配電網(wǎng)接地短路故障定位技術(shù)綜述

摘 要：在智能電網(wǎng)中，配電自動(dòng)化對于提高供電可靠性，增供擴(kuò)能，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)的高效經(jīng)濟(jì)運(yùn)行有深遠(yuǎn)意義。為解決電網(wǎng)兩相接地短路故障處理問題，對配電網(wǎng)兩相接地短路的情況下故障定位與供電恢復(fù)進(jìn)行了現(xiàn)象分析論述。

關(guān)鍵詞：配電自動(dòng)化；接地短路；故障定位；

中圖分類號： TD611+.2 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

1 配電網(wǎng)兩相接地短路故障區(qū)域定位

1.1 故障現(xiàn)象

若一個(gè)中性點(diǎn)非有效接地的開環(huán)運(yùn)行配電網(wǎng)發(fā)生了兩相接地短路，其故障現(xiàn)象如下。

變電站10KV母線的零序電壓超過閾值。

對于發(fā)生接地的兩相，在其接地點(diǎn)上游的開關(guān)經(jīng)歷對應(yīng)相的故障。

在發(fā)生接地的兩相，其接地點(diǎn)上游至少有一臺斷路器跳閘遮斷故障電流。

圖1（a）至（d）給出了幾種典型的兩相接地短路情況下的故障現(xiàn)象，其中：假設(shè)按照建議了一種繼電保護(hù)與配電自動(dòng)化配合的配電網(wǎng)故障處理策略的方法配置了繼電保護(hù)方案，各級保護(hù)的整定時(shí)間在圖中圓括號內(nèi)標(biāo)出；故障現(xiàn)象在尖括號內(nèi)標(biāo)出。

對于圖1（a）的情形，因斷路器S1和 S2的保護(hù)整定時(shí)間相同，因此兩相接地短路發(fā)生后，S1和S2同時(shí)跳閘遮斷故電流。

對于圖1（b）的情形，因斷路器J的保護(hù)整定時(shí)間比S1和S2短，因此兩相接地短路發(fā)生后，J跳閘遮斷故障電流，而S1和S2維持原狀態(tài)。

對于圖1（c）的情形，因斷路器E的保護(hù)整定時(shí)間比S1短，因此兩相接地短路發(fā)生后，E跳閘遮斷故障電流，而S1維持原狀態(tài)。

對于圖1（d）的情形，兩相接地短路發(fā)生后，S1跳閘遮斷故障電流。

1.2故障區(qū)域定位判據(jù)

（1）啟動(dòng)條件：對于一個(gè)中性點(diǎn)有效接地的開環(huán)運(yùn)行配電網(wǎng)，若觀測到1.1節(jié)中的3個(gè)現(xiàn)象，則可判定發(fā)生了兩相接地短路故障，應(yīng)啟動(dòng)兩相接地短路故障區(qū)域定位程序。

（2）兩相接地短路故障區(qū)域定位判據(jù)：若一個(gè)中性點(diǎn)非有效接地的開環(huán)運(yùn)行配電網(wǎng)發(fā)生了χ，y（x，y□{a，b，c}）兩相接地短路故障，則χ相接地發(fā)生在以最末一個(gè)監(jiān)測到χ相過流的開關(guān)為端點(diǎn)的下游區(qū)域y相接地發(fā)生在以最末一個(gè)監(jiān)測到y(tǒng)相過流的開關(guān)為端點(diǎn)的下游區(qū)域。

例如，對于圖1（a）的情形，根據(jù)開關(guān)S1和A經(jīng)歷了a相過流而其他節(jié)點(diǎn)未經(jīng)歷a相過流，可以判定a相接地發(fā)生在以開關(guān)A為端點(diǎn)的下游區(qū)域，即由開關(guān)A，B，C圍成的區(qū)域，類似地，根據(jù)開關(guān)S2，G，K經(jīng)歷了b相過流而其他開關(guān)未經(jīng)歷b相過流，可判定b相接地發(fā)生在以開關(guān)K為端點(diǎn)的下游區(qū)域，即由開關(guān)K和M圍成的區(qū)域。

1.3故障信息采集需求

（1）地調(diào)自動(dòng)化系統(tǒng)需向配電自動(dòng)化系統(tǒng)傳送10KV母線零序電壓超閾值信息、出線斷路器的分相過流信息、保護(hù)動(dòng)作及斷路器狀態(tài)信息。

（2）饋線上的饋線終端單元（FTU）、開閉所終端設(shè)備（DTU）和故障指示器需向配電自動(dòng)化系統(tǒng)傳送所監(jiān)測處的分相過電流信息及所監(jiān)測開關(guān)的狀態(tài)信息。

目前，已建成的配電自動(dòng)化系統(tǒng)在監(jiān)測處（終端、故障指示器等）的一次電流互感器和二次電流互感器沒有三相都配置，一般只配置了兩相；而且終端的過流信息沒有分相上報(bào)，而是合成一個(gè)過流信息上送。這些問題都會(huì)影響兩相接地短路故障定位，需要加以完善。

2配電網(wǎng)兩相接地短路故障處理

2.1兩相接地短路故障隔離

在發(fā)生了兩相接地短路故障后，雖然有斷路器跳閘遮斷了故障電流，但是一般沒有將接地故障隔離在最小范圍，需要由配電自動(dòng)化主站根據(jù)兩相接地短路故障定位結(jié)果采用遙控方式進(jìn)行故障隔離。

為了隔離一個(gè)接地故障區(qū)域，只需將作為該區(qū)域端點(diǎn)的所有開關(guān)分?jǐn)嗉纯桑瑢τ趫D1（a）的情形，要隔離a相接地區(qū)域只需分?jǐn)嚅_關(guān)A，B，C即可。

根據(jù)相關(guān)規(guī)程，對于中性點(diǎn)非有效接地的配電網(wǎng)，允許其在單相接地狀態(tài)運(yùn)行一段時(shí)間，但是在此期間，另外兩相對地電壓升高威脅其絕緣。

因此，在允許單相接地運(yùn)行時(shí)，2處接地區(qū)域只需要隔離一個(gè)即可，究竟隔離哪一個(gè)，則需要選取供電恢復(fù)后負(fù)荷能夠得到最大限度恢復(fù)方案。

對于由于單相接地狀態(tài)運(yùn)行過程中因另一相發(fā)生對地絕緣擊穿而導(dǎo)致的兩相接地短路故障的情形，則不宜再允許單相接地運(yùn)行，而需要將2處接地區(qū)域全部隔離。

2.2兩相接地短路故障的供電恢復(fù)策略

兩相接地短路故障的供電恢復(fù)原則是使受影響的負(fù)荷能夠最大限度地恢復(fù)供電。

2.2.1不允許單相接地運(yùn)行的情形

對于不允許單相接地運(yùn)行的情形，為獲取供電恢復(fù)策略及開關(guān)操作順序可執(zhí)行下列步驟。

步驟1：獲取當(dāng)前各個(gè)開關(guān)所處的狀態(tài)人數(shù)組W1和W2中， 表示開關(guān)j處于分閘狀態(tài)，表示開關(guān)j處于合閘狀態(tài)。

步驟2：將隔離2處接地區(qū)域所對應(yīng)的開關(guān)在W1和W2中對應(yīng)的狀態(tài)設(shè)置為分閘，并將相應(yīng)的待分閘開關(guān)放入開關(guān)操作隊(duì)列SW中。

步驟3：若有能夠由原來電源恢復(fù)供電的處于失電狀態(tài)的健全區(qū)域，則將對應(yīng)的開關(guān)在W1和W2中的狀態(tài)設(shè)置為合閘，并將相應(yīng)的待合閘開關(guān)按照合閘后恢復(fù)負(fù)荷量由大到小的順序放入開關(guān)操作隊(duì)列SW中。

步驟4：若不能由原電源恢復(fù)供電的受影響區(qū)域與其他饋線間存在聯(lián)絡(luò)開關(guān)，則將這些聯(lián)絡(luò)開關(guān)在W2中對應(yīng)的狀態(tài)設(shè)置為合閘；否則進(jìn)行步驟8。

步驟5：若目前的運(yùn)行方式存在閉環(huán)，則在環(huán)路上選擇分閘后不會(huì)造成孤島的開關(guān)，將其在W2中對應(yīng)的狀態(tài)設(shè)置為分閘，直至不存在閉環(huán)為止。

步驟6：根據(jù)一種基于改進(jìn)禁忌搜索算法的以甩負(fù)荷最小為目標(biāo)的網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)算法，并給出了一種開關(guān)操作順序生成方法。在與兩相接地短路故障饋線不能由原電源恢復(fù)供電的受影響區(qū)域相連的配電子網(wǎng)絡(luò)中，進(jìn)行以甩負(fù)荷最小為目標(biāo)的網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)，并根據(jù)結(jié)果修改W2中對應(yīng)開關(guān)狀態(tài)。

步驟7：根據(jù)W1和W2中開關(guān)狀態(tài)的差異，采用一種基于改進(jìn)禁忌搜索算法的以甩負(fù)荷最小為目標(biāo)的網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)算法，并給出了一種開關(guān)操作順序生成方法，生成從當(dāng)前運(yùn)行方式過渡到目標(biāo)方式的開關(guān)操作順序，將排列好的待操作開關(guān)按順序放入開關(guān)操作隊(duì)列SW中。

步驟8：輸出開關(guān)操作隊(duì)列Sw并退出。

2.2.2允許單相接地運(yùn)行的情形

對于允許單相接地運(yùn)行情形，為獲取供電恢復(fù)策略可執(zhí)行下列步驟。

步驟1：獲取當(dāng)前各個(gè)開關(guān)所處的狀態(tài)存入數(shù)組W1和W2中。如果只存在一個(gè)單相接地區(qū)域（即兩處接地發(fā)生在同一個(gè)區(qū)域中），則處理方法與步驟1完全相同；否則進(jìn)行下一步。

步驟2：任選一處接地區(qū)域，將隔離該接地區(qū)域所對應(yīng)的開關(guān)在W1和W2中對應(yīng)的狀態(tài)設(shè)置為分閘，并將相應(yīng)的待分閘開關(guān)放入開關(guān)操作隊(duì)列S W1中。

步驟3：執(zhí)行2.2.1節(jié)中的步驟3—步驟7，得出一種供電恢復(fù)方案及開關(guān)操作順序，將排列好的待操作開關(guān)按順序放入開關(guān)操作隊(duì)列SW1中，其需要甩去負(fù)荷為L1，電源點(diǎn)的最大載流量為I1。

步驟4：選也另一處接地區(qū)域，將隔離接地區(qū)域所對應(yīng)的開關(guān)在W1和W2中對應(yīng)的狀態(tài)設(shè)置為分閘，并將相應(yīng)的待分閘開關(guān)放入開關(guān)操作隊(duì)列S W2中。

步驟5：執(zhí)行2.2.1節(jié)中步驟3—步驟7，得出另一種供電恢復(fù)方案及開關(guān)操作順序，將排列好的待操作開關(guān)按順序放入開關(guān)操作隊(duì)列S W2中，其需要甩去的負(fù)荷為L2，電源點(diǎn)的最大載流量為I2。

步驟6：若L1≠L2，則將甩去負(fù)荷少的方案作為最優(yōu)供電恢復(fù)策略，并選擇相應(yīng)的開關(guān)操作隊(duì)列；若L1= L2，則比較I1和I2，將電源點(diǎn)最大載流量小的方案作為最優(yōu)供電恢復(fù)策略，并選擇相應(yīng)的開關(guān)操作隊(duì)列。

步驟7：輸出開關(guān)操作隊(duì)列S w并退出。

3 案例分析總結(jié)

在以上的配電網(wǎng)兩相接地短路故障區(qū)域定位和故障處理的分析論述下，經(jīng)進(jìn)行案例分析之后，總結(jié)出幾點(diǎn)：

（1）在中性點(diǎn)非有效接地的配電網(wǎng)中發(fā)生兩相接地短路故障的現(xiàn)象并不罕見，其表現(xiàn)為變電站10KV母線的零序電壓超過閾值、各接地相在接地點(diǎn)上游的開關(guān)經(jīng)歷相應(yīng)相過電流、接地點(diǎn)上游至少有一臺斷路器跳閘遮斷故障電流。

（2）中性點(diǎn)非有效接地的開環(huán)運(yùn)行配電網(wǎng)x，y（x，y□{a，b，c}）兩相接地短路故障定位判據(jù)為：x相接地發(fā)生在以最末一個(gè)監(jiān)測到x相過流的開關(guān)為端點(diǎn)的下游區(qū)域；y相接地發(fā)生在以最末一個(gè)監(jiān)測到y(tǒng)相過流的開關(guān)為端點(diǎn)的下游區(qū)域。

結(jié)語

配電網(wǎng)故障處理是配電自動(dòng)化的核心內(nèi)容，它包括：故障定位、故障隔離和健全區(qū)域恢復(fù)供電。經(jīng)案例分析結(jié)果表明所提出的方法可以準(zhǔn)確定位和隔離接地故障區(qū)域，可以使受影響的負(fù)荷最大限度地恢復(fù)供電。

參考文獻(xiàn)

[1] 顧秀芳.10kV配電網(wǎng)中性點(diǎn)不接地短路電流的分析 [J].繼電器，2008.

[2] 劉健， 張小慶， 張志華，趙樹仁.配電網(wǎng)兩相接地短路故障定位與供電恢復(fù)[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2012.