摘要：合理选择接地故障线路是小电流接地系统一直面临的难题。如果采取单一的故障选线方法，只能处理一部分的故障信息，不利于提高选线可靠性。文章基于模糊理论，提出了一种全新小电流单相接地装置。经过现场应用，表明该装置在选线中发挥重要作用，可应对各种故障，提高装置运行稳定性、可靠性。
关键词：模糊理论；小电流单相接地；接地故障线路；信号融合技术；信息融合技术
中图分类号：TM711 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2012）07-0011-02
一、概述
以我国当前中压配电网的中性点应用状况来看，一般采取不接地或者经过消弧线圈再接地的方法，即小电流接地。应用小电流接地系统时，产生的接地故障选线问题，一直以来困扰着电网发展。各个专家学者对此进行了深入研究，在不同原理基础上，选择多种选线方式，一些较为先进的选线装置已经在实际工作中运用。
但是以现场应用的实际情况来看，很多选线方法并不理想，效果不佳，经常出现误选或漏选现象。主要原因为：在小电流接地系统中，零序阻抗相对较大，且容易受到故障接地中过渡阻抗的影响作用，故障点的电流较小，但是故障线路和非故障线路无明显区别，再加上各种复杂的影响因素，因此经故障选线装置测量的故障特征，如零序功率、零序电流等，具备不确定性、模糊性特征。一般情况下，受到干扰的原因与检测手段相关，即使同一个干扰信号也会对不同的故障检测结果产生影响。可以说，如果采取单一的选线方式，不可能对所有故障类型发生作用。本文基于模糊理论原理，提出一种全新小电流单相接地装置，通过模糊理论对各种选线的计算方法实现智能融合，发挥各种算法的优势互补，尽量涵盖所有的选线范围，确保选线结果正确、可靠。
二、模糊理论
经大量应用实践表明，当前模糊理论已成为具备智能化技术的途径之一，可有效处理较多复杂且不确定的问题，利用数学思想、数学方法，研究并处理模糊现象。本文所指的“模糊理论”主要指事物差异过渡部分的不明朗，尤其在小电流故障选线中较为常见。例如，对于某一故障的特征明显程度、方法有效性等缺乏精确度量，模糊性明显。模糊理论的应用，可构建隶属函数，以处理模糊特征，将原本存在的不分明转化为确切的数值。模糊选线就是应用模糊原理，实现各种选线判据的信息整合，根据客观的判断规则，建立选线故障方法，同时构建权系数隶属函数。最后，融合各种判据中的数值，获得综合性、准确性、可用性的选线结果。
三、小电流单相接地的故障特征
在电网正常运行状态下，各线路的对地电容基本类似，其中性点的电压接近零。如果出现单相接地故障，则破坏了三相对地通路的对称特征。由于中性点处于悬空状态，当一相接地，则中性点的电位出现偏差，造成其他两相对地电压的升高。尤其在出现单相金属接地故障的状态下，相对地电压也降到零，而中性点的电位将提升到相电压，其他的两相电压迅速升高，电网中将产生零序电压。以下将对具体特征进行分析：
（一）中性点经消弧线圈的故障特征
如果在中性点的不接地电网中出现单相接地故障，在接地点位置，如果通过全系统对地的电容电流，如果电流较大，则可能在接地位置产生电弧，造成弧光过电压，进一步升高没有产生故障相的对地电压，进而损坏绝缘，导致两点接地短路或者多点接地短路，产生停电状况。为了解决这一问题，应该在中性点位置接入电感线圈，这样就可确保在接地点位置流过电流分量，该电流与原有系统中的电容电流抵消，减少经过故障点的电流，即消弧线圈。
（二）单相接地的暂态电特征
对于暂态电流分量来说，消弧线圈具有开路的特征。因此，在中性点经消弧线圈的接地以及不接地方式下，暂态电流的特征基本类似。如果在中性点经消弧线圈接地的接地系统中出现了故障，则故障点将在瞬间产生接地电流，包括暂态电容电流与暂态电感电流两部分。由于二者频率与幅值的差别较大，因此在暂态时无法相互补偿。在工频电压条件下，导出的失谐度、残余电流等概念失去作用。
四、模糊理论在小电流单相接地装置中的应用
（一）信号融合技术
所谓信息融合，主要为多传感器信息融合与数据融合两部分，其中包含诸多新学科与传统学科。在信息融合技术中，根据一定规则，组合了不同的传感器数据、知识源等，以获得更全面、更可靠的信息，产生更直观的认识。随着我国信息技术的飞速发展，雷达信息处理技术朝自动化方向发展，同时促进信息融合技术的进步。在信息集成与应用过程中，其基本功能主要包括估计、识别与相关。其中，估计处理是针对已经采集到的信息，进行相应处理，对未知参数和目标状态实行检测；识别技术则包括模型识别技术、参数分类识别技术以及物理模型识别技术等几方面，其中较为成熟的方法主要有模糊识别、专家系统、神经网络、模板法、表决法等；相关处理则是采集同一知识源的相关信息，根据判据原则，将信息划分为若干组合，并采取定量分析。
以信息处理角度为出发点，在小电流单相接地系统故障中，选线的故障特征可包括不同的故障类型、不同的故障时刻、不同的故障位置以及不同线路中产生的零序电压、零序电流等。所谓信息融合技术选线，就是将各种故障特征融合处理，结合具体的判据条件，选择故障线路。应用信息融合技术，其主要优势体现为应用多个传感器，其中获得的信息量及信息精度明显高于单个传感器，且相互之间具有较强的互补性。主要体现为：增强了系统的安全性能，拓展侦察空间，提高系统的生存能力，有效抵抗损坏性。
（二）信息融合技术
1．数据级的融合。通过数据层，融合处理信息，体现了对采集数据的滤波器处理。再利用滤波之后获得的特征量，将故障检测模块启动，并将采集到的原始数据作为信息处理的直接对象，利用模型分析并整合数据，最后将处理之后的数据传输到诊断模型中，与模型中已经具备的故障信息进行比较分析，确定是否存在故障。数据融合技术的主要优势在于：处理对象主要为原始数据。通过对原始数据的分析与融合，确保输出数据中体现诸多细节量。但是数据级融合方式，无法对若干个数据源的特征进行同时对比与分析，在一定程度上影响了融合结果的可靠性。另外，采用这一技术的工作量较大，影响融合结果的输出效率与质量。
2．特征级的融合。有关特征级的融合应用，可以从若干个数据源中获得特征故障信息，实现参数预估。其产生故障的主要特征量为：零序、正序、负序、功率、导纳、能量、阻抗等。一般可采取小波变化、傅里叶变换等方式。特征级的融合，主要步骤分析如下：（1）对于已经采集到的多源数据，结合相关应用技术，经过比较分析而获得特征量；（2）结合特征融合的模型，分析并整合特征信息；（3）将已经计算出的融合结果在上层处理模型中应用。有关特征级的融合，其优势体现在可分析比较多数据源，提高融合结果的精准性。
3．决策层的融合。对于决策层的信息融合，主要针对测量点的故障信息而言。在不同的故障情况下，融合处理故障特征量，并客观判断线路。对于决策级的处理对象来说，其数据源针对的决策结果，利用有关技术，可高质量、高效率地处理数据源，并获得决策结论，利用信息融合模型，即可对决策结论实行综合分析，最终得到一致性结论，并将此作为处理对象。因此可以说，融合的结果将对决策结果产生直接影响。由于决策级的融合，处于模糊理论数据处理的最高层，因此数据误差的影响性较小，提高了系统的容错能力。
有关数据层的信息融合与特征层的信息融合，当前已经较好地应用于电力系统故障选线中，但是决策层信息融合的应用仍有待挖掘。因此，采取各种各样的故障选线处理方法，结合更多故障特征量，减少各种干扰因素，增强选线的鲁棒性与精确度。
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（责任编辑：王书柏）