高阻接地故障检测（HIFD）问题是中性点有效接地系统中配电线路所特有的问题，是当前国际继电保护和故障检测领域的难题和热点研究问题，也是目前我国在建、改建的配电系统迫切需要解决的问题。围绕该问题本项目拟开展四个方面的研究：①高阻接地故障暂态数据获取，包括试验获取和仿真计算，为研究和析取故障特征奠定基础。②高阻接地故障特征分析与提取方法研究，包括使用小波变换分析和描述接地故障瞬间出现的初始行波和间歇性电弧重燃再击穿所出现的相继行波现象，基于瞬时无功理论和希尔伯特变换刻划故障方向特征，以及基于傅立叶变换分析三次谐波电流特征和谐波源。③提出并构造有效的HIFD检测算法，构造基于瞬时功率的方向元件以提高灵敏度，构造基于三次谐波电流的辅助检测判据以提高可靠性。④研制基于上述原理和算法的高阻接地故障检测装置并通过实验验证。

光纤复合架空地线兼具通信通道和避雷线的功能，十多年来已在高压输电线路中得到了广泛应用。中国在 220 kV 及以上中性点有效接地系统中普遍采用两根地线对称架设方式，一根采用钢绞(GJ)地线，一根采用光纤复合地线(optical fiber composite overhead ground wire，OPGW)。

输电线路运行过程中，导线带有一定电压，并通过一定的负荷电流，在其周围形成强 烈的电磁场，架空地线处于该电磁场中，其上会产生感应电压。若地线通过一定的路径构成闭合回路，如通过大地或两地线间构成回路，则会有感应电流出现，产生损耗。感应电压、电流可分为电磁感应、静电感应两部分，见图3。

据统计 220 kV单回线路的地线在逐塔接地方式下，感应环流损耗约(5~10)万kW·h/(百 km·a)，330 kV输电线路约为(40~60)万kW·h/(百 km·a)，500 kV 输电线路约为(300~500)万 kW·h/(百 km·a)；按照 0.2 元/(kW· h)来计算，一条 500 kV、100 km 长的线路一年将有大约(60~100)万元的损失；美国765 kV输电线路，其地线感应环流损耗约为236.52万kW· h/(百 km· a)，仅 765 kV 线路每年地线电能损耗费用高达百万美元，数额相当可观。按国内电力总容量估算，全国每年地线上的电能损耗将达百亿千瓦时。因此有必要研究地线感应电量及其影响因素，从而减小能量损耗。

电压分布计算OPGW 地线感应电压分布的计算

330 kV 输电线路一个绝缘分段内 OPGW 地线感应电压的等值计算网络图见图4。 图4中：Z_Li 为杆塔 i 和杆塔 i 1 间档距内地线的阻抗，R_gi 为杆塔 i的接地电阻，U_i(i 1)为杆塔 i 和杆塔 i 1 计间档距内的地线上的电磁感应电压。1、2、…、k、…、n为杆塔编号，其中，1~k 为每个绝缘分段内杆塔编号，1~n为整条线路的杆塔编号。

EMTP 是电力系统电磁暂态分析应用最广泛并得到普遍认可的仿真软件。双回导线逆相序排列，反向换位时，地线分别为 3 km 首端接地和 6 km 中点接地时，使用 EMTP 程序计算 OPGW 地线感应电压分布，计算结果见图5。由图5可知，OPGW 的感应电压与分段长度及分段方式有关。

电压分布计算地线感应电压的影响因素

研究结果表明，杆塔接地电阻对地线感应电压、环流及损耗影响不大，若 OPGW 逐基塔接地，则杆塔接地电阻的增大会抬高杆塔的塔顶电位。从地线感应电压的计算原理，可以推断地线感应电压与地线的分段方式、接地方式、线路输送潮流、导线的布置方式等因素有很大关系。根据现有输电系统中地线普遍采用的接地方式和上节的计算分析结果，笔者以 GJ 地线和 OPGW 地线分段绝缘、首端接地为例，分析研究导线换位方式、导线排列方式、地线分段长度等因素对 OPGW 地线感应电压的影响。

电压分布计算研究结论

笔者对系统多种运行工况下，330 kV 丰源—张村架空输电线路 OPGW 感应电压沿线分布进行了理论分析和仿真计算，并研究了 OPGW 感应电压的影响因素，得出以下结论：

1)当 GJ 地线和 OPGW 采用相同的分段绝缘、中点接地的接地方式，与首端接地和末端接地相比，在系统稳定运行时，OPGW 感应电压均保持在较低水平；

2)当输电线路采用反向换位时，与地线感应电压、比同向换位和不换位时的地线感应电压相比，OPGW 感应电压较小；

3)当双回输电线路采用逆相序排列时，地线感应电压要远小于同相序排列时地线感应电压；

4)当地线采用分段绝缘、一端接地的接地方式时，地线绝缘端的感应电压幅值与绝缘段的长度近似成正比；对于该 330 kV 系统，斜率约为 13 V/km；

5)在杆塔接地电阻和导线配置不变的情况下，OPGW 感应电压与线路输送容量基本成正比关系。 2100433B