提升小电流接地选线在调度主站端应用效果的研究 CNR217-091

项目背景

某供电局调度中心管辖52座变电站、176条出线，每年发生单相接地故障约110次。小电流接地系统故障电流仅数安培至数十安培，远小于负荷电流，选线难度大。长期依赖零序电流幅值比较法——取各出线零序电流幅值最大值且超5A门槛者判为故障线。但受线路长度差异（3至35km导致对地电容电流差异大）、CT传变误差和间歇性电弧接地等因素影响，准确率仅约72%。2022年度约28%的故障因选线错误需调度员人工试拉线路确认——最严重一次试拉了4条非故障线路后才定位到故障线，累计额外停电38分钟。传统信号注入法需在每座变电站加装信号源（约15万元/站），52座站投资巨大，一直未实施。

存在问题

单一幅值比较法对抗高阻接地（>500Ω）能力差——零序电流低于2A时接近CT噪声电平（约0.5A），难以可靠判别。舍弃了相位这一核心判据——故障线路与非故障线路的零序电流极性相反（差180°），幅值法完全忽略此信息。间歇性电弧接地导致稳态量剧烈波动——恒定门槛频繁失效。不利用暂态信息——接地瞬间的暂态高频分量（200Hz~3kHz）含有丰富故障特征，但未被利用。现有硬件条件下选线逻辑老旧，不更换CT或加装信号源的前提下无改进空间。

创新目标

三项目标：一、改进选线算法，将调度主站端选线准确率从72%提升至90%以上；二、选线时间从平均8秒缩至3秒以内；三、在现有SCADA硬件条件下通过软件算法升级实现，不增加任何硬件投入。故障线路与健全线路的区分依据从单一幅值扩展为极性+幅值+暂态三重判断。

技术方案

算法升级为双判据融合决策。第一判据——零序电流稳态极性比较：取故障发生前后各2个周波（共80ms）的数据窗，提取176条出线的零序电流基波分量（50Hz），计算故障线路与非故障线路合成相量的相位差（故障线相位与非故障线相差约180°±20°范围），作为主判据，置信权重0.7。第二判据——暂态高频分量的首半波方向：取接地瞬间前10ms数据进行200Hz至1kHz带通滤波，提取首半波极性——故障线路首半波极性与非故障线路相反，作为辅助判据，置信权重0.3。两判据得分加权求和，总分最高且>0.6的线路判定为故障线路。算法以C++编写，嵌入SCADA前置处理单元中，每15秒扫描一次零序电压越限事件触发选线计算。待选项排序列表和得分全部呈现在调度员界面上，保留人工确认按钮。原有幅值比较逻辑作为后备——当双判据均分<0.4时自动切换。

创新亮点

一是双判据融合将准确率从72%提升至94%——极性比较解决幅值法的抗干扰短板，暂态分量弥补稳态量在半周波内被电弧振荡抵消的缺陷。二是纯软件升级零硬件投入——在现有调度主站SCADA前置机上部署新算法模块，部署成本约为传统信号注入方案的零头（编程+测试约2人月vs 52站×15万/站=780万元）。三是选线速度从8秒缩至2秒——利用接地故障前2个周波作参考窗、后2个周波作分析窗，仅需80ms完成计算，加上通信和显示延迟约2秒。四是选线列表透明的排名+得分使调度员能快速判断主选和备选方案。

落地应用效果

改进算法于2024年6月升级至调度主站。上线后12个月内共发生接地故障107次，选线正确101次，准确率94.4%（较升级前的72%提升22.4个百分点）。误选的6次均发生在极端高阻接地工况（过渡电阻>2kΩ），系统自动切换至幅值比较后备逻辑，未影响调度员操作。平均选线时间2.1秒（含通信延迟）。因选线错误导致的人工试拉从年均约31次降至6次，减少非故障线路停电约25次/年，折合减少停电约1,000户时。该算法已被推荐为同省兄弟地市局的升级参考方案。

产出物：双判据融合选线算法C++源码1套（含部署说明和接口文档）、算法离线测试记录和回归对比分析报告1份、调度员操作指引更新版1份。

适用场景：中性点不接地及经消弧线圈接地系统的35kV及以下配电网单相接地故障选线，适用于调度主站SCADA或配电自动化系统。

⚠️ 安全提示：选线算法仅为调度员辅助决策工具，须结合遥测量和现场反馈综合判断；版本升级须在检修窗口期进行并做回归测试；高阻接地>1kΩ时告警窗中提示"高阻接地-选线结果仅供参考"。