基于参数辨识的消弧线圈接地电网单相接地故障测距方法

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电力电子节能与传动控制河北省重点实验室（燕山大学电气工程学院）的研究人员贾清泉、王振宇、王宁、董海艳、艾丽，在2016年第23期《电工技术学报》上撰文，为解决消弧线圈接地电网单相接地故障测距困难的问题，提出一种基于最小二乘参数辨识的消弧线圈接地系统单相接地故障测距方法。

以消弧线圈接地电网故障零序全波等效电路作为辨识模型，将故障距离、过渡电阻、对地电容作为模型的未知参数，利用该模型所反映的单相接地故障电压、电流时域关系构造参数辨识目标函数，用最小二乘辨识方法进行最优参数求解，得到故障位置到母线端的距离。对于带分支线路的情况，在参数辨识测距方法的基础上建立了推理判断逻辑，提高了测距方法的适用性。

所提出的测距算法可集成在故障选线装置中，无需增加额外设备即可实现故障选线、测距一体化功能。仿真和实验验证了所提测距方法的有效性与准确性。

配电网结构复杂，容易发生故障，其中单相接地故障发生频率最高[1-3]。配电网一般采用中性点不接地或经消弧线圈接地方式，单相接地故障电流非常小，需要采用专门的故障检测手段。过去的研究工作主要集中在选线技术上，并取得了较丰富的研究成果[4-8]。

在选出故障线路后查找故障点仍是非常费时费力的工作。准确的故障定位可以帮助工作人员更容易、更便捷地排查故障。然而由于故障电流小、网络复杂等不利因素，配电网单相接地故障定位技术实现难度很大。

文献[9-10]利用注入信号法进行故障定位，需要停电并附加设备，对连续供电不利。文献[11-13]利用行波法进行测距，具有较好的测距精度，但测距设备成本较高且难以适用于分支较多的线路。随着配电自动化系统的建设，利用沿线安装的馈线自动化终端（ Feeder TerminalUnit，FTU）或检测装置可实现故障区段定位[15-17]。

但常规FTU和检测装置主要用于短路故障检测，几乎不具备单相接地故障检测能力；而且沿线高密度安装具有单相接地故障检测功能的装置投资高、经济性差。文献[18-20]利用故障稳态特征进行故障测距，克服了对沿线检测装置的依赖，但稳态故障电流小，测距误差较大，可靠性低。暂态特征比稳态特征更明显，因而基于暂态特征的测距方法[21-23]被提出，但这些方法受系统负荷变化、特征频带不确定性、系统结构变化影响较大。结合零序等效电路进行故障测距是另一种研究思路。

文献[24]对单相接地故障等效电路进行了研究和改进，并运用Levenberg-Marquardt算法进行波形拟合实现故障测距，但该方法有4点不足：①算法将故障初相角作为待求参数，增大了测距误差和算法复杂性；②算法假设系统对地电容为已知量，但实际上系统对地电容会随线路投退和天气变化而变化；③算法需要给定系统电源侧等效阻抗参数，从而降低了算法的实用性；④算法不能适用于含分支线路的单相接地故障测距。

本文提出一种基于最小二乘参数辨识的消弧线圈接地电网单相接地故障测距方法，结合零序全波等效电路，导出含故障距离的参数辨识目标函数，利用接地故障暂态电压电流数据进行最小二乘参数辨识，得到故障测距结果。

该方法不需求取故障初相角，降低了算法复杂性，减小了测距误差；也不需给定系统电源阻抗参数，提高了算法的实用性；能灵活适应系统对地电容参数的变化。对于带分支的线路，建立了推理测距机制，提高了算法的适用性。仿真和物理实验验证了本文方法的正确性和故障测距的准确性，表明方法具有较强实用性。

图1  中性点经消弧线圈接地配电网单相接地故障示意图

图6  实验过程

结论

非有效接地电网单相接地故障定位技术是电力系统运行中急需解决的难题。本文从单相接地故障零序等效电路出发，提出一种基于最小二乘参数辨识原理的消弧线圈接地电网单相接地故障测距方法。

本文方法只需故障线路母线端三相电压和三相电流数据即可完成测距，简单实用，可与选线算法集成在同一装置中，无需增加额外设备即可实现故障选线、测距一体化功能。提出了含分支线路的推理判断机制，能实现含分支线路的故障定位。

仿真和实验验证表明，本文测距方法准确度高，抗噪能力强，无需已知线路电容，能灵活适应线路电容的变化；方法对含分支线路的故障定位有较强指导意义；实用性强，且能适用于不同过渡电阻接地的情况。此外，本文辨识模型略作更改即可适用于中性点不接地系统的单相接地故障测距。