新型配电系统复杂故障检测与辨识新技术研究

研究背景

• 配电系统运行环境复杂，高阻故障易发，危害大，传统保护难以检测。
• 高阻故障检测难点：接地电阻大，故障电流小，传统保护无法启动和选线。

弧光高阻故障检测

1. 基于参数优化的数学模型：采用配网真型试验模拟不同介质故障，引入动态电阻理论和改进粒子群参数寻优方法，实现精确建模。
2. 基于波形间歇性的方法：采用变分模态分解、峭度理论、能量算子时间熵构建判据，区分负荷投切、电容投切与高阻故障。
3. 基于波形非线性特征的方法：采用经验小波变换提取间歇性熄弧特征与不对称特性分量，构建排序方差判据实现检测。
4. 基于波形喇叭特性的后备保护方法：考虑燃弧周期与喇叭特性，采用最小二乘法构建判据，弥补间歇性特征不明显工况下的检测不足。
5. 基于随机共振的方法：采用随机共振、变分模态分解、峭度与偏度构建判据，利用外界噪声提升强噪声工况下的适应性。

弧光高阻故障选线

1. 基于极值特征的选线方法：挖掘故障微观特征量，采用低频分量极值点与综合内积构建判据，消除消弧线圈过补偿影响。
2. 基于故障多特征融合的选线方法：采用移频算法构建多特征融合判据，消除高比例DG接入时的谐波与不平衡影响。
3. 基于电流α模态的选线方法：提出适应三相单芯电缆完全解耦的相模变换方法，筛选特征模态构建检测判据，适应高电缆化率配网场景。

跨线相继故障

• 相继故障场景分析：城市电缆化率提升，相继故障成为“群爆、群跳”等事故核心诱因，分为无法二次启动、短时间间隔跳闸后装置未返回、长时间间隔三种情况。
• 跨线相继故障机理分析：本质是电容电流重新分配，暂态等值电路可看作两个单相接地故障并联，存在耦合特性。
• 跨线相继故障检测
  • 基于内积原理的同相相继高阻故障检测方法。
  • 基于暂态等效电容的同相相继故障检测方法。
  • 基于零序电容变化特征的异相相继故障检测方法。
  • 基于相对熵的跨线相继故障检测方法。

灵活接地系统高阻故障检测

1. 基于幅值比与相位差的检测方法：推导小电阻投入后各馈线与中性点零序电流的幅值与相位差异，实现检测。
2. 基于泄露电阻辨识的检测方法：分析小电阻投入前后线路等效对地电阻变化特征，构造基于配电系统固有参数的检测判据。

灵活接地系统+跨线相继故障检测

• 基于零序导纳模值比的跨线相继故障检测方法：推导小电阻投入前后故障馈线解析表达式，通过构建两种边界，计算零序导纳模值变化实现检测。

工程应用

• 开发了配网故障智能化处置成套装备，部署于江西41个县市8500多条线路，全省出线开关故障停运总次数下降85%，客户满意度跃居国网第1名。

未来展望

• 利用电弧电流波形变化宏观特征，结合现代信号处理方法实现弧光高阻故障准确识别。
• 从零序电流极值点、瞬时极性等微观特征出发，结合多特征融合思路，实现高比例新能源接入、高电缆化率城区配网、弧光相继故障等复杂场景下故障检测。
• 揭示高比例新能源接入、灵活接地模式、强噪声干扰、多次多点相继弧光高阻故障演化机理，攻克弱耦合故障与复杂场景下新型配电系统故障检测与辨识技术难题。
• 开展配网接地故障真型试验与现场录波数据收集工作，拓展更多配网故障场景，验证新型配电系统复杂故障检测与辨识新技术。