长沙理工大学汤涛、向志强 等：谐振接地系统断线不接地故障低频暂态分量分析

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导语

谐振接地系统发生断线不接地故障后，其低频暂态特征分析仍无明确结论，长沙理工大学研究团队在《电工技术学报》2026年第7期发表文章对此进行了深入分析。考虑消弧线圈过补偿方式及其在低频分量中的作用对复合序网图进行简化等效，并推导了母线零序电压、故障线路及健全线路零序电流的低频分量解析式，系统分析了主谐振频率和衰减因子等特征及其与单相高阻接地故障特征的差异。通过实验仿真验证了所分析内容的正确性。

研究背景

配电网作为电力系统中连接电源与用户的关键环节，其运行稳定性至关重要。近年来，随着架空绝缘线的广泛使用，由设备老化、绝缘破损、雷击等因素引发的断线故障日益频发，已成为配电网中常见的故障类型。

现有针对谐振接地系统断线不接地故障暂态特征的研究仅考虑高频暂态分量，而故障特征更为显著的低频暂态分量鲜有研究，其低频暂态特征分析仍无明确结论。因此，有必要深入研究谐振接地系统断线不接地故障低频暂态机理，以提升故障处理水平。

论文所解决的问题及意义

针对谐振接地系统中单相断线不接地故障低频暂态分量特征不明的研究空白，通过复合序网图构建与简化，推导了母线零序电压及线路零序电流的低频分量解析式，系统揭示了主谐振频率和衰减因子等特征的关键影响因素及其与高阻接地故障特征的显著差异。研究成果不仅完善了断线故障的理论体系，填补了低频暂态分析的空缺，更为实际工程中故障类型辨识、选线保护等应用提供了新的判断依据，有助于提升配电网运行的安全性与可靠性。

论文方法及创新点

1、断线不接地故障序网图简化

本文考虑消弧线圈过补偿方式及其在低频分量中的显著影响，忽略主变压器阻抗及与健全线路阻抗，并计及故障线路与负荷特点，对复合序网图进行简化等效。同时将消弧线圈与故障点上游对地电容等效为电感，从而获取适用于低频暂态特征分析的等效电路。

图1 谐振接地系统单相断线不接地故障序网简化图

图2 谐振接地系统单相断线不接地故障等效电路

2、断线不接地故障零序低频暂态分量分析

由等效电路图建立二阶线性非齐次微分方程，并推导故障后母线零序电压、故障线路与健全线路零序电流的低频分量解析式，分析零序低频暂态分量主谐振频率、衰减因子等特征。

图3 低频暂态分量波形图

图4 不同补偿度下零序分量频谱

3、与单相高阻接地故障的暂态特征对比

通过理论推导与仿真验证，揭示了断线不接地故障和单相高阻接地故障在零序低频分量衰减因子特征的差异特性，可为故障类型辨识提供新的判别依据与思路。

图5 不同故障下低频暂态分量衰减因子对比

结论

1）零序低频暂态分量幅值与线路参数、故障点到母线之间的距离、故障点下游对地零序电容有关。母线零序电压、各线路零序电流在首个衰减周期内具有最大峰值，接近且小于工频分量峰值的两倍。

2）低频暂态分量的主谐振频率与消弧线圈补偿度有关，过补偿时系统主谐振频率略高于工频；主谐振频率几乎不受衰减因子的影响，即可忽略故障位置、线路类型、负荷参数的影响。

3）低频暂态分量的衰减因子与故障距离、故障线路负荷参数有关。衰减因子随负荷有功、无功变化而变化，且故障点距母线位置越远，衰减因子越小。由于电缆线路对地零序电容较架空线路大，其变化更明显。

4）一般情况下，单相高阻接地故障的零序低频分量衰减因子远大于断线不接地故障；单相高阻接地故障零序分量的主谐振频率受过渡电阻影响，断线不接地故障的主谐振频率近似为一定值，由此可为故障类型辨识提供新思路。

团队介绍

研究团队为“国家杰出青年科学基金”获得者、“长江学者”特聘教授、“百千万人才工程”国家级人选曾祥君教授领导的长沙理工大学广域电网故障监控与灾害防治创新团队。团队成员主持了国家重点研发计划项目、国家自然科学基金杰出青年基金项目、国家自然科学基金重点项目等，曾荣获国家技术发明二等奖、湖南省科技进步一等奖、湖南省技术发明一等奖、中国电力科学技术一等奖等多项学术荣誉。现有“长江学者”特聘教授1名，“青年长江”1人，国家百千万人才工程及有突出贡献中青年专家2人，教育部课程思政教学名师1人，湖南省杰青3人，“湖湘青年英才”科技创新人才3人等。

汤涛

副教授，硕士研究生导师，电网防灾减灾固定研究人员，怀柔实验室双聘研究人员，研究方向为配电网高阻故障分析、辨识与故障定位、配电网馈线保护。

向志强

硕士研究生，研究方向为断线故障暂态分析。

曾祥君

教授，博士生导师，“国家杰出青年科学基金”获得者、“长江学者”特聘教授、“百千万人才工程”国家级人选，国务院政府特殊津贴获得者、教育部工程教育专业认证专家，长期从事电网故障检测、保护、定位、隔离和恢复等方面的研究。

本工作成果发表在2026年第7期《电工技术学报》，论文标题为"谐振接地系统断线不接地故障低频暂态分量分析"。本课题为国家自然科学基金和湖南省自然科学基金资助项目。

引用本文

汤涛, 向志强, 曾祥君, 陈宇隆, 杨聪. 谐振接地系统断线不接地故障低频暂态分量分析[J]. 电工技术学报, 2026, 41(7): 2315-2326. Tang Tao, Xiang Zhiqiang, Zeng Xiangjun, Chen Yulong, Yang Cong. Analysis of Low-Frequency Transient Components of Line Break Fault without Earthing in Resonant Grounding Systems. Transactions of China Electrotechnical Society, 2026, 41(7): 2315-2326.