西安理工大学智能电力系统保护研究团队：基于不同时段内积投影的灵活接地系统高阻故障选线方法

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中压配电网发生高阻故障时的准确选线一直是亟待解决的研究课题。西安理工大学智能电力系统保护（Smart Power System Protection, SPSP）研究团队提出了一种基于中性点小电阻投入前后不同时段下内积投影的灵活接地系统高阻故障选线方法，具体为：将小电阻投入后各馈线零序电流对小电阻投入前母线零序电压和中性点零序电流计算内积投影值，充分利用不同时段下的故障特征，进一步简化了高阻故障选线判据原理，解决了小电阻投入后电压大幅降低带来的问题，并在构建判据时采用互补性原理构造选线判据，大量仿真实验验证了方法的有效性。

研究背景

高阻故障是一种常见的配电网故障形式，故障特征弱，约占中压配网故障的5%~20%，对于阻抗非常高的一些接地材料，接地电流幅值仅有数安培，大部分为伴有电弧产生，传统保护无法保证可靠性，如果不能及时判定出故障馈线，极有可能导致大规模停电、森林火灾，且存在人身触电风险，如图1所示。因此，研究高阻故障检测技术具有十分的重要意义。

图1 高阻故障危害

论文所解决的问题及意义

现有的高阻故障选线方法大多采用单一判据，无法适应多变的故障工况，特别在极端故障工况下可靠性无法保证，存在适应性较弱的问题。现有灵活接地配电系统在判据构造时，采用了小电阻投入后的母线电压，但是，当发生高阻故障时，小电阻的投入，会使母线电压明显降低，仅采用小电阻投入后同一时段内电流与电压进行判据构建时，检测准确性易受影响。因此，通过中性点小电阻投入前后不同时段、不同故障分量间内积投影，充分利用了不同时段下的故障特征，进一步提高了高阻故障检测的准确性。

论文方法及创新点

（1）高阻故障分析

针对灵活接地配电系统，计算小电阻投入后故障馈线电流、健全馈线电流对小电阻投入前母线电压、中性点电流内积投影结果：T1、T2、T3、T4，在考虑配网实际参数下，可以得出，故障馈线内积投影幅值大于健全馈线，如图2所示，基于该差异可构造高阻故障选线判据。

图2 内积投影 表达式

（2）高阻故障选线流程

提出基于不同时段内积投影的灵活接地配电系统高阻故障选线流程，具体如图3所示，依次进行判据1、判据2判断、最后，由最终判据判定故障馈线。

图3 高阻故障选线流程

（3）仿真分析

将各馈线零序电流分别对母线零序电压、中性点电流做内积投影，如图4(b)、图4(c)，可以看出，故障馈线l4内积投影幅值远大于健全馈线，且判据1与判据2判定结果一致，因此，将馈线l4判为故障馈线。

图4 内积投影波形

结论

（1）灵活接地系统在小电阻投入前为谐振接地系统，投入后可等效为小电阻接地系统，并且小电阻投入后故障馈线零序电流稳态分量幅值显著大于健全馈线；同时，小电阻投入后母线零序电压会发生降低现象，因此，小电阻投入前的母线零序电压更适合作为被投影量。

（2）本文将小电阻投入后各馈线零序电流对小电阻投入前母线零序电压与中性点零序电流的内积投影相结合，构造了2种选线判据，充分利用了不同时段下的故障特征，提高了高阻故障选线的准确性。

（3）在含DGs的辐射状灵活接地系统中，验证了不同类型工况，均表明本文方法具有较好的适应性；与基于相位的选线判据相比，本文方法适应复杂工况能力更强，且判据的计算时间更短；除此之外，本文方法在电流互感器反接时，依然可以准确判定出故障馈线。

团队介绍

西安理工大学智能电力系统保护（Smart Power System Protection, SPSP）研究团队聚焦中压配电网接地故障快速处置、交直流混联配网保护与控制等领域研究，自成立以来得到了国家自然科学基金、陕西省重点研发计划、国家电网公司等多项课题的支持。

团队带头人王晓卫副教授，博士生导师，西安交通大学电力系统及其自动化专业博士学位，入选省部级人才计划，担任IEEE PES（中国）配电线路保护、电力线路保护等多个分委会常务理事，中国电工技术学会青年工作委员会委员，SCI期刊《Protection and Control of Modern Power Systems》Associate Editor、EI期刊《电力系统保护与控制》青年编委、助理编辑、CSCD核心期刊《中国电力》首届青年编委。主持包括国家自然科学基金-面上项目、青年项目、陕西省高层次人才引进计划在内的有关配电网保护纵向课题10余项，承担电网公司委托横向课题多项；作为课题骨干，参与国家重点研发计划1项，国家自然科学基金重点项目1项，发表论文110篇，SCI收录38篇（中科院2区以上25篇），EI收录65篇，其中第一作者或通讯作者发表论文80篇；授权发明专利58项；研究成果获省部级科技进步奖11项，其中，以第1完成人获省部级科技奖7项，以参与人获省部级科技进步奖4项。

王晓卫

1983年出生，副教授，博士生导师，研究方向为新型配电系统继电保护、中压配电网接地故障快速处置。

刘伟博

1997年出生，硕士，研究方向为新型配电系统继电保护。

郭亮

1986年出生，高级工程师，研究方向为配电自动化、新型配电系统继电保护、配电网运行与控制。

梁振锋

1974年出生，副教授，硕士生导师，研究方向为电力系统继电保护与控制、配电网规划与运行控制。

本工作成果发表在2024年第1期《电工技术学报》，论文标题为“基于不同时段内积投影的灵活接地系统高阻故障选线方法”。本课题得到国家自然科学基金项目和国网江西省电力有限公司科技项目的支持。

引用本文

王晓卫, 刘伟博, 郭亮, 梁振锋. 基于不同时段内积投影的灵活接地系统高阻故障选线方法[J]. 电工技术学报, 2024, 39(1): 154-167. Wang Xiaowei, Liu Weibo, Guo Liang, Liang Zhenfeng. High Impedance Fault Line Selection Method Based on Inner Product Projection of Different Time Periods for Flexible Grounding Systems. Transactions of China Electrotechnical Society, 2024, 39(1): 154-167.

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