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我國6~66kV中壓配電網(wǎng)普遍采用中性點不接地和經(jīng)消弧線圈接地等非有效接地方式。配電網(wǎng)深入用戶終端，運行與故障工況復(fù)雜多變，現(xiàn)有配電網(wǎng)接地故障選線方法難以有效覆蓋不同故障工況。尤其對于配電網(wǎng)頻發(fā)的弧光接地故障與高阻接地故障（如樹枝碰線、經(jīng)橫擔(dān)接地、導(dǎo)線跌落瀝青或混凝土路面等），故障特征十分微弱，加之電弧不穩(wěn)定及負(fù)荷諧波干擾等因素影響，其檢測與處理難度較大，現(xiàn)有故障判據(jù)對弧光與高阻接地故障誤判率仍較高，導(dǎo)致系統(tǒng)長時間帶接地故障運行，嚴(yán)重威脅配電網(wǎng)運行安全。

隨著配電網(wǎng)電纜線路敷設(shè)面積增大，系統(tǒng)電容電流水平逐步上升，長時間帶接地故障運行易使故障發(fā)展為相間故障或多點故障；非線性負(fù)載及電力電子設(shè)備的廣泛接入使干擾因素對故障檢測的影響進一步增強；弧光接地故障易引起全系統(tǒng)過電壓，造成多組變壓器和開關(guān)柜燒毀，危及設(shè)備及人身安全。

2019年6月，國家電網(wǎng)公司設(shè)備部發(fā)布《關(guān)于加強大城市配電電纜網(wǎng)單相接地故障快速處置工作的通知》，明確指出應(yīng)“推廣接地選線跳閘技術(shù)，全面提升大城市配電電纜單相接地故障快速處置能力，降低因配電電纜單相接地故障引發(fā)電纜通道火災(zāi)及大面積停電風(fēng)險”。因此，在配電網(wǎng)發(fā)展的新形勢下，有必要研究具備高度自適應(yīng)性、強魯棒性的配電網(wǎng)接地故障選線方法，增強配電網(wǎng)接地故障防御能力。

目前國內(nèi)外主流的配電網(wǎng)接地選線保護方法大致可分為基于穩(wěn)態(tài)特征判據(jù)的選線方法、基于暫態(tài)特征判據(jù)的選線方法和注入信號法。上述方法的保護判據(jù)僅基于對單一特征量的分析產(chǎn)生，而配電網(wǎng)運行方式復(fù)雜多變，故障條件無法預(yù)測，單一的保護判據(jù)無法覆蓋所有的接地工況，因此故障選線準(zhǔn)確度不高。

近年來，智能配電網(wǎng)的興起極大地促進了高級配電自動化（Advanced Distribution Automation, ADA）技術(shù)的發(fā)展。隨著人工智能與大數(shù)據(jù)技術(shù)在各工業(yè)領(lǐng)域的普及和應(yīng)用，基于智能算法的接地故障選線方法成為繼電保護領(lǐng)域的研究熱點，基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法、貝葉斯方法、遺傳算法及粗糙集理論方法等智能保護算法的配電網(wǎng)接地故障選線技術(shù)逐漸涌現(xiàn)。

這些方法憑借良好的數(shù)據(jù)處理能力在一定程度上提升了故障選線方案的精度和自適應(yīng)性，但保護判據(jù)的形成過程普遍缺乏明確的物理機理，僅通過對海量樣本進行訓(xùn)練完成故障判斷。在運行方式變化的情況下無法實現(xiàn)對系統(tǒng)運行狀態(tài)的全面刻畫，故障判斷結(jié)果存在片面性，無法滿足配電網(wǎng)動態(tài)環(huán)境中繼電保護的自適應(yīng)性需要。

有學(xué)者提出“故障測度”的概念，綜合選取多種故障判據(jù)，要求每個判據(jù)依據(jù)各自的特征量定量地度量出各元件具有的故障征兆程度，最后由決策環(huán)節(jié)做出綜合判斷。該綜合判據(jù)填補了傳統(tǒng)保護判據(jù)不能體現(xiàn)判據(jù)自身可靠程度的缺陷，輸出判斷結(jié)果的同時能夠提供其他元件的故障跡象信息，為運維人員進行故障處理提供參考。

針對上述問題，智能電網(wǎng)運行與控制湖南省重點實驗室（長沙理工大學(xué)）的研究人員拓展“故障測度”的概念，提出一種基于模糊測度融合診斷的配電網(wǎng)接地故障選線方法，使其含義由各元件故障跡象的橫向比較轉(zhuǎn)換為某一饋線隸屬于故障狀態(tài)或非故障狀態(tài)的縱向比較，將系統(tǒng)運行的歷史數(shù)據(jù)進行模糊聚類分析得到故障模糊測度融合判據(jù)，使判據(jù)能夠有效覆蓋更多故障工況，并具備對運行條件變化的自適應(yīng)性。

圖1 10kV配電網(wǎng)接地故障實驗條件

研究人員指出，本方法提取多種運行工況及不同故障條件下的特征樣本組成歷史特征樣本集，借助模糊C均值聚類算法，以多種故障檢測方法獲取的多源故障信息為指標(biāo)，將歷史樣本劃分為故障類與非故障類，求取各類別的聚類中心。從不同角度比較待測樣本與歷史特征樣本集的樣本相似程度，形成多種樣本相似性測度判據(jù)，進而構(gòu)成模糊測度融合診斷矩陣；建立多級評判指標(biāo)體系對模糊測度融合診斷矩陣進行評判，并輸出綜合判據(jù)矩陣作為最終保護判據(jù)。

他們表示，PSCAD/EMTDC仿真與10kV真型實驗室測試結(jié)果均證明了本方法的有效性，在故障錄波數(shù)據(jù)失真，部分樣本相似性測度判據(jù)發(fā)生誤判的情況下，通過多級評判指標(biāo)體系對模糊測度融合診斷矩陣進行修正，依然能夠準(zhǔn)確識別故障樣本，執(zhí)行正確的故障選線判斷，大幅提升配電網(wǎng)各類接地故障選線的正確率。該方法無需設(shè)置保護整定值，可實現(xiàn)接地故障的無整定保護，具有不受系統(tǒng)運行方式變化影響的特點。

本文編自2022年第3期《電工技術(shù)學(xué)報》，論文標(biāo)題為“基于模糊測度融合診斷的配電網(wǎng)接地故障選線”，作者為喻錕、胥鵬博 等。