朱 珂，王怡軒，倪 建

（1.山東大學(xué) 電網(wǎng)智能化調(diào)度與控制教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東 濟(jì)南 250061；2.國(guó)網(wǎng)濟(jì)南供電公司，山東 濟(jì)南 250012；3.國(guó)網(wǎng)濰坊供電公司，山東 濰坊 261021）

0 引言

近年來(lái)隨著國(guó)內(nèi)配網(wǎng)規(guī)模逐漸擴(kuò)大以及電纜線路的廣泛應(yīng)用，線路對(duì)地電容電流不斷增加，中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地方式因能夠迅速熄滅單相接地故障點(diǎn)的電弧而逐漸成為國(guó)內(nèi)中壓配網(wǎng)中性點(diǎn)運(yùn)行方式的主流。

消弧線圈的廣泛應(yīng)用在提高了配網(wǎng)供電可靠性的同時(shí)，也給單相接地故障選線帶來(lái)了困難。針對(duì)配網(wǎng)的故障選線問(wèn)題，國(guó)內(nèi)外學(xué)者提出了多種解決方案，主要可以分為被動(dòng)法和主動(dòng)法。被動(dòng)法主要根據(jù)故障電流自身的相關(guān)特點(diǎn)進(jìn)行選線，包括零序電流幅值比較法［1-2］、零序電流方向法［3］及相關(guān)方法［4］、零序功率法［5-6］、零序?qū)Ъ{法［7-9］等利用零序分量的選線方法，以及負(fù)序電流法［10］、諧波法、首半波法［11］等暫態(tài)信號(hào)選線方法等。文獻(xiàn)［12-16］將小波分析、人工智能等基于新型DSP技術(shù)的方法與被動(dòng)法結(jié)合進(jìn)行選線。被動(dòng)法僅依據(jù)故障自身產(chǎn)生的變化，主要是故障電流進(jìn)行選線，而在諧振接地系統(tǒng)中，這類故障特征十分不明顯，因此存在一定局限。

主動(dòng)法不依賴于故障電流。最早的主動(dòng)法是S注入法［17-18］及其改進(jìn)方法［19］：文獻(xiàn)［20-21］通過(guò)注入恒定幅值和特殊頻率的電流信號(hào)測(cè)量阻尼率，選出故障線路；文獻(xiàn)［22-23］分別在中性點(diǎn)和母線電壓互感器二次側(cè)注入信號(hào)實(shí)現(xiàn)選線。中電阻法［24-25］將一中電阻與消弧線圈并聯(lián)，發(fā)生故障時(shí)中性點(diǎn)通過(guò)中電阻接地以短時(shí)增大對(duì)地電流，便于選線，文獻(xiàn)［26］的方法也與之類似。主動(dòng)法需要額外增加信號(hào)注入設(shè)備，信號(hào)頻率單一，中電阻法還存在增加系統(tǒng)絕緣壓力的問(wèn)題。

本文針對(duì)中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)提出了一種單相接地故障選線方法。該方法利用消弧線圈中自帶的用于快速投切阻尼電阻的電力電子開(kāi)關(guān)主動(dòng)產(chǎn)生擾動(dòng)電流信號(hào)注入系統(tǒng)以用于選線。相比已有的主動(dòng)法，本文方法利用了消弧線圈自身的阻尼電阻，無(wú)需附加額外的信號(hào)注入設(shè)備，產(chǎn)生的選線信號(hào)頻率成分豐富，不會(huì)增加系統(tǒng)的絕緣壓力，而且具備高阻接地狀態(tài)下的故障選線能力。

1 利用阻尼電阻投切開(kāi)關(guān)的故障選線原理

1.1 選線方案介紹

在諧振接地系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，預(yù)調(diào)式消弧線圈通過(guò)并聯(lián)或串聯(lián)1個(gè)阻尼電阻以抑制諧振導(dǎo)致的中性點(diǎn)位移電壓升高。近年來(lái)，電力電子開(kāi)關(guān)（如晶閘管）逐漸被用于發(fā)生單相接地故障后快速切除（或旁路）該阻尼電阻以實(shí)現(xiàn)感性電流對(duì)容性故障電流的有效補(bǔ)償。阻尼電阻的取值如式（1）所示［27］。

其中，U0為中性點(diǎn)位移電壓；Uφ為系統(tǒng)相電壓；Kc為系統(tǒng)不對(duì)稱度；v為電網(wǎng)脫諧度。對(duì)于確定的系統(tǒng)，Uφ、Kc、v 均為定值；U0小于系統(tǒng)相電壓的 15%，因此系統(tǒng)阻尼率d就可以確定，確定阻尼率后就可以得到阻尼電阻的值。

本文利用消弧線圈中自帶的電力電子開(kāi)關(guān)，提出了一種主動(dòng)故障選線方法，以消弧線圈串聯(lián)阻尼電阻為例，具體實(shí)施方案如圖1所示。圖中，R為阻尼電阻；L為消弧線圈電感；Zs為系統(tǒng)等效阻抗；ZL為負(fù)載等效阻抗。

當(dāng)系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，與阻尼電阻并聯(lián)的反并聯(lián)晶閘管均處于斷開(kāi)狀態(tài)；當(dāng)發(fā)生短路故障后，兩晶閘管交替導(dǎo)通，迅速將阻尼電阻短路以確保諧振狀態(tài)下對(duì)故障電流的有效補(bǔ)償。本文在故障狀態(tài)下通過(guò)控制原本處于導(dǎo)通狀態(tài)的晶閘管短時(shí)開(kāi)斷，產(chǎn)生頻率含量豐富的擾動(dòng)電流流入系統(tǒng)，通過(guò)對(duì)各饋線中該擾動(dòng)電流的檢測(cè)與分析實(shí)現(xiàn)故障線路的判定。

通過(guò)以上分析可以看出本文方法有如下優(yōu)點(diǎn)。

a.本文方法通過(guò)控制消弧線圈自帶的電力電子開(kāi)關(guān)（晶閘管）產(chǎn)生擾動(dòng)信號(hào)用于選線，不需要額外增加信號(hào)注入設(shè)備，便于現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施。

b.晶閘管開(kāi)斷時(shí)間可控，使得在不同大小的接地電阻下都能產(chǎn)生足夠強(qiáng)的擾動(dòng)信號(hào)以被檢測(cè)到；擾動(dòng)信號(hào)中直流分量流經(jīng)故障線路，避免了對(duì)地電容對(duì)其分流，這2點(diǎn)有利于保證高阻接地情況下選線的準(zhǔn)確性。

圖1 故障選線實(shí)施方案Fig.1 Implementation scheme of faulty line selection

1.2 擾動(dòng)電流表達(dá)式的獲取

系統(tǒng)正常運(yùn)行狀態(tài)下，控制晶閘管開(kāi)斷等效簡(jiǎn)化電路如圖2（a）所示。根據(jù)疊加原理，產(chǎn)生用于選線的擾動(dòng)電流信號(hào)的等效電路如圖2（b）所示。圖中，C為單條出線的單相對(duì)地電容；n為出線條數(shù)；Rf為過(guò)渡電阻；iRf為流過(guò)Rf的電流；iR為流過(guò)阻尼電阻的電流；UR為阻尼電阻兩端電壓；iL為流過(guò)消弧線圈的電流；uL為消弧線圈兩端電壓；iC為單條線路單相對(duì)地電容電流；uC為對(duì)地電容兩端電壓。

圖2 等效分析簡(jiǎn)化電路圖Fig.2 Simplified circuit for equivalent analysis

設(shè)t=0時(shí)刻晶閘管基于其端電壓以延遲觸發(fā)角δ斷開(kāi)，則晶閘管兩端電壓UT如圖3所示。由圖3可知：-i（t）=-I sin（ωt+δ），其中 I為 i的幅值，ω 為角頻率。

由圖2所示的電路可得：

圖3 晶閘管兩端電壓Fig.3 Voltage of thyristors

其中，if和iuf分別為故障線路和非故障線路中脈沖電流的成分。

整理方程得到：

其特征方程為：

基于實(shí)際系統(tǒng)參數(shù)通常有Δr＞0，方程有2個(gè)不同的實(shí)數(shù)解，此時(shí)得到iRf、iC、iL的表達(dá)式分別如式（5）、（6）、（7）所示。

1.3 故障選線判據(jù)的建立

Rf=100Ω時(shí)，對(duì)if和iuf進(jìn)行快速傅里葉變換（FFT）得到脈沖電流頻譜分布如圖4所示。從圖4中可以看出，非故障線路中脈沖的直流和低頻成分非常少，遠(yuǎn)小于故障線路，故障線路和非故障線路十分容易區(qū)分。

在故障線路中，由于存在接地點(diǎn)，檢測(cè)到的注入脈沖信號(hào)會(huì)含有較多的直流和低頻成分；而對(duì)于非故障線路，注入的脈沖信號(hào)依然只能通過(guò)對(duì)地電容形成回路，檢測(cè)到的脈沖信號(hào)中直流和低頻成分不會(huì)很多。因此建立故障檢測(cè)指標(biāo)如下：

其中，I0、I1、I2分別為每條出線檢測(cè)到的脈沖電流中的直流、1次諧波和2次諧波的幅值；Icr最大者即為故障線路。

圖4 過(guò)渡電阻為100 Ω時(shí)的脈沖電流頻譜分布Fig.4 Magnitude distribution of pulse current when Rf=100 Ω

2 仿真分析

具體的仿真參數(shù)設(shè)置如下。

a.系統(tǒng)頻率為50 Hz，總諧波畸變率（THD）為1.81%，系統(tǒng)中加入隨機(jī)性干擾；系統(tǒng)線電壓有效值為10 kV。

b.系統(tǒng)出線共10條，每條出線帶負(fù)荷2 MW，功率因數(shù)為0.9滯后。

c.5條出線的長(zhǎng)度為15 km，5條出線的長(zhǎng)度為20 km。架空線參數(shù)：rh=0.45 Ω/km，lh=1.27× 10-3H/km，ch=8.9×10-9F/km。電纜線路參數(shù)：cc=1.78×10-7F/km，其他參數(shù)值與架空線路一致。

d.消弧線圈略微過(guò)補(bǔ)償；架空線系統(tǒng)的消弧線圈電感L=2 H，阻尼電阻為150 Ω；電纜-架空線混合系統(tǒng)，架空線和電纜出線數(shù)分別為2、8，L=0.13 H，阻尼電阻為15 Ω。

2.1 仿真結(jié)果分析

以 Rf=100 Ω、δ=30°為例列出相關(guān)仿真波形，圖5為脈沖信號(hào)的波形。

圖5 δ=30°、Rf=100 Ω 時(shí)故障線路和非故障線路的脈沖電流波形圖Fig.5 Waveform of pulse current of faulty line and normal line，when δ=30°and Rf=100 Ω

從圖5可看出，故障線路與非故障線路中脈沖信號(hào)的幅值差異明顯，對(duì)脈沖信號(hào)進(jìn)行FFT分析得到各頻率下電流信號(hào)幅值如圖6所示，其中故障線路和非故障線路的Icr分別為0.2641 A和2.0636×10-4A。

從圖6中可以看出，脈沖信號(hào)的直流和低頻成分在故障線路中的含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于非故障線路，故障線路的Icr基本是非故障線路的1300倍，兩者差距十分明顯。對(duì)故障線路的脈沖信號(hào)進(jìn)行FFT后，其中的低頻和直流分量遠(yuǎn)大于高頻分量，隨著頻率的升高，幅值基本上越來(lái)越小。

整理不同δ和Rf下的故障選線方案的仿真結(jié)果如圖7所示。

圖6 δ=30°、Rf=100 Ω 時(shí)故障線路和非故障線路的脈沖電流幅值對(duì)比Fig.6 Comparison of pulse current magnitude between faulty line and normal line，when δ=30°and Rf=100 Ω

圖7 不同延遲觸發(fā)角和過(guò)渡電阻下故障線路和非故障線路的Icr對(duì)比Fig.7 Comparison of Icrbetween faulty line and normal line with different values of δ and Rf

分析圖7，可以得到以下結(jié)論：

a.Icr隨過(guò)渡電阻的上升和延遲觸發(fā)角的降低而減??；

b.即便在高阻接地且采用較小延遲觸發(fā)角的情況下，故障線路和非故障線路Icr的差異仍然明顯，本文的故障選線方案仍然可以準(zhǔn)確選出故障線路；

c.為了讓脈沖信號(hào)和Icr在高阻接地故障情況下有更高的幅值以避免各種干擾因素對(duì)選線準(zhǔn)確率的影響，對(duì)于高阻接地故障還是應(yīng)該選用較大的延遲觸發(fā)角。

本文也進(jìn)行了電纜-架空線混合系統(tǒng)的仿真，相比架空線系統(tǒng)，由于混合系統(tǒng)的線路對(duì)地電容增大，消弧線圈和阻尼電阻對(duì)應(yīng)的整定值都有所變化，導(dǎo)致應(yīng)用本文方案時(shí)注入的選線信號(hào)幅值更大，因此Icr的數(shù)值增大，故障線路和非故障線路之間依然有明顯差異，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)故障選線。

另外，在過(guò)渡阻抗增大時(shí)，無(wú)論是故障線路還是非故障線路，電纜-架空線混合系統(tǒng)的脈沖頻譜中高頻成分幅值相比架空線系統(tǒng)都有明顯的升高，特別是高阻接地時(shí)故障和非故障線路的高頻成分幾乎沒(méi)有區(qū)別，這是由于電纜的對(duì)地電容較大，容抗降低，尤其對(duì)于高頻成分更為明顯，所以高頻成分更易通過(guò)對(duì)地電容而不是過(guò)渡電阻形成回路，因此電纜-架空線混合系統(tǒng)的故障線路和非故障線路中高頻成分區(qū)別不大。這也再次說(shuō)明了Icr應(yīng)該選用直流和低頻成分組成。

總體而言，當(dāng)本文方案應(yīng)用于電纜-架空線混合系統(tǒng)時(shí)，效果基本和架空線系統(tǒng)一致，因此相關(guān)分析基本一致，篇幅所限不再附更多的仿真結(jié)果和分析。

2.2 延遲觸發(fā)角的選擇

分析圖2可以看出，選線方法造成電壓擾動(dòng)的根源為阻尼電阻兩端的電壓，其變化相對(duì)于10 kV的電壓等級(jí)很小，仿真中也發(fā)現(xiàn)選線方案的投入并不會(huì)對(duì)電壓造成明顯影響，因此，選擇延遲觸發(fā)角時(shí)主要考慮以下條件。

a.條件1：保證脈沖電流信號(hào)有足夠強(qiáng)度以被系統(tǒng)測(cè)量裝置檢測(cè)到。

b.條件2：盡量減小對(duì)故障電流的影響，使故障電流保持在合理范圍之內(nèi)。

首先對(duì)脈沖信號(hào)幅值的影響因素進(jìn)行分析。

當(dāng)Rf=100 Ω時(shí)，故障線路中的脈沖信號(hào)波形如圖8所示。

圖8 Rf=100 Ω時(shí)，不同延遲觸發(fā)角下故障線路的脈沖電流波形Fig.8 Waveform of pulse current in faulty line with different values of δ，when Rf=100 Ω

從圖8可以看出，當(dāng)過(guò)渡電阻相同時(shí)，延遲觸發(fā)角越大，脈沖電流幅值越大，但是脈沖波形基本相似，所以延遲觸發(fā)角只會(huì)影響脈沖信號(hào)的幅值。

取延遲觸發(fā)角為45°，改變過(guò)渡電阻，得到故障線路的脈沖波形如圖9所示。

由圖9可以看出，整體上脈沖電流峰值隨著過(guò)渡電阻的升高而降低，當(dāng)過(guò)渡電阻較小時(shí)，脈沖的衰減過(guò)程持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)；當(dāng)故障電阻大于1000 Ω時(shí)，脈沖電流在衰減過(guò)程中出現(xiàn)明顯的振蕩，經(jīng)FFT處理后的電流幅值組成的故障選線判據(jù)可以有效濾除干擾，Icr的計(jì)算不受振蕩過(guò)程影響，提高了本文選線方案的可靠性，因此本文不再對(duì)脈沖波形的衰減過(guò)程進(jìn)行詳細(xì)分析。

圖9 δ=45°時(shí)，不同過(guò)渡電阻下故障線路的脈沖電流波形Fig.9 Waveform of pulse current in faulty line with different values of Rf，when δ=45°

總結(jié)以上分析可以看出，延遲觸發(fā)角只會(huì)影響脈沖電流的幅值，而過(guò)渡電阻在影響脈沖電流峰值的同時(shí)，還會(huì)影響脈沖電流的衰減過(guò)程。

調(diào)節(jié)L=1.6 H（原因見(jiàn)后文），得到脈沖電流信號(hào)的數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 L=1.6 H時(shí)故障電流峰值Table 1 Peak value of fault current when L=1.6 H

由表1可見(jiàn)，當(dāng)δ=180°時(shí)，即使過(guò)渡電阻Rf為3000 Ω時(shí)，脈沖電流依然大于0.2 A。同時(shí)，對(duì)于非高阻接地的短路故障，脈沖電流強(qiáng)度已經(jīng)足夠，為減少對(duì)故障電流的影響，完全可以犧牲一部分脈沖電流的強(qiáng)度。

進(jìn)一步對(duì)故障電流因素進(jìn)行分析如下。

按照相關(guān)章程規(guī)定，在諧振接地系統(tǒng)中，經(jīng)消弧線圈補(bǔ)償作用后，發(fā)生故障時(shí)故障電流應(yīng)該不大于10 A。按照最惡劣的情況分析故障選線裝置對(duì)故障電流的影響，即通過(guò)調(diào)整參數(shù)，使系統(tǒng)發(fā)生單相金屬性接地故障時(shí)故障電流接近10 A。

改變消弧線圈的電感值L，過(guò)補(bǔ)償程度越大，故障電流也越大。當(dāng)故障狀態(tài)下切除阻尼電阻后，對(duì)于架空線系統(tǒng)，L=2H情況下發(fā)生金屬性接地故障時(shí)，故障電流峰值約為3.5 A，提高過(guò)補(bǔ)償程度使L=1.6 H時(shí)，故障電流峰值變?yōu)?.94037 A，基本達(dá)到了相關(guān)章程標(biāo)準(zhǔn)的極限，此時(shí)調(diào)整δ和Rf，得到故障電流峰值如圖10所示，圖11為此時(shí)發(fā)生金屬性接地故障且δ=180°情況下的故障電流波形。

圖10 L=1.6 H時(shí)故障電流峰值Fig.10 Peak value of fault current when L=1.6 H

圖11 L=1.6 H、δ=180°時(shí)，金屬性接地故障的故障電流Fig.11 Waveform of fault current during grounding fault with low transition resistance，when δ=180°and L=1.6 H

結(jié)合圖10、11可知，雖然可控短路裝置會(huì)增加故障電流瞬時(shí)峰值，但即使按照最惡劣的情況，即δ=180°、Rf=0 Ω（如圖11 所示），本文的故障選線方案對(duì)于故障電流的影響主要在于使故障電流波形偏移，且持續(xù)時(shí)間較短，其最大值和最小值之差并沒(méi)有明顯變化。進(jìn)一步分析可知，過(guò)渡電阻越小，故障電流峰值越大，而對(duì)于金屬性接地故障和過(guò)渡電阻較小的接地故障，選用小的延遲觸發(fā)角就能夠明顯減小故障電流峰值的增長(zhǎng)，即使過(guò)渡電阻小于200 Ω，δ=25°時(shí)故障電流的增長(zhǎng)幾乎可以忽略；而隨著過(guò)渡電阻的增長(zhǎng)，故障電流峰值大幅降低，當(dāng)過(guò)渡電阻不小于300 Ω時(shí)，即使阻尼電阻接入半個(gè)周期，故障電流峰值依然小于10 A。

值得注意的是，上述結(jié)論都是在故障電流情況最惡劣，即通過(guò)調(diào)節(jié)過(guò)補(bǔ)償程度，使不投入阻尼電阻情況下故障電流就處在規(guī)定范圍的極限的情況下得到的。而正常情況下，配網(wǎng)處于略微過(guò)補(bǔ)償?shù)臓顟B(tài)，調(diào)節(jié)消弧線圈令系統(tǒng)達(dá)到正常的略微過(guò)補(bǔ)償時(shí)L=2H，同樣在延遲觸發(fā)角為180°且金屬性接地故障的狀態(tài)下，故障選線裝置未動(dòng)作時(shí)，故障電流峰值約為7A，而當(dāng)選線裝置投入運(yùn)行后峰值約為9.5 A，符合相關(guān)要求。

綜合以上分析，對(duì)于過(guò)補(bǔ)償程度正常的諧振接地系統(tǒng)，本文的選線裝置和選線策略僅會(huì)使得故障電流峰值短時(shí)間內(nèi)小幅上漲，不會(huì)使故障電流超過(guò)規(guī)定值；而對(duì)于故障電流情況本來(lái)就不太理想的系統(tǒng)，在發(fā)生金屬性接地故障和過(guò)渡電阻較小的短路故障時(shí)，通過(guò)選用合適的延遲觸發(fā)角，依然可以保證選線裝置投入運(yùn)行時(shí)故障電流不大幅增長(zhǎng)。當(dāng)過(guò)渡電阻大于500 Ω時(shí)，延遲觸發(fā)角的增長(zhǎng)已經(jīng)不會(huì)使故障電流進(jìn)一步增長(zhǎng)，符合2.2節(jié)中的條件1。

進(jìn)一步通過(guò)仿真得到能夠保證脈沖電流幅值在0.3 A時(shí)的觸發(fā)角和故障電流數(shù)據(jù)見(jiàn)圖12。

圖12 脈沖電流幅值為0.3 A時(shí)的延遲觸發(fā)角和故障電流峰值Fig.12 Firing angle and peak value of fault current when pulse current amplitude is 0.3 A

由圖12可以看出，隨著過(guò)渡電阻的增大，為保障脈沖電流有足夠大的幅值，應(yīng)該增加延遲觸發(fā)角。結(jié)合前文數(shù)據(jù)，當(dāng)過(guò)渡電阻大于2500 Ω時(shí)應(yīng)該選用180°的延遲觸發(fā)角。而對(duì)于金屬性接地故障，延遲觸發(fā)角選用使脈沖電流剛剛達(dá)到0.3 A的21.8°時(shí)，故障電流從9.9404 A增長(zhǎng)到10.4049 A，漲幅僅有0.4645 A，增長(zhǎng)了4.67%，幾乎可以忽略不計(jì)，可以達(dá)到故障電流要求。

綜上所述，本文選線方案中延遲觸發(fā)角的選擇標(biāo)準(zhǔn)如下。

a.對(duì)于對(duì)故障電流沒(méi)有嚴(yán)格要求或者過(guò)補(bǔ)償情況的良好系統(tǒng)，可以直接選用較大的延遲觸發(fā)角，如180°，可以保證在大部分接地故障時(shí)選線脈沖信號(hào)的強(qiáng)度。

b.對(duì)于故障電流情況比較惡劣的中性點(diǎn)諧振接地系統(tǒng)，最理想的選擇應(yīng)該按照?qǐng)D12所示的延遲觸發(fā)角；發(fā)生非高阻接地故障時(shí)，應(yīng)該選用較小的延遲觸發(fā)角，如25°；或者判定系統(tǒng)發(fā)生了故障后，先采用較小的延遲觸發(fā)角，如不能選出故障線路，則逐級(jí)增大延遲觸發(fā)角再次進(jìn)行選線。需要注意的是，當(dāng)這類系統(tǒng)發(fā)生高阻接地故障時(shí)，也應(yīng)該選用較大的延遲觸發(fā)角，如180°等。

3 模擬實(shí)驗(yàn)

模擬實(shí)驗(yàn)電路如圖13所示。實(shí)驗(yàn)參數(shù)：額定電壓220 V，補(bǔ)償度10%，消弧線圈電感0.77 H，阻尼電阻40 Ω，串聯(lián)電阻 r為 8 Ω；2 條線路均為 20 km，帶負(fù)荷 1.5 kV·A線路1、2的出線電阻分別為12、15 Ω，線路 1、2的出線電感分別為 25、40 mH，線路 1、2的出線電容均為1 μF，線路1、2的單相負(fù)荷電阻均為87Ω，線路1、2的單相負(fù)荷電感分別為25 mH、40mH，線路1、2的功率因數(shù)均為0.9；線路1發(fā)生故障。

模擬實(shí)驗(yàn)過(guò)程與仿真實(shí)驗(yàn)過(guò)程類似，過(guò)渡電阻為100 Ω、延遲觸發(fā)角為30°時(shí)的Icr如圖14所示。

不同情況下故障線路和非故障線路的脈沖信號(hào)峰值和Icr分別列于表2和表3。

總體上，當(dāng)延遲觸發(fā)角相同時(shí)，隨著過(guò)渡電阻的升高，脈沖峰值和Icr減??；隨著延遲觸發(fā)角的上升，脈沖峰值和Icr升高；故障線路的脈沖峰值和Icr大于正常線路。雖然僅從脈沖電流的峰值就能夠看出故障線路和非故障線路有很大不同，但通過(guò)FFT得到的Icr差距更加明顯，這也是本文選擇Icr作為選線判據(jù)的原因。模擬實(shí)驗(yàn)的相關(guān)結(jié)果與前文的理論分析和仿真分析一致。

圖13 模擬實(shí)驗(yàn)電路圖Fig.13 Circuit of simulation experiment

圖14 δ=30°、Rf=100 Ω 時(shí)，故障線路和非故障線路的脈沖電流波形對(duì)比Fig.14 Comparison of pulse current waveform between faulty line and normal line，when δ=30°and Rf=100 Ω

表2 故障線路和非故障線路的脈沖電流峰值Table 2 Peak value of pulse current of faulty line and normal line

表3 故障線路和非故障線路的IcrTable 3 Icrof faulty line and normal line

4 結(jié)論

本文利用消弧線圈自帶的用于投切阻尼電阻的電力電子開(kāi)關(guān)，提出了一種故障選線方案。當(dāng)線路發(fā)生單相接地故障時(shí)，通過(guò)控制電力電子開(kāi)關(guān)的導(dǎo)通狀態(tài)以改變阻尼電阻的工作狀態(tài)進(jìn)而向系統(tǒng)中注入用于故障選線的脈沖信號(hào)，在每條出線對(duì)該脈沖信號(hào)進(jìn)行提取和FFT分析，通過(guò)比較每條出線Icr的大小以準(zhǔn)確可靠的選出故障線路。理論分析、仿真分析和模擬實(shí)驗(yàn)都驗(yàn)證了該選線方案的有效性，為解決諧振接地系統(tǒng)的故障選線問(wèn)題提供了一種可行的思路。

參考文獻(xiàn)：

［1］張保會(huì)，尹項(xiàng)根.電力系統(tǒng)繼電保護(hù)［M］.2版.北京：中國(guó)電力出版社，2005：45-47.

［2］賀家李.電力系統(tǒng)繼電保護(hù)原理［M］.增訂版.北京：中國(guó)電力出版社，2004：140-142.

［3］桑在中，潘貞存，李磊，等.小電流接地系統(tǒng)單相接地故障選線測(cè)距和定位的新技術(shù)［J］.電網(wǎng)技術(shù)，1997，21（10）：50-52，55.SANG Zaizhong，PAN Zhencun，LI Lei，et al.A new approach of faultlineidentification，faultdistance measurementand fault location for single phase-to-ground fault in small current neutral grounding system［J］.Power System Technology，1997，21（10）：50-52，55.

［4］HAO Y，YANG Y，REN Y，et al.Faulted line identification through magnitude and phase angle comparison［J］.China Electric Power Information，1994，2：15-19.

［5］BALDWIN T，RENOVICH F，SAUNDERS L F.Directional ground fault indicator for high-resistance grounded systems［J］.IEEE Transactions on Industry Applications，2003，39（2）：325-332.

［6］張慧芬，潘貞存，田質(zhì)廣，等.一種中低壓配電網(wǎng)單相接地故障選線新方法［J］.電網(wǎng)技術(shù)，2005，29（3）：76-80.ZHANG Huifen，PAN Zhencun，TIAN Zhiguang，etal.A new principle to detect single phase grounding feeder in middle and low voltage distribution networks［J］.Power System Technology，2005，29（3）：76-80.

［7］林湘寧，高艷，劉沛，等.基于零序補(bǔ)償導(dǎo)納的小電流接地系統(tǒng)單相故障保護(hù)新方法［J］.中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2006，26（10）：45-49.LIN Xiangning，GAO Yan，LIU Pei，et al.A novel method to identify the single phase-to-earth faultin the neutraluneffectual grounded system using the zero-sequence compensated admittance［J］.Proceedings of the CSEE，2006，26（10）：45-49.

［8］曾祥君，尹項(xiàng)根，張哲，等.零序?qū)Ъ{法饋線接地保護(hù)的研究［J］.中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2001，21（4）：5-10.ZENG Xiangjun，YIN Xianggen，ZHANG Zhe，etal.Studyon feeder grounding fault protection based on zero sequence admittance［J］.Proceedings of the CSEE，2001，21（4）：5-10.

［9］江渝，冉立，劉和平，等.可調(diào)節(jié)消弧線圈接地系統(tǒng)單相接地故障的辨識(shí)和選線［J］.電工技術(shù)學(xué)報(bào)，2007，22（8）：101-107.JIANG Yu，RAN Li，LIU Heping，et al.Judgment of the grounding fault and fault line selection for resonant network with adjustable arc suppression coil［J］.Transactions of China Electrotechnical Society，2007，22（8）：101-107.

［10］曾祥君，尹項(xiàng)根，張哲.配電網(wǎng)接地故障負(fù)序電流分布及接地保護(hù)原理研究［J］.中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2001，21（6）：84-89.ZENG Xiangjun，YIN Xianggen，ZHANG Zhe.Study for negative sequence current distribution and ground fault protection in middle voltage power systems［J］.Proceedings of the CSEE，2001，21（6）：84-89.

［11］薛永端，馮祖仁，徐丙垠，等.基于暫態(tài)零序電流比較的小電流接地選線研究［J］.電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2003，27（9）：48-53.XUE Yongduan，F(xiàn)ENG Zuren，XU Bingyin，et al.Earth fault protection in non-solidly earthed network based on transient zero sequence current comparison［J］.Automation of Electric Power Systems，2003，27（9）：48-53.

［12］王耀南，霍百林，王輝，等.基于小波包的小電流接地系統(tǒng)故障選線的新判據(jù)［J］.中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2004，24（6）：54-58.WANG Yaonan，HUO Bailin，WANG Hui，et al.A new criterion for earth fault line selection based on wavelet packets in small current neutral grounding system［J］.Proceedings of the CSEE，2004，24（6）：54-58.

［13］吳樂(lè)鵬，黃純，林達(dá)斌，等.基于暫態(tài)小波能量的小電流接地故障選線新方法［J］.電力自動(dòng)化設(shè)備，2013，33（5）：70-75.WU Lepeng，HUANG Chun，LIN Dabin，et al.Fault line selection based on transient wavelet energy for non-solid-earthed network［J］.Electric Power Automation Equipment，2013，33（5）：70-75.

［14］CHAARI O，MEUNIER M，BROUAYE F，et al.A new tool for the resonant grounded power distribution systems relaying ［J］.IEEE Transactions on Power Delivery，1996，11（3）：1301-1308.

［15］龐清樂(lè)，孫同景，鐘麥英，等.基于粗集理論的小電流接地系統(tǒng)故障選線［J］.中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2007，27（4）：60-64.PANG Qingle，SUN Tongjing，ZHONG Maiying，et al.Fault line detection based on rough set theory in indirection grounding power system［J］.Proceedings of the CSEE，2007，27（4）：60-64.

［16］李震球，王時(shí)勝，吳麗娜.一種諧振接地系統(tǒng)電弧高阻接地故障選線新方法及仿真［J］.電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2014，42（17）：44-49.LI Zhenqiu，WANG Shisheng，WU Lina.A new method and simulation for arcing high-impedance-grounding fault line selection in resonant grounded system［J］.Power System Protection and Control，2014，42（17）：44-49.

［17］潘貞存，張慧芬，張帆，等.信號(hào)注入式接地選線定位保護(hù)的分析與改進(jìn)［J］.電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2007，31（4）：71-75.PAN Zhencun，ZHANG Huifen，ZHANG Fan，etal.A new mechanism for reliability transaction of power market based on reliability price discrimination of demand side［J］.Automation of Electric Power Systems，2007，31（4）：71-75.

［18］桑在中，張慧芬，潘貞存，等.用注入法實(shí)現(xiàn)小電流接地系統(tǒng)單相接地選線保護(hù)［J］.電力系統(tǒng)自動(dòng)化，1996，20（2）：11-12.SANG Zaizhong，ZHANG Huifen，PAN Zhencun，et al.Protection for single phase to earth fault line selection for ungrounded power system by injection signal［J］.Automation of Electric Power Systems，1996，20（2）：11-12.

［19］樊淑嫻，徐丙垠，張清周.注入方波信號(hào)的經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)故障選線方法［J］.電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2012，36（4）：91-95.FAN Shuxian，XU Bingyin，ZHANG Qingzhou.A new method for fault line selection in distribution system with arc suppression coil grounding with square-wave signal injection［J］.Automation of Electric Power Systems，2012，36（4）：91-95.

［20］張宇，陳喬夫，程路，等.檢測(cè)配電網(wǎng)電容電流及辨識(shí)高阻接地的新方法［J］.電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2008，32（8）：83-87，101.ZHANG Yu，CHEN Qiaofu，CHENG Lu，et al.Novel method for measuring capacitive current and distinguishing high-resistance grounding of distribution network［J］.Automation of Electric Power Systems，2008，32（8）：83-87，101.

［21］曾祥君，尹項(xiàng)根，于永源，等.基于注入變頻信號(hào)法的經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)控制與保護(hù)新方法［J］.中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2000，20（1）：29-32，36.ZENG Xiangjun，YIN Xianggen，YU Yongyuan，etal.New methods for control and protection relay in a compensated medium voltage distribution network based on injection various frequency current［J］.Proceedings of the CSEE，2000，20（1）：29-32，36.

［22］朱珂，張鵬，徐文遠(yuǎn).一種基于可控短路的故障選線方案［J］.電力自動(dòng)化設(shè)備，2008，28（11）：1-7.ZHU Ke，ZHANG Peng，XU Wenyuan.Faulty line identification using controllable-short-circuits［J］.Electric Power Automation Equipment，2008，28（11）：1-7.

［23］朱珂，裴佑楠，陳晨，等.自適應(yīng)控流型故障選線方案［J］.電工技術(shù)學(xué)報(bào)，2009，24（8）：174-182.ZHU Ke，PEI Younan，CHEN Chen，et al.Self-adaptable and current controllable faulted line identification scheme［J］.Transactions of China Electrotechnical Society，2009，24（8）：174-182.

［24］陳維江，蔡國(guó)雄，蔡雅萍，等.10 kV配電網(wǎng)中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈并聯(lián)電阻接地方式［J］.電網(wǎng)技術(shù)，2004，28（24）：56-60.CHEN Weijiang，CAI Guoxiong，CAIYaping，etal.Neutral grounding mode in 10 kV distribution network via Peterson coil with parallel resistance［J］.Power System Technology，2004，28（24）：56-60.

［25］明志強(qiáng)，許虎.經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)的中電阻快速選線方法［J］.電網(wǎng)技術(shù)，2009，33（12）：112-114.MING Zhiqiang，XU Hu.Middle resistance fault line selection method in resonant grounded system［J］.Power System Technology，2009，33（12）：112-114.

［26］WANG Wencong，ZHU Ke，ZHANG Peng，et al.Identification of the faulted distribution line using thyristor-controlled grounding［J］.IEEE Transactions on Power Delivery，2009，24（1）：52-60.

［27］要煥年，曹梅月.電力系統(tǒng)諧振接地［M］.2版.北京：中國(guó)電力出版社，2009：46.