长沙理工大学科研团队提出配电网接地故障选线的新方法

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非有效接地配电网运行与故障条件复杂多变，现有配电网接地故障选线方法难以有效覆盖不同故障工况，尤其对于高阻接地与弧光接地故障，基于单一故障特征量的故障判据误判率高。智能电网运行与控制湖南省重点实验室（长沙理工大学）的研究人员喻锟、胥鹏博、曾祥君、李理、杨理斌，在2022年第3期《电工技术学报》上撰文，提出一种基于模糊测度融合诊断的配电网接地故障选线新方法。研究结果表明，在非线性负荷等干扰因素的影响下，该方法依然能够准确地捕捉故障特征，在各故障工况下正确地辨识故障样本，具备对不同系统运行方式变化的自适应能力，具有很强的鲁棒性。

我国6~66kV中压配电网普遍采用中性点不接地和经消弧线圈接地等非有效接地方式。配电网深入用户终端，运行与故障工况复杂多变，现有配电网接地故障选线方法难以有效覆盖不同故障工况。尤其对于配电网频发的弧光接地故障与高阻接地故障（如树枝碰线、经横担接地、导线跌落沥青或混凝土路面等），故障特征十分微弱，加之电弧不稳定及负荷谐波干扰等因素影响，其检测与处理难度较大，现有故障判据对弧光与高阻接地故障误判率仍较高，导致系统长时间带接地故障运行，严重威胁配电网运行安全。

随着配电网电缆线路敷设面积增大，系统电容电流水平逐步上升，长时间带接地故障运行易使故障发展为相间故障或多点故障；非线性负载及电力电子设备的广泛接入使干扰因素对故障检测的影响进一步增强；弧光接地故障易引起全系统过电压，造成多组变压器和开关柜烧毁，危及设备及人身安全。

2019年6月，国家电网公司设备部发布《关于加强大城市配电电缆网单相接地故障快速处置工作的通知》，明确指出应“推广接地选线跳闸技术，全面提升大城市配电电缆单相接地故障快速处置能力，降低因配电电缆单相接地故障引发电缆通道火灾及大面积停电风险”。因此，在配电网发展的新形势下，有必要研究具备高度自适应性、强鲁棒性的配电网接地故障选线方法，增强配电网接地故障防御能力。

目前国内外主流的配电网接地选线保护方法大致可分为基于稳态特征判据的选线方法、基于暂态特征判据的选线方法和注入信号法。上述方法的保护判据仅基于对单一特征量的分析产生，而配电网运行方式复杂多变，故障条件无法预测，单一的保护判据无法覆盖所有的接地工况，因此故障选线准确度不高。

近年来，智能配电网的兴起极大地促进了高级配电自动化（Advanced Distribution Automation, ADA）技术的发展。随着人工智能与大数据技术在各工业领域的普及和应用，基于智能算法的接地故障选线方法成为继电保护领域的研究热点，基于神经网络方法、贝叶斯方法、遗传算法及粗糙集理论方法等智能保护算法的配电网接地故障选线技术逐渐涌现。

这些方法凭借良好的数据处理能力在一定程度上提升了故障选线方案的精度和自适应性，但保护判据的形成过程普遍缺乏明确的物理机理，仅通过对海量样本进行训练完成故障判断。在运行方式变化的情况下无法实现对系统运行状态的全面刻画，故障判断结果存在片面性，无法满足配电网动态环境中继电保护的自适应性需要。

有学者提出“故障测度”的概念，综合选取多种故障判据，要求每个判据依据各自的特征量定量地度量出各元件具有的故障征兆程度，最后由决策环节做出综合判断。该综合判据填补了传统保护判据不能体现判据自身可靠程度的缺陷，输出判断结果的同时能够提供其他元件的故障迹象信息，为运维人员进行故障处理提供参考。

针对上述问题，智能电网运行与控制湖南省重点实验室（长沙理工大学）的研究人员拓展“故障测度”的概念，提出一种基于模糊测度融合诊断的配电网接地故障选线方法，使其含义由各元件故障迹象的横向比较转换为某一馈线隶属于故障状态或非故障状态的纵向比较，将系统运行的历史数据进行模糊聚类分析得到故障模糊测度融合判据，使判据能够有效覆盖更多故障工况，并具备对运行条件变化的自适应性。

图1 10kV配电网接地故障实验条件

研究人员指出，本方法提取多种运行工况及不同故障条件下的特征样本组成历史特征样本集，借助模糊C均值聚类算法，以多种故障检测方法获取的多源故障信息为指标，将历史样本划分为故障类与非故障类，求取各类别的聚类中心。从不同角度比较待测样本与历史特征样本集的样本相似程度，形成多种样本相似性测度判据，进而构成模糊测度融合诊断矩阵；建立多级评判指标体系对模糊测度融合诊断矩阵进行评判，并输出综合判据矩阵作为最终保护判据。

他们表示，PSCAD/EMTDC仿真与10kV真型实验室测试结果均证明了本方法的有效性，在故障录波数据失真，部分样本相似性测度判据发生误判的情况下，通过多级评判指标体系对模糊测度融合诊断矩阵进行修正，依然能够准确识别故障样本，执行正确的故障选线判断，大幅提升配电网各类接地故障选线的正确率。该方法无需设置保护整定值，可实现接地故障的无整定保护，具有不受系统运行方式变化影响的特点。

本文编自2022年第3期《电工技术学报》，论文标题为“基于模糊测度融合诊断的配电网接地故障选线”，作者为喻锟、胥鹏博 等。

下载论文PDF版，请点击左下角“阅读原文”，访问期刊网站。

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