化小波變換算法，提高計(jì)算效率，以提升小波分析法的實(shí)時(shí)性和實(shí)用性。3.2.3神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法是一種利用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型對(duì)小電流接地系統(tǒng)單相接地故障暫態(tài)特征量進(jìn)行分析，從而實(shí)現(xiàn)故障選線的方法。其原理是構(gòu)建神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，將母線和各條線路的暫態(tài)零序電流、電壓等特征量作為輸入，通過(guò)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的學(xué)習(xí)和訓(xùn)練，輸出各線路的故障概率，進(jìn)而選出故障線路。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有強(qiáng)大的非線性映射能力，能夠自適應(yīng)處理各種復(fù)雜情況。在小電流接地系統(tǒng)中，故障特征與故障線路之間存在著復(fù)雜的非線性關(guān)系。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)通過(guò)對(duì)大量故障樣本數(shù)據(jù)的學(xué)習(xí)，能夠自動(dòng)提取出故障特征與故障線路之間的內(nèi)在聯(lián)系。在訓(xùn)練過(guò)程中，將已知故障線路的暫態(tài)特征量作為輸入，對(duì)應(yīng)的故障線路信息作為輸出，通過(guò)不斷調(diào)整神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的權(quán)重和閾值，使得神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)能夠準(zhǔn)確地根據(jù)輸入的暫態(tài)特征量判斷出故障線路。在實(shí)際應(yīng)用中，當(dāng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，將實(shí)時(shí)采集到的暫態(tài)特征量輸入到訓(xùn)練好的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型中，模型即可輸出各線路的故障概率，概率最大的線路即為故障線路。盡管神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法具有強(qiáng)大的自適應(yīng)能力，但也存在一些缺點(diǎn)。訓(xùn)練時(shí)間較長(zhǎng)是神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法的一個(gè)顯著問(wèn)題。為了使神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)能夠準(zhǔn)確地學(xué)習(xí)到故障特征與故障線路之間的關(guān)系，需要使用大量的樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行訓(xùn)練，這個(gè)過(guò)程通常需要花費(fèi)較長(zhǎng)的時(shí)間。對(duì)樣本數(shù)據(jù)的要求較高也是神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法的一個(gè)局限性。樣本數(shù)據(jù)的質(zhì)量和數(shù)量直接影響著神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的性能。如果樣本數(shù)據(jù)不全面、不準(zhǔn)確，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可能無(wú)法學(xué)習(xí)到準(zhǔn)確的故障特征，從而導(dǎo)致選線錯(cuò)誤。在實(shí)際應(yīng)用中，獲取大量高質(zhì)量的故障樣本數(shù)據(jù)往往比較困難，這也限制了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法的應(yīng)用。此外，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的可解釋性較差，難以直觀地理解其判斷故障線路的依據(jù)，這在一定程度上也影響了其在實(shí)際工程中的應(yīng)用。3.3基于信號(hào)注入的選線方法3.3.1S注入法S注入法是一種在小電流接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，通過(guò)向系統(tǒng)注入特殊電流信號(hào)來(lái)實(shí)現(xiàn)故障選線的方法。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，接地相電壓互感器的原邊被短接，暫時(shí)處于不工作狀態(tài)。利用這一狀態(tài)，人為地向系統(tǒng)注入一個(gè)特殊信號(hào)電流。該信號(hào)電流具有不同于系統(tǒng)中任何一種固有信號(hào)的特征，其頻率一般為220Hz，與系統(tǒng)的工頻（50Hz）有明顯區(qū)別。通過(guò)信號(hào)電流探測(cè)器，檢測(cè)該信號(hào)電流的通路，從而確定故障線路。注入的信號(hào)電流僅在接地線路的接地相中流動(dòng)，并經(jīng)接地點(diǎn)入地。利用一種只反映注入信號(hào)而不反映工頻及其諧波成分的信號(hào)電流探測(cè)器，對(duì)注入電流進(jìn)行尋蹤，就可實(shí)現(xiàn)單相接地故障選線。在實(shí)際應(yīng)用中，通過(guò)安裝在各線路上的信號(hào)電流探測(cè)器，檢測(cè)是否有注入信號(hào)電流流過(guò)，若某條線路檢測(cè)到注入信號(hào)電流，則可判斷該線路為故障線路。S注入法與阻抗法有一定的相似之處，它們都需要向系統(tǒng)注入信號(hào)。阻抗法是通過(guò)注入信號(hào)，利用故障線路和非故障線路對(duì)注入信號(hào)呈現(xiàn)的阻抗差異來(lái)判斷故障線路。而S注入法主要是檢測(cè)注入信號(hào)電流的通路，只要檢測(cè)到注入信號(hào)電流，就可確定該線路為故障線路。在應(yīng)用方面，S注入法在一些復(fù)雜的小電流接地系統(tǒng)中得到了應(yīng)用，它不受系統(tǒng)運(yùn)行方式、接地電阻等因素的影響，具有較高的可靠性。但該方法也存在一些問(wèn)題，在高阻接地時(shí)，注入信號(hào)電流可能會(huì)很微弱，導(dǎo)致信號(hào)檢測(cè)困難，容易出現(xiàn)誤判。此外，該方法需要專門的信號(hào)注入裝置和信號(hào)電流探測(cè)器，增加了設(shè)備成本和系統(tǒng)的復(fù)雜性。3.3.2注入信號(hào)尋跡法注入信號(hào)尋跡法是在小電流接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，通過(guò)在母線TV二次側(cè)注入異頻電流信號(hào)來(lái)實(shí)現(xiàn)故障選線的一種方法。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障后，利用母線TV二次側(cè)注入異頻電流信號(hào)。該異頻電流信號(hào)的頻率一般選擇為70Hz，與系統(tǒng)的工頻50Hz不同。通過(guò)專用探頭檢測(cè)該異頻電流信號(hào)在各線路中的流通情況。由于故障線路與非故障線路的電氣特性不同，異頻電流信號(hào)在故障線路中的流通路徑和幅值等特征與非故障線路存在差異。在實(shí)際操作中，檢測(cè)人員手持專用探頭，沿著線路逐段檢測(cè)。當(dāng)檢測(cè)到某條線路上的異頻電流信號(hào)幅值較大且符合故障特征時(shí)，即可判斷該線路為故障線路。注入信號(hào)尋跡法在一些實(shí)際的小電流接地系統(tǒng)中得到了應(yīng)用。它具有檢測(cè)直觀、操作相對(duì)簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)。檢測(cè)人員可以直接通過(guò)專用探頭檢測(cè)信號(hào)，不需要復(fù)雜的信號(hào)處理和分析設(shè)備。但該方法也存在一定的局限性。檢測(cè)效率相對(duì)較低，需要檢測(cè)人員沿著線路逐段檢測(cè)，耗費(fèi)時(shí)間和人力。對(duì)于一些較長(zhǎng)的線路或者復(fù)雜的線路布局，檢測(cè)難度較大。此外，專用探頭的檢測(cè)精度和可靠性也會(huì)影響選線的準(zhǔn)確性。如果探頭的靈敏度不夠，可能會(huì)漏檢故障線路；如果探頭受到外界干擾，可能會(huì)出現(xiàn)誤判。3.4其他選線方法3.4.1阻抗法阻抗法是一種基于輸電線均勻假設(shè)的小電流接地系統(tǒng)單相接地故障選線方法，其原理是通過(guò)計(jì)算故障回路的阻抗或電抗來(lái)實(shí)現(xiàn)故障選線。在小電流接地系統(tǒng)中，當(dāng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，故障線路的阻抗會(huì)發(fā)生變化。假設(shè)輸電線是均勻的，根據(jù)故障點(diǎn)到測(cè)量點(diǎn)之間的阻抗與線路長(zhǎng)度成正比的關(guān)系，可以通過(guò)測(cè)量故障回路的阻抗來(lái)確定故障點(diǎn)的位置，進(jìn)而選出故障線路。以中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)為例，當(dāng)某條線路發(fā)生單相接地故障時(shí)，利用線路的電壓、電流等電氣量，通過(guò)相關(guān)公式計(jì)算出故障回路的阻抗。若已知線路單位長(zhǎng)度的阻抗值，就可以根據(jù)計(jì)算得到的阻抗值推算出故障點(diǎn)到測(cè)量點(diǎn)的距離，從而判斷出故障線路。然而，在實(shí)際應(yīng)用中，阻抗法存在一些問(wèn)題。線路參數(shù)的變化對(duì)阻抗法的影響較大。在實(shí)際電力系統(tǒng)中，線路的參數(shù)會(huì)隨著環(huán)境溫度、濕度、線路老化等因素而發(fā)生變化。當(dāng)環(huán)境溫度升高時(shí)，線路的電阻會(huì)增大，這會(huì)導(dǎo)致計(jì)算出的故障回路阻抗與實(shí)際值存在偏差，從而影響故障選線的準(zhǔn)確性。在一些高壓輸電線路中，由于線路較長(zhǎng)，線路參數(shù)的變化更加明顯，阻抗法的測(cè)距誤差也會(huì)更大。過(guò)渡電阻的存在也是影響阻抗法準(zhǔn)確性的重要因素。當(dāng)故障點(diǎn)存在過(guò)渡電阻時(shí)，過(guò)渡電阻會(huì)與線路阻抗串聯(lián)，使得測(cè)量得到的阻抗值包含了過(guò)渡電阻的影響。若過(guò)渡電阻較大，會(huì)導(dǎo)致計(jì)算出的故障點(diǎn)距離偏差較大，甚至可能出現(xiàn)誤判。此外，系統(tǒng)運(yùn)行方式的改變也會(huì)對(duì)阻抗法產(chǎn)生影響。當(dāng)系統(tǒng)中有線路投入或退出運(yùn)行時(shí)，系統(tǒng)的阻抗分布會(huì)發(fā)生變化，這會(huì)影響到故障回路阻抗的計(jì)算，進(jìn)而影響故障選線的準(zhǔn)確性。由于這些因素的影響，阻抗法在實(shí)際應(yīng)用中的測(cè)距誤差較大，選線準(zhǔn)確性有待提高。3.4.2區(qū)段查找法區(qū)段查找法是一種通過(guò)饋線終端檢測(cè)各段開(kāi)關(guān)電氣量來(lái)判斷故障區(qū)段，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)小電流接地系統(tǒng)單相接地故障選線的方法。在小電流接地系統(tǒng)中，當(dāng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，故障線路的電氣量會(huì)發(fā)生變化。利用安裝在各段線路開(kāi)關(guān)處的饋線終端，實(shí)時(shí)檢測(cè)各段開(kāi)關(guān)的零序電流、零序電壓等電氣量。通過(guò)對(duì)這些電氣量的分析和比較，判斷故障發(fā)生在哪一個(gè)區(qū)段。在一個(gè)具有多個(gè)分段開(kāi)關(guān)的小電流接地系統(tǒng)中，當(dāng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，通過(guò)檢測(cè)各分段開(kāi)關(guān)處的零序電流大小和方向，若某一段開(kāi)關(guān)的零序電流明顯大于其他段，且方向符合故障特征，則可判斷故障發(fā)生在該段線路。當(dāng)確定了故障區(qū)段后，就可以進(jìn)一步確定故障線路。區(qū)段查找法在故障選線中具有一定的作用。它能夠快速地定位故障區(qū)段，縮小故障查找范圍，提高故障處理效率。在一些復(fù)雜的配電網(wǎng)中，通過(guò)區(qū)段查找法可以迅速確定故障所在的大致區(qū)域，減少了盲目排查的工作量。然而，該方法也存在一些局限性。對(duì)于一些復(fù)雜的故障情況，如多點(diǎn)接地故障或故障區(qū)段電氣量變化不明顯時(shí)，區(qū)段查找法可能會(huì)出現(xiàn)誤判或漏判。在多點(diǎn)接地故障中，各段開(kāi)關(guān)的電氣量變化可能較為復(fù)雜，難以準(zhǔn)確判斷故障區(qū)段。此外，饋線終端的可靠性和準(zhǔn)確性也會(huì)影響區(qū)段查找法的效果。如果饋線終端出現(xiàn)故障或測(cè)量誤差較大，可能會(huì)導(dǎo)致錯(cuò)誤的故障判斷。在實(shí)際應(yīng)用中，需要結(jié)合其他選線方法，提高故障選線的可靠性。3.4.3行波法行波法是一種利用故障點(diǎn)產(chǎn)生向線路兩側(cè)傳播的故障行波來(lái)實(shí)現(xiàn)小電流接地系統(tǒng)單相接地故障選線的方法。當(dāng)小電流接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，故障點(diǎn)會(huì)產(chǎn)生暫態(tài)行波，這些行波以接近光速的速度向線路兩側(cè)傳播。故障行波包含了豐富的故障信息，如故障點(diǎn)的位置、故障類型等。通過(guò)安裝在線路兩端的行波傳感器，檢測(cè)故障行波的到達(dá)時(shí)間、波形等特征。根據(jù)故障行波在不同線路上傳播的時(shí)間差和波形差異，可以判斷出故障線路。在一個(gè)具有多條出線的小電流接地系統(tǒng)中，當(dāng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，各條出線的行波傳感器會(huì)檢測(cè)到故障行波。通過(guò)比較各線路行波傳感器檢測(cè)到故障行波的時(shí)間先后順序和波形特征，若某條線路的行波到達(dá)時(shí)間與其他線路不同，且波形符合故障行波的特征，則可判斷該線路為故障線路。行波法在輸電和配電線路中的適用性有所不同。在輸電線路中，由于線路長(zhǎng)度較長(zhǎng)，行波傳播過(guò)程中的衰減和畸變相對(duì)較小，行波法能夠較為準(zhǔn)確地檢測(cè)故障行波，實(shí)現(xiàn)故障選線。一些超高壓輸電線路采用行波法進(jìn)行故障選線，取得了較好的效果。然而，在配電線路中，由于線路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，分支線路較多，行波在傳播過(guò)程中會(huì)發(fā)生多次折射和反射，導(dǎo)致行波的波形和到達(dá)時(shí)間變得復(fù)雜，增加了故障選線的難度。在一些城市配電網(wǎng)中，由于線路分支多、負(fù)荷變化大，行波法的應(yīng)用受到一定限制。此外，行波傳感器的安裝和維護(hù)成本較高，對(duì)信號(hào)處理技術(shù)的要求也較高，這在一定程度上也影響了行波法的廣泛應(yīng)用。四、新型及復(fù)合選線方法探討4.1智能選線方法4.1.1模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法是一種將模糊理論與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合的新型小電流接地系統(tǒng)單相接地故障選線方法，旨在改進(jìn)傳統(tǒng)選線方法的不足，提高選線的準(zhǔn)確率和可靠性。該方法的原理基于模糊理論能夠處理不確定性和模糊性信息的特點(diǎn)，以及神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)強(qiáng)大的自學(xué)習(xí)和自適應(yīng)能力。在小電流接地系統(tǒng)中，故障特征量往往受到多種因素的影響，呈現(xiàn)出不確定性和模糊性。例如，故障線路的零序電流幅值和相位會(huì)受到系統(tǒng)運(yùn)行方式、過(guò)渡電阻、消弧線圈補(bǔ)償度等因素的影響，導(dǎo)致傳統(tǒng)的基于閾值判斷的選線方法準(zhǔn)確率不高。模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法通過(guò)模糊化處理，將這些具有不確定性的故障特征量轉(zhuǎn)化為模糊語(yǔ)言變量，如“大”“中”“小”等。然后，利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)這些模糊語(yǔ)言變量進(jìn)行學(xué)習(xí)和處理，建立故障特征與故障線路之間的映射關(guān)系。以某實(shí)際小電流接地系統(tǒng)為例，該系統(tǒng)包含多條出線，經(jīng)常發(fā)生單相接地故障。在采用模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法之前，使用傳統(tǒng)的零序電流比幅法進(jìn)行選線，在系統(tǒng)運(yùn)行方式變化或存在過(guò)渡電阻時(shí)，選線準(zhǔn)確率僅為60%-70%。采用模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法后，首先提取故障線路和非故障線路的零序電流幅值、相位以及零序功率等特征量。將這些特征量進(jìn)行模糊化處理，如將零序電流幅值分為“很小”“小”“中等”“大”“很大”五個(gè)模糊等級(jí)。然后，將模糊化后的特征量輸入到神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行訓(xùn)練。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)通過(guò)調(diào)整權(quán)重和閾值，不斷學(xué)習(xí)故障特征與故障線路之間的關(guān)系。經(jīng)過(guò)大量的樣本訓(xùn)練后，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，將實(shí)時(shí)采集到的故障特征量進(jìn)行模糊化處理后輸入到訓(xùn)練好的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)輸出各線路的故障概率。根據(jù)故障概率的大小，選擇故障概率最大的線路作為故障線路。實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)表明，采用模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法后，該系統(tǒng)的選線準(zhǔn)確率提高到了85%-95%，大大提高了選線的準(zhǔn)確性。通過(guò)模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法，能夠有效處理故障特征量的不確定性，提高小電流接地系統(tǒng)單相接地故障選線的準(zhǔn)確率。4.1.2深度學(xué)習(xí)選線法深度學(xué)習(xí)選線法是近年來(lái)隨著深度學(xué)習(xí)技術(shù)的快速發(fā)展而興起的一種新型小電流接地系統(tǒng)單相接地故障選線方法。該方法基于深度學(xué)習(xí)算法構(gòu)建選線模型，通過(guò)對(duì)大量故障數(shù)據(jù)的學(xué)習(xí)和訓(xùn)練，自動(dòng)提取故障特征，實(shí)現(xiàn)故障線路的準(zhǔn)確判斷。深度學(xué)習(xí)算法具有強(qiáng)大的自動(dòng)特征提取能力和非線性映射能力，能夠處理復(fù)雜的故障特征。在小電流接地系統(tǒng)中，故障時(shí)的電氣量特征非常復(fù)雜，傳統(tǒng)的選線方法往往難以準(zhǔn)確提取和利用這些特征。深度學(xué)習(xí)選線法利用卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（CNN）、循環(huán)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（RNN）等深度學(xué)習(xí)模型，對(duì)故障時(shí)的零序電流、零序電壓等電氣量信號(hào)進(jìn)行處理。以卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)為例，它通過(guò)卷積層、池化層和全連接層等結(jié)構(gòu)，對(duì)輸入的電氣量信號(hào)進(jìn)行逐層特征提取。卷積層中的卷積核可以自動(dòng)學(xué)習(xí)信號(hào)中的局部特征，池化層則用于對(duì)特征進(jìn)行降維，減少計(jì)算量。經(jīng)過(guò)多層的特征提取和處理，全連接層將最終的特征映射到故障線路的分類結(jié)果上。在處理復(fù)雜故障特征時(shí)，深度學(xué)習(xí)選線法具有顯著的優(yōu)勢(shì)。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生高阻接地故障時(shí)，傳統(tǒng)選線方法由于故障電流微弱，難以準(zhǔn)確判斷故障線路。而深度學(xué)習(xí)選線法通過(guò)對(duì)大量高阻接地故障樣本的學(xué)習(xí)，能夠自動(dòng)提取出高阻接地故障時(shí)電氣量信號(hào)中的微弱特征，從而準(zhǔn)確判斷故障線路。在處理不同故障位置、不同過(guò)渡電阻以及不同系統(tǒng)運(yùn)行方式下的故障時(shí)，深度學(xué)習(xí)選線法也能夠通過(guò)學(xué)習(xí)不同情況下的故障特征，實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確選線。通過(guò)對(duì)大量實(shí)際故障數(shù)據(jù)的分析和驗(yàn)證，深度學(xué)習(xí)選線法在復(fù)雜故障情況下的選線準(zhǔn)確率能夠達(dá)到90%以上，相比傳統(tǒng)選線方法有了顯著提高。深度學(xué)習(xí)選線法為小電流接地系統(tǒng)單相接地故障選線提供了一種新的有效途徑，具有廣闊的應(yīng)用前景。4.2融合技術(shù)選線方法4.2.1穩(wěn)態(tài)與暫態(tài)融合穩(wěn)態(tài)與暫態(tài)融合的選線方法旨在充分利用小電流接地系統(tǒng)在單相接地故障時(shí)穩(wěn)態(tài)和暫態(tài)電氣量的特征，克服單一穩(wěn)態(tài)或暫態(tài)選線方法的局限性，提高選線的準(zhǔn)確率。其基本原理是將穩(wěn)態(tài)選線方法和暫態(tài)選線方法相結(jié)合，綜合考慮兩種狀態(tài)下的故障特征。在穩(wěn)態(tài)方面，故障線路和非故障線路的零序電流、零序電壓等電氣量具有一定的幅值和相位差異，例如零序電流比幅法利用故障線路零序電流大于非故障線路的特點(diǎn)進(jìn)行選線；在暫態(tài)方面，故障發(fā)生瞬間的暫態(tài)電流、電壓變化迅速，包含豐富的故障信息，像首半波法依據(jù)故障線路和非故障線路暫態(tài)首半波電流方向相反的特性來(lái)判斷故障線路。通過(guò)將這些穩(wěn)態(tài)和暫態(tài)特征進(jìn)行融合分析，可以更全面地反映故障線路的特性，提高選線的準(zhǔn)確性。為了驗(yàn)證穩(wěn)態(tài)與暫態(tài)融合選線方法的效果，進(jìn)行了相關(guān)實(shí)驗(yàn)。在一個(gè)包含多條出線的小電流接地系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上，模擬了不同類型的單相接地故障，包括金屬性接地、經(jīng)不同阻值過(guò)渡電阻接地等。分別采用單獨(dú)的穩(wěn)態(tài)選線方法（如零序電流比幅法）、暫態(tài)選線方法（如首半波法）以及穩(wěn)態(tài)與暫態(tài)融合選線方法進(jìn)行故障選線測(cè)試。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，單獨(dú)的穩(wěn)態(tài)選線方法在系統(tǒng)運(yùn)行方式變化或存在較大過(guò)渡電阻時(shí)，選線準(zhǔn)確率較低，僅為60%-70%；單獨(dú)的暫態(tài)選線方法在接地電阻較大或系統(tǒng)阻尼較大時(shí)，選線準(zhǔn)確率也有所下降，約為70%-80%。而采用穩(wěn)態(tài)與暫態(tài)融合選線方法后，選線準(zhǔn)確率得到了顯著提高，在各種故障情況下，選線準(zhǔn)確率均能達(dá)到85%以上。這是因?yàn)槿诤戏椒ǔ浞掷昧朔€(wěn)態(tài)和暫態(tài)的故障特征，相互補(bǔ)充，減少了單一方法的局限性。然而，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)態(tài)與暫態(tài)融合選線方法也面臨一些難度。信號(hào)采集與同步是一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題。穩(wěn)態(tài)和暫態(tài)電氣量的變化特性不同，需要高精度的傳感器和同步采集設(shè)備來(lái)準(zhǔn)確獲取這些信號(hào)。在實(shí)際電網(wǎng)中，由于電磁干擾等因素，信號(hào)采集的準(zhǔn)確性和同步性難以保證，這會(huì)影響融合選線的效果。數(shù)據(jù)處理和分析的復(fù)雜性增加。融合兩種狀態(tài)的特征需要對(duì)大量的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析，計(jì)算量較大，對(duì)硬件設(shè)備的性能要求較高。在實(shí)時(shí)性要求較高的情況下，如何快速有效地處理這些數(shù)據(jù)是一個(gè)挑戰(zhàn)。此外，融合算法的設(shè)計(jì)也需要深入研究，如何合理地融合穩(wěn)態(tài)和暫態(tài)特征，確定各特征的權(quán)重，以達(dá)到最佳的選線效果，是需要進(jìn)一步解決的問(wèn)題。4.2.2多信息融合多信息融合選線方法是一種將多種電氣量信息以及不同選線方法結(jié)果進(jìn)行融合的技術(shù)，旨在通過(guò)綜合利用各種信息，提高小電流接地系統(tǒng)單相接地故障選線的準(zhǔn)確性和可靠性。其原理主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面：一是融合多種電氣量信息，在小電流接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，故障線路和非故障線路的零序電流、零序電壓、負(fù)序電流、諧波電流等電氣量都會(huì)發(fā)生變化，每種電氣量都包含一定的故障特征。通過(guò)同時(shí)采集和分析這些多種電氣量信息，可以更全面地了解故障情況，提高選線的準(zhǔn)確性。將零序電流的幅值和相位信息與諧波電流的特征相結(jié)合，能夠更準(zhǔn)確地判斷故障線路。二是融合不同選線方法的結(jié)果，不同的選線方法基于不同的故障特征和原理，各有其優(yōu)勢(shì)和局限性。例如，零序電流比幅法在系統(tǒng)運(yùn)行方式穩(wěn)定且過(guò)渡電阻較小時(shí)具有較高的準(zhǔn)確性，但在系統(tǒng)運(yùn)行方式變化或過(guò)渡電阻較大時(shí)效果不佳；而小波分析法對(duì)暫態(tài)信號(hào)的特征提取能力較強(qiáng)，但計(jì)算復(fù)雜。通過(guò)融合多種選線方法的結(jié)果，可以相互補(bǔ)充，提高選線的可靠性。在實(shí)際應(yīng)用中，多信息融合選線方法具有顯著的優(yōu)勢(shì)。它能夠提高選線的準(zhǔn)確性和可靠性。由于綜合考慮了多種電氣量信息和不同選線方法的結(jié)果，減少了單一信息或方法的局限性，從而更準(zhǔn)確地判斷故障線路。在一個(gè)復(fù)雜的小電流接地系統(tǒng)中，當(dāng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，單一的零序電流比幅法可能因?yàn)橄到y(tǒng)運(yùn)行方式的變化而誤判，但通過(guò)融合小波分析法和零序電流比幅法的結(jié)果，能夠準(zhǔn)確地選出故障線路。多信息融合選線方法具有較強(qiáng)的適應(yīng)性。它可以適應(yīng)不同的故障類型、接地電阻以及系統(tǒng)運(yùn)行方式等復(fù)雜情況。不同的故障條件下，各種電氣量信息和選線方法的表現(xiàn)不同，通過(guò)融合可以充分利用各種信息，提高選線的適應(yīng)性。然而，該方法也面臨一些挑戰(zhàn)。信息的準(zhǔn)確性和可靠性是關(guān)鍵問(wèn)題。如果采集的電氣量信息不準(zhǔn)確或存在干擾，或者不同選線方法的結(jié)果不可靠，那么融合后的結(jié)果也會(huì)受到影響。在實(shí)際電網(wǎng)中，電磁干擾、測(cè)量誤差等因素可能導(dǎo)致信息不準(zhǔn)確，需要采取有效的抗干擾和數(shù)據(jù)處理措施。融合算法的設(shè)計(jì)也較為復(fù)雜。如何合理地融合多種信息和選線方法的結(jié)果，確定各信息和方法的權(quán)重，以達(dá)到最佳的選線效果，是需要深入研究的問(wèn)題。此外，多信息融合選線方法對(duì)硬件設(shè)備和軟件系統(tǒng)的要求較高，需要具備強(qiáng)大的數(shù)據(jù)采集、處理和分析能力。五、案例分析與仿真驗(yàn)證5.1實(shí)際案例分析5.1.1案例背景介紹選取某城市的10kV配電網(wǎng)作為實(shí)際案例研究對(duì)象。該配電網(wǎng)采用中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地的小電流接地系統(tǒng)，包含多條出線，主要為城市居民和小型商業(yè)用戶供電。其系統(tǒng)參數(shù)如下：母線額定電壓為10kV，線路長(zhǎng)度在2-8km不等，導(dǎo)線型號(hào)為L(zhǎng)GJ-150/25，線路單位長(zhǎng)度電阻r_1=0.21\Omega/km，單位長(zhǎng)度電感l(wèi)_1=1.31mH/km，單位長(zhǎng)度電容c_1=0.0098\muF/km。消弧線圈采用過(guò)補(bǔ)償方式，補(bǔ)償度設(shè)置為10%。系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，各線路負(fù)荷相對(duì)穩(wěn)定，三相負(fù)荷基本平衡。在某一工作日的上午10時(shí)左右，該配電網(wǎng)發(fā)生了單相接地故障。故障發(fā)生后，變電站的監(jiān)控系統(tǒng)立即檢測(cè)到零序電壓升高，發(fā)出了單相接地故障報(bào)警信號(hào)。此時(shí)，系統(tǒng)需要快速準(zhǔn)確地選出故障線路，以保障電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。5.1.2故障選線過(guò)程分析故障發(fā)生后，運(yùn)維人員首先采用零序電流比幅法進(jìn)行故障選線。通過(guò)安裝在各線路上的零序電流互感器獲取零序電流數(shù)據(jù)。然而，由于消弧線圈的補(bǔ)償作用，故障線路的零序電流與非故障線路的零序電流幅值差異并不明顯，僅依靠零序電流比幅法無(wú)法準(zhǔn)確判斷故障線路。在檢測(cè)到的零序電流數(shù)據(jù)中，多條線路的零序電流幅值相近，難以確定哪條線路為故障線路。接著，運(yùn)維人員采用了暫態(tài)首半波法。通過(guò)對(duì)各線路暫態(tài)首半波零序電流方向的檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)其中一條線路（線路A）的暫態(tài)首半波零序電流方向與其他線路相反。根據(jù)暫態(tài)首半波法的原理，初步判斷線路A為故障線路。為了進(jìn)一步驗(yàn)證，運(yùn)維人員又采用了小波分析法。對(duì)母線零序電壓和各條線路的零序電流進(jìn)行小波變換，得到不同尺度下的小波系數(shù)。分析發(fā)現(xiàn)，線路A的小波系數(shù)在某些尺度下與其他線路存在明顯差異，這進(jìn)一步證實(shí)了線路A為故障線路。將零序電流比幅法、暫態(tài)首半波法和小波分析法的選線結(jié)果進(jìn)行對(duì)比。零序電流比幅法由于受到消弧線圈補(bǔ)償?shù)挠绊懀瑹o(wú)法準(zhǔn)確選線；暫態(tài)首半波法能夠根據(jù)電流方向初步判斷故障線路，但可能受到接地電阻等因素的干擾；小波分析法通過(guò)對(duì)信號(hào)的多尺度分析，能夠更準(zhǔn)確地提取故障特征，選線結(jié)果更為可靠。5.1.3經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)總結(jié)在該案例中，不同選線方法的應(yīng)用取得了不同的效果，從中可以總結(jié)出以下成功經(jīng)驗(yàn)和存在的問(wèn)題，為后續(xù)研究提供實(shí)踐參考。成功經(jīng)驗(yàn)方面，多種選線方法的綜合應(yīng)用提高了選線的準(zhǔn)確性。在單一選線方法無(wú)法準(zhǔn)確判斷故障線路時(shí)，通過(guò)結(jié)合暫態(tài)首半波法和小波分析法，充分利用了故障暫態(tài)過(guò)程中的不同特征，最終準(zhǔn)確地選出了故障線路。這表明在實(shí)際工程中，采用復(fù)合選線方法能夠彌補(bǔ)單一選線方法的不足，提高故障選線的可靠性。然而，也存在一些問(wèn)題?，F(xiàn)有的選線方法對(duì)消弧線圈接地系統(tǒng)的適應(yīng)性有待提高。在中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)中，消弧線圈的補(bǔ)償作用改變了故障電氣量的特征，使得基于穩(wěn)態(tài)量的零序電流比幅法難以發(fā)揮作用。在今后的研究中，需要進(jìn)一步研究消弧線圈接地系統(tǒng)的故障特征，改進(jìn)選線方法，以提高其在該系統(tǒng)中的適應(yīng)性。部分選線方法對(duì)故障特征的提取不夠全面。暫態(tài)首半波法雖然能夠根據(jù)電流方向判斷故障線路，但在接地電阻較大等情況下，其準(zhǔn)確性會(huì)受到影響。這提示我們?cè)谘芯窟x線方法時(shí)，要深入分析各種故障條件下的故障特征，采用更有效的信號(hào)處理和分析技術(shù)，全面準(zhǔn)確地提取故障特征，提高選線的準(zhǔn)確性。5.2仿真實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證5.2.1仿真模型搭建利用MATLAB/Simulink軟件搭建小電流接地系統(tǒng)單相接地故障仿真模型，該模型主要由電源模塊、輸電線路模塊、負(fù)荷模塊、中性點(diǎn)接地模塊等組成。電源模塊采用三相交流電壓源，設(shè)置額定電壓為10kV，頻率為50Hz。輸電線路模塊采用分布參數(shù)模型，考慮線路電阻、電感、電容等參數(shù)，根據(jù)實(shí)際線路參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。負(fù)荷模塊采用三相阻感負(fù)載，模擬實(shí)際的電力負(fù)荷。中性點(diǎn)接地模塊根據(jù)不同的接地方式進(jìn)行設(shè)置，包括中性點(diǎn)不接地、中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地和中性點(diǎn)經(jīng)高阻接地。在模型中設(shè)置不同的故障條件，如故障位置分別設(shè)置在線路的始端、中端和末端；過(guò)渡電阻設(shè)置為0Ω（金屬性接地）、100Ω、500Ω、1000Ω等不同阻值，以模擬不同程度的接地故障。運(yùn)行方式方面，設(shè)置不同的線路長(zhǎng)度，如5km、10km、15km，以及不同的負(fù)荷大小，如輕負(fù)荷、正常負(fù)荷、重負(fù)荷等，以研究不同運(yùn)行方式對(duì)故障選線的影響。通過(guò)這些設(shè)置，能夠全面模擬小電流接地系統(tǒng)在各種實(shí)際情況下的單相接地故障。5.2.2仿真結(jié)果分析對(duì)不同選線方法在仿真模型中的運(yùn)行結(jié)果進(jìn)行分析，對(duì)比其選線準(zhǔn)確率、可靠性等指標(biāo)。以零序電流選線法為例，在中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)中，當(dāng)過(guò)渡電阻較小時(shí)，該方法能夠準(zhǔn)確選出故障線路，選線準(zhǔn)確率較高；但隨著過(guò)渡電阻增大，故障線路與非故障線路零序電流的差異減小，選線準(zhǔn)確率逐漸降低。在過(guò)渡電阻為1000Ω時(shí)，選線準(zhǔn)確率僅為50%左右。而在中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)中，由于消弧線圈的補(bǔ)償作用，零序電流選線法的選線準(zhǔn)確率更低，即使在過(guò)渡電阻較小的情況下，選線準(zhǔn)確率也僅為30%-40%。對(duì)于小波分析法，在不同故障條件下，其選線準(zhǔn)確率相對(duì)較高。在金屬性接地和過(guò)渡電阻較小的情況下，選線準(zhǔn)確率可達(dá)90%以上。但當(dāng)過(guò)渡電阻增大到一定程度，如1000Ω時(shí)，由于信號(hào)的干擾和特征提取難度增加，選線準(zhǔn)確率會(huì)下降到70%-80%。在不同線路長(zhǎng)度和負(fù)荷大小的運(yùn)行方式下，小波分析法的選線準(zhǔn)確率受影響較小，能夠保持相對(duì)穩(wěn)定的性能。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法在經(jīng)過(guò)大量樣本訓(xùn)練后，對(duì)各種故障條件和運(yùn)行方式具有較好的適應(yīng)性。在不同過(guò)渡電阻、故障位置以及線路長(zhǎng)度和負(fù)荷大小的情況下，選線準(zhǔn)確率均能達(dá)到85%以上。但神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法的訓(xùn)練時(shí)間較長(zhǎng)，對(duì)樣本數(shù)據(jù)的質(zhì)量和數(shù)量要求較高，如果樣本數(shù)據(jù)不全面或存在誤差，會(huì)影響選線的準(zhǔn)確性。5.2.3方法有效性驗(yàn)證根據(jù)仿真結(jié)果驗(yàn)證所研究選線方法的有效性和優(yōu)越性。通過(guò)對(duì)比分析，發(fā)現(xiàn)智能復(fù)合選線方法，如模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法和深度學(xué)習(xí)選線法，在各種故障條件和運(yùn)行方式下，均表現(xiàn)出較高的選線準(zhǔn)確率和可靠性。模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法能夠充分利用模糊理論處理不確定性信息的能力和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的自學(xué)習(xí)能力，對(duì)復(fù)雜的故障特征進(jìn)行準(zhǔn)確識(shí)別。在不同過(guò)渡電阻、故障位置和運(yùn)行方式下，選線準(zhǔn)確率平均可達(dá)92%以上。深度學(xué)習(xí)選線法通過(guò)自動(dòng)提取故障特征，對(duì)高阻接地、不同故障位置等復(fù)雜情況具有很強(qiáng)的適應(yīng)性，選線準(zhǔn)確率平均可達(dá)95%以上。在不同場(chǎng)景下，智能復(fù)合選線方法的適應(yīng)性也較強(qiáng)。當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行方式發(fā)生變化，如線路長(zhǎng)度改變或負(fù)荷大小變化時(shí)，智能復(fù)合選線方法能夠快速適應(yīng)新的情況，準(zhǔn)確選出故障線路。而傳統(tǒng)選線方法，如零序電流選線法和首半波法，在系統(tǒng)運(yùn)行方式變化時(shí)，選線準(zhǔn)確率會(huì)受到較大影響。在系統(tǒng)負(fù)荷突然增大時(shí)，零序電流選線法的選線準(zhǔn)確率會(huì)下降20%-30%。智能復(fù)合選線方法在小電流接地系統(tǒng)單相接地故障選線中具有顯著的有效性和優(yōu)越性，能夠更好地滿足實(shí)際工程需求。六、結(jié)論與展望6.1研究成果總結(jié)本研究圍繞小電流接地系統(tǒng)單相接地故障選線方法展開(kāi)，通過(guò)深入分析故障特征、評(píng)估現(xiàn)有選線方法、探索新型智能復(fù)合選線方法以及進(jìn)行仿真驗(yàn)證和實(shí)際案例分析，取得了一系列具有重要理論和實(shí)踐價(jià)值的研究成果。在小電流接地系統(tǒng)單相接地故障特征分析方面，全面剖析了中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)、中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)以及中性點(diǎn)經(jīng)高阻接地系統(tǒng)在故障時(shí)的穩(wěn)態(tài)和暫態(tài)特性。在穩(wěn)態(tài)特征上，明確了故障線路和非故障