配電網結構形式多樣，線路分支龐雜，直接與電力用戶相連，其供電的可靠性關系到供電質量及安全生產。當小電流接地系統發(fā)生單相接地故障時，信號較弱，故障機理復雜，檢測較為困難。尤其對諧振接地系統而言，其消弧線圈對容性電流的補償使得故障后的穩(wěn)態(tài)零序電流變得更小。據現場數據統計，單相接地故障約占總故障的80%，若不及早排除，則極有可能發(fā)展成相間短路故障。

然而，小電流接地系統單相接地故障定位功能的空缺，與單相接地故障率高及配電網對供電可靠性高的要求極不適應。因此，這就要求配電網自動化系統能快速準確地定位出故障區(qū)段，從而隔離故障范圍并恢復可靠供電。

近年來，隨著配電網智能化的推進，使自動定位故障成為可能。目前的故障區(qū)段定位算法主要依據零序電流特征展開，通過實時采集零序信號，利用信息處理手段挖掘故障區(qū)段和健全區(qū)段的差異程度。

• 有學者利用相關系數法度量各區(qū)段暫態(tài)零序電流的極性差異，但沒有考慮零序電流信號的幅值特性，信息完備性較差。
• 有學者依托廣域同步測量技術，利用暫態(tài)零序電流脈沖突變及極性相反的特點定位，然而電流突變法對弧光和間歇性接地故障的識別效果較差。
• 有學者從衡量波形復雜性的角度出發(fā)，提出利用故障點上游與下游暫態(tài)零序電流波形的近似熵比值差異來識別故障區(qū)段。
• 為了進一步突出故障區(qū)段和健全區(qū)段的熵值差異，有學者采用小波包分解暫態(tài)零序電流，然后再利用相對熵度量不同區(qū)段的頻譜能量差異，明確地區(qū)分了故障區(qū)段與健全區(qū)段，但小波基函數的選取困難依然是小波分析的難點。
• 有學者將小波與神經網絡結合進行故障定位，但是智能算法往往注重數學計算，而忽略了故障本身的特征，且計算復雜。
• 有學者采用動態(tài)時間彎曲距離算法，從新的角度度量暫態(tài)零序電流波形的相似度，利用故障兩側零序電流差異的顯著特點來識別故障區(qū)段，該方法在不同故障點、不同故障角、不同接地電阻條件下均可準確定位故障區(qū)段。

以故障點兩側的暫態(tài)零序電流波形相似程度為基礎，本文提出一種采用灰色關聯分析的廣域集中式故障區(qū)段的定位方法：首先，在廣域集中式系統結構平臺下實現暫態(tài)信號同步采集；再通過比較區(qū)段兩側暫態(tài)零序電流的灰色關聯度的大小確定各故障區(qū)段；最后在Matlab/Simulink上搭建10kV仿真模型，驗證該方法對小電流接地系統的單相接地故障區(qū)段定位的有效性。

圖4 單相接地故障區(qū)段定位的仿真模型

總結

本文從暫態(tài)零序電流波形相似度的角度出發(fā)，通過比較故障線路各區(qū)段的暫態(tài)零序電流序列的灰色關聯度值，實現小電流接地系統的故障區(qū)段定位。該定位方案依托于廣域測量系統構建的集中式結構，可實現暫態(tài)零序電流信號的同步采集。由于集中決策中心只收集故障線路各區(qū)段的故障信息，因此有效地降低了系統的通信量以及集中決策中心的計算量。

通過仿真驗證可知，故障區(qū)段和健全區(qū)段的灰色關聯度值差異明顯，定位結果準確可靠，并且不受故障角、接地電阻以及故障位置的影響。