配电网接地线状态检测技术及装置开发研究

配电网接地线状态检测技术及装置开发研究

徐孔金

广西电网有限责任公司贵港平南供电局  广西贵港市  537300

摘要：进入二十一世纪，在人们生活水平不断提高下，电力行业随之进步，近年来，人们对电力行业的要求提高，本文针对配电网作业过程中还存在“带地线合闸送电”恶性事故发生的情况，首次提出了两种基于信号注入法的安全方便的检测方法：直接注入电压测量法和感应电压测量法。利用PSCAD/EMTDC搭建模型对可能影响检测效果的相关问题进行了大量的仿真分析，包括信号频率、空载变压器、磁场感应电压等方面的影响。根据仿真分析结果研制了一台临时接地线状态检测装置，并通过现场试验验证了所提方法的可行性，所研制的检测装置具有检测安全、操作简单及易推广等优点。

关键词：接地线；配电网；接地检测技术

引言

电力是国计民生的重要保障，是经济社会发展的先行官。近年来，随着中国工业化和城镇化的高速发展，配电网规模逐渐增大，电力负荷日益增加，对配电网安全可靠运行提出了更高的要求。配电网直接与电力用户相连，当发生故障停电时，轻则影响到居民的正常生活，重则造成严重的经济损失。因此，在发生故障时，需要快速定位故障、消除故障，恢复正常供电。

1实际工程的接地线原理

在实际配电网中，接地线是从配电线路ABC三相上各引出一条线，然后三线合一构成一条线，并连接到接地桩后与大地相连，构成接地回路。根据上述的接地线实际应用情况，可得到其接线原理图，如图1所示。接地线除了最下面的金属外，下来的那根线是有绝缘层包裹着的。连接接地线的顺序是：在线路检修点附近连接接地线，并在被检修线路出口处也需要连接接地线。拆除接地线的顺序是：先拆除检修点附近的接地线，上报调度中心之后，再拆除被检修的馈线出口处的接地线。

图1接地线简化的电路原理图

2配电网接地线状态检测技术及装置开发研究

2.1注入信号的频率影响

输电线路有分布电容存在，而其容抗大小与频率以及线路的长度有关。考虑测量最大范围的极端情况，仿真时就线路长度取50km。为了区分临时接地线存在与否的不同，在0.1s利用接地故障进行模拟，仿真注入信号电压为10V。仿真结果是暂不考虑变压器时信号频率分别为200Hz，400Hz以及800Hz时的检测电流波形。从仿真结果可知频率很高时，即使有额外接地线存在，检测电流很小，甚至比没有接地线时还小。原因是线路上频率越高分布电容容抗越小，当总的容抗小于接地电阻就会出现上述结果。因此，注入的信号选择低频信号，但又因感应电动势的大小与信号频率有关，信号频率不能太小。测量时还受到现场工频及谐波信号的干扰，为了方便二次电路滤波，注入的信号频率应选择在工频n次谐波和n+1次谐波之间。经过相关仿真结果分析后，选择注入的信号频率为420Hz较合适。

2.2利用人工智能算法进行融合选线法

由于接地故障类型复杂，利用单一故障特征进行选线，往往选线准确率会受到过渡电阻、故障合闸角及间歇性弧光接地的影响而降低。为了提高选线准确率，人工智能算法逐渐被应用到配电网接地选线中，融合多个故障特征通过智能算法处理，实现故障选线。常用到的智能算法有：BP（Back Propagation，BP）神经网络、循环神经网络（Recurrent Neura l Network，RNN）、长短期记忆神经网络（Long Short-TermMemory，LSTM）、卷积神经网络（Convolutional NeuralNetworks，CNN）、支持向量机（Support Vector Machine，SVM）等。通过提取暂态故障特征、5次谐波、基波幅值相位及零序有功功率等传统故障特征，经过故障测度函数计算得到故障测度数据，输入到经遗传算法（Genetic Algorithm，GA）优化的BP神经网络中，实现选线；通过VMD将各出线零序电流分解为高、中、低频分量，计算各分量能量值，并依次输入到LSTM神经网络中，实现故障选线；采用VMD将零序电流分解为3个IMF分量，得到各分量Hilbert能量边际谱，输入经鲸鱼群算法（WhaleOptimization Algorithm，WOA）优化的SVM中，实现故障选线；融合零序电流工频幅值、5次谐波、零序有功分量及小波能量4种特征，经主成分分析法进行处理后输入GA优化的SVM中，实现选线；采用集合经验模态分解（Ensemble EmpiricalMode Decomposition，EEMD）对线路零序电流进行分解，得到本征模态函数分量，并计算其分量的能量，将本征模态函数能量值输入经灰狼算法（Grey WolfOpti-mizer，GWO）优化后的门控循环单元（GatedRecurrent Unit，GRU）神经网络，实现选线功能。

2.3检测回路设计

检测回路主要包括：注入信号发射端口、配网线路和临时挂接地线、大地、接地桩、装置外壳接地端口等。装置通过注入信号发射端口向10kV及以下配网检修线路注入变中频电压交流检测信号，对于10kV及以下电压等级配网线路，可忽略电纳和导纳，只需要考虑电阻RL和电感XL，接地电阻计为Rd。若当前待测线路存在临时挂接地线，则在检测回路中注入变中频电压交流信号，该频段信号可有效防止其他信号干扰。电压注入信号在检测回路中产生回路电流，测量单元对该回路电流进行采样，DSP芯片利用获取到的采样电流进行分析，识别临时挂接地线是否存在。此外，测量单元还将继续提取检测回路中的电压信号信息，并输入到DSP芯片中用于获取测量点与接地点之间的距离，以助于相关工作人员准确定位并快速有效拆除接地线，进而实现安全合闸送电。图2为检测回路设计图。

图2检测回路设计

2.4中性点不接地系统

由于不存在电感电流补偿，接地点故障电流由所有正常线路对地电容电流汇集而成，故障线路零序电流幅值最大，且方向与正常线路零序电流相反。其选线较为容易。

结语

本文为线路检修时临时接地线状态的判断提出了两种测量方法，并利用PSCAD/EMTDC软件仿真和现场试验验证了检测方法的有效性。所提出的两种测量方法简单实用，与目前所提出的技术手段相比，无需大规模高成本地整改，容易推广实施，并且还可以配合其他的接地线管理系统或方法来预防带地线合闸送电，以消除人为因素造成恶性事故的隐患，为电力设备的安全运行和人员安全提供可靠保障。

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