配电网瞬时故障暂态信息的利用
福州大学电气工程与自动化学院、国网福建省电力有限公司的研究人员陈斯丹、李天友、蔡金锭，在2015年第2期《电气技术》杂志上撰文，阐述了配电网瞬时故障暂态信息的产生原理和故障暂态信号的采集方法，介绍了配电网瞬时故障暂态信息在接地故障选线上的研究与应用，并指出其存在问题，最后提出了本课题对基于配电网瞬时故障暂态信息的配电网绝缘监测的研究与应用展望。
随着智能配电网的进一步发展，电力用户对配电网的供电可靠性提出了更高的要求。统计表明，在配电网故障引起的停电事故中，单相接地故障约占事故总数的80%[1]，而其中70%的故障是由绝缘劣化引起的[2]。配电网在绝缘劣化的过程中，会发生大量瞬时故障，而每次瞬时性故障的发生，都会伴随着瞬时暂态信号的产生。
因此，通过对暂态信号的分析研究，可找出绝缘劣化线路，提高供电可靠性。本文将介绍配电网瞬时故障暂态信号的产生原因及采集方法，并介绍暂态信号在接地故障选线上的应用，最后指出暂态信号在绝缘监测方面的应用前景。
1 瞬时故障暂态信息的产生与采集（略）
图2 故障录波装置系统框图
2 配电网瞬时故障暂态信号的利用
从发生单相接地故障瞬间到故障进入稳态之前，系统将经历一个复杂的暂态过渡过程，该暂态过程含有丰富的故障信息，暂态零序电流幅值比稳态值大几倍到几十倍且不受消弧线圈的影响。因此，提取该暂态信号可用于分析故障。本节将主要介绍基于配电网瞬时故障暂态信号的接地故障选线技术。
2.1 配电网接地故障选线技术的研究与应用
目前，对于暂态信号的研究主要体现在对暂态信号处理的数学分析工具应用方面、暂态信号特征量提取方面及特征量处理方面。这里将对基于暂态行波的接地选线技术、基于暂态零序电流特征频带的接地选线技术和基于小波变换的接地选线技术等进行介绍。
（1）基于暂态行波的接地选线技术
当配电网发生单相接地故障时，在故障线路和非故障线路上会产生暂态行波[8]。暂态行波自故障点向两侧传播，往母线方向在母线处发生反射、折射，入射波与反射波在故障线路上发生叠加，形成故障线路的初始行波，其值最大；非故障线路上的初始行波则由故障点发出的暂态行波在母线处折射得来，数值很小[9-10]。因此，借鉴比幅比相法，选出故障线路。
基于暂态行波的配电网故障选线装置已应用于全国十多个变电站。现场试验表明，基于暂态行波的接地选线技术具有较高的选线精度和灵敏度。但是行波的传播速度很快，采样频率需1MHz左右，硬件成本要求较高，且对于开关动作产生的此类操作波，则易产生误判等现象，还需进一步改进。
（2）基于暂态零序电流特征频带的接地选线技术
故障时零序网络中线路的相频特性(在正负90°上交变的周期方波函数)，随着频率的逐渐升高，线路零序阻抗会交替呈容性、感性出现，并且在首段频带呈容性，基于暂态零序电流特征频带的接地选线技术就是据此提出的[11-12]。若选取所有线路共有的这个容性频带作为特征频带(Selected Frequency Band，SFB)，则SFB内各健全线路的零序分量均呈容性。
因此，故障线路暂态零序电流的幅值等于所有线路暂态零序电流幅值总和的1/2，但健全线路暂态零序电流幅值不到一半，据此对故障线路做出选择。以此选线方法研制的选线装置，已应用于国内多个地方，应用效果表明该方法具有较高的选线正确率。但是该选线方法的选线准确度易受SFB选取影响，而配电线路因结构复杂，系统参数多变，故障情况各不相同，SFB不易确定。
（3）基于小波变换的接地选线技术
当谐振接地系统发生了单相接地故障时，产生的暂态零序电流信号为非平稳信号，而小波变换非平稳性好，能较好的处理此类信号。故基于小波变换的接地选线技术引起了人们的重视，国内外出现了大量的相关研究[13-14]。人们选取合适的小波包基函数，如DBN小波系，分析故障暂态信号，比较暂态零序电流的幅值和极性，判定零序电流幅值最大且极性与其他线路相反的线路为故障线路。
采用小波原理的选线装置也被广泛应用于国内诸多地方，现场应用表明，基于小波变换的接地选线装置由于具有较强的抗过渡电阻的能力，且不易受故障发生时刻和补偿度的影响，因此具有较高的选线正确率和可靠性。
3 基于配电网瞬时故障暂态信号的应用展望
现阶段，选线技术的研究是基于故障已经发生的情况，即在配电线路发生永久性接地故障后，由选线装置依据选线算法选出故障线路。对于发生永久性接地故障，在选出故障线路后，由运维人员以人工巡检或借助故障定位的方式，查找故障点；对于发生瞬时性接地故障，在选出故障线路后，只能依靠增加巡检力度来预防因电气设备绝缘劣化导致的永久性接地故障，而无法永久性故障发生前，及早发现绝缘劣化的设备，做出故障预警。
基于以上分析，对瞬时故障暂态信号在配电网绝缘监测预警方面的应用提出以下展望：
（1）统计表明，电力设备运行中的故障，70%是由绝缘劣化引起的。因配电网电气设备在长期运行电压和外界环境因素的影响下，其绝缘劣化为一个缓慢的过程，刚开始一般发生零星的瞬时故障，随着绝缘劣化的加剧，瞬时故障次数逐渐增多，直至绝缘完全破坏发生永久性接地故障[15]。故可依靠分析瞬时接地故障的暂态信号来监测电气设备的绝缘状态。
（2）配电网绝缘监测技术的关键是接地故障选线技术。但是现有的选线技术均无法满足在各种条件下的高准确度，故只能依靠技术较为完善的故障波形采集记录装置，以零序电压超过阈值作为波形记录的启动条件，采集记录故障前、故障时和故障后的零序电压、零序电流波形数据。之后在针对不同的条件，采用不同的数学分析方法，如小波变换、HHT变换等处理暂态信号，再用接地选线故障判据选出故障线路。
（3）在确定故障线路后，可再进一步使用相关的定位算法，如复合导纳法定位故障点，亦或是数学分析算法推断故障原因等，确定绝缘劣化的配电设备，以便运维人员在巡检时着重检查该设备，提高巡检的工作效率。
4 结语
本文通过分析暂态信号的产生原理分析、介绍瞬时故障暂态信号的采集，以及介绍基于故障暂态信号的在接地故障选线技术方面的应用，指出对配电网瞬时故障暂态信号的利用至关重要。
最后，本文提出瞬时故障暂态信号在配电网绝缘监测应用的展望，利用基于瞬时故障暂态信号的绝缘监测技术在永久性接地故障发生前做出故障预警，判断绝缘劣化线路，以保障配电网的可靠运行。同时，本文指出实现基于瞬时故障暂态信号的绝缘监测预警的关键技术是瞬时故障接地选线技术。