淺談基于饋線自動(dòng)化的單相接地故障處理

張秀媛

（天津市澎宇機(jī)電設(shè)計(jì)事務(wù)所，天津300384）

0 引言

在我國(guó)的配電網(wǎng)中，接地系統(tǒng)的接線方式大部分為中性點(diǎn)不接地，或者是經(jīng)消弧線圈接地［1］。單相接地故障在總故障中所占的比例極大，當(dāng)前，對(duì)于此類(lèi)故障的解決方案通常是：采用相應(yīng)的接地選線裝置，在發(fā)生故障的情況下自動(dòng)將故障線路挑選出來(lái)，并實(shí)現(xiàn)故障隔離。這種方法會(huì)導(dǎo)致非故障區(qū)域也停電，恢復(fù)供電所需時(shí)間較長(zhǎng)。如果基于饋線自動(dòng)化進(jìn)行單相接地故障處理，則能直接將故障區(qū)域兩端的開(kāi)關(guān)跳開(kāi)，不會(huì)影響非故障區(qū)域的供電，反應(yīng)速度極快。本文即對(duì)此進(jìn)行研究，并比較了幾種不同的實(shí)現(xiàn)方案。

1 饋線自動(dòng)化系統(tǒng)中單相接地故障處理的可行性分析

近年來(lái)，城鄉(xiāng)電網(wǎng)改造的步伐在不斷加快，改造過(guò)程中重要的一環(huán)就是進(jìn)行配網(wǎng)結(jié)構(gòu)以及一次設(shè)備的改造，此外，配網(wǎng)自動(dòng)化建設(shè)的力度也在加大，從而提高了整個(gè)電力系統(tǒng)的運(yùn)行管理水平。基于饋線自動(dòng)化，對(duì)電網(wǎng)中的單相接地故障處理進(jìn)行研究時(shí)，要注意其與常規(guī)故障處理的區(qū)別：（1）在饋線自動(dòng)化系統(tǒng)中，常常會(huì)在開(kāi)關(guān)處安裝相應(yīng)的電流互感器，這樣一來(lái)，即可在配電終端采集需要的電流信息，因而故障處理的電氣特征量選擇更加多樣化。（2）通信是饋線自動(dòng)化的核心，只要通信系統(tǒng)的性能足夠好，對(duì)于子站而言，就能夠方便地獲取所需要的電氣特征量。這樣一來(lái)，故障信息的冗余度就更高，故障定位也更加準(zhǔn)確。（3）在饋線自動(dòng)化系統(tǒng)中有完善的配電終端，芯片技術(shù)的發(fā)展也促使配電終端更加強(qiáng)大，因而電氣特征量的提取變得更加方便。（4）真空滅弧技術(shù)的出現(xiàn)大大降低了斷路器的成本，這種斷路器逐漸取代了負(fù)荷開(kāi)關(guān)，為直接控制配電終端提供了途徑。

2 實(shí)現(xiàn)方案

首先，對(duì)饋線系統(tǒng)的保護(hù)原理進(jìn)行研究，它是一種終端監(jiān)控式的饋線自動(dòng)化方式，與完善的通信網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合，采用分布式配電終端，能夠?qū)崿F(xiàn)全線速動(dòng)。圖1給出了一個(gè)手拉手式的配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，對(duì)其基本組成進(jìn)行分析：分段開(kāi)關(guān)為斷路器，即圖中的A～C和E～G，聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)由D表示，在正常運(yùn)行的情況下，D是斷開(kāi)的；M表示變電站，它與手拉手線路的A～D部分相對(duì)應(yīng)；在變電站側(cè)的饋線系統(tǒng)中，UR1～UR4組成了相應(yīng)的保護(hù)單元，對(duì)開(kāi)關(guān)A～D進(jìn)行控制；通過(guò)總線式快速網(wǎng)絡(luò)，這些配電終端連接在一起。

圖1 手拉手配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)示意圖

假設(shè)在F1處發(fā)生了單相接地故障，故障電流將會(huì)在A、B處出現(xiàn)，而C處不會(huì)出現(xiàn)故障電流，但是此處的電壓會(huì)降低；對(duì)應(yīng)地，饋線系統(tǒng)的保護(hù)單元會(huì)執(zhí)行相應(yīng)的動(dòng)作，其具體流程如圖2所示。基于高壓線路的縱聯(lián)保護(hù)原則，饋線系統(tǒng)保護(hù)在通信方案上很大部分采用了全分布式母線保護(hù)的原理［2］，從而實(shí)現(xiàn)了選擇性保護(hù)，能夠一次性完成故障的識(shí)別和隔離，進(jìn)行重合閘動(dòng)作和故障的自動(dòng)化恢復(fù)。其主要優(yōu)點(diǎn)在于：對(duì)故障進(jìn)行一次性處理，非故障段的供電不會(huì)受到影響，故障能夠被快速切除，不會(huì)對(duì)電動(dòng)機(jī)類(lèi)負(fù)荷的供電質(zhì)量造成不良影響等。

圖2 饋線系統(tǒng)保護(hù)單元執(zhí)行動(dòng)作流程

下面對(duì)基于饋線自動(dòng)化的單相接地故障處理的3種具體方案進(jìn)行分析：

2.1 主站監(jiān)控式饋線自動(dòng)化

這種模式屬于集中處理模式，在這種模式下進(jìn)行單相接地故障的處理時(shí)，主要步驟為：當(dāng)出現(xiàn)單相接地故障時(shí)，在相應(yīng)的饋線子站上有零序電壓?jiǎn)?dòng)，從而進(jìn)行自動(dòng)化的故障錄波，并且進(jìn)行電氣特征量的計(jì)算；對(duì)于主站而言，將會(huì)對(duì)終端的故障信息進(jìn)行定時(shí)召喚和綜合判斷，從而定位故障線路和區(qū)域，最后發(fā)出故障隔離以及供電恢復(fù)等命令。這一方案在傳統(tǒng)的配電自動(dòng)化系統(tǒng)中使用較為適宜，主要不足在于：自動(dòng)化程度低，反應(yīng)速度不理想，主站軟件十分復(fù)雜。

2.2 子站監(jiān)控式饋線自動(dòng)化

這種模式進(jìn)行了相應(yīng)的分層，在子站層中包含有主站層的部分功能。這種模式下的單相接地故障處理主要特點(diǎn)為：電氣特征量是在子站中采集的，并且在子站中進(jìn)行故障線路的判別和隔離。在該方案中，主站的部分功能下放給子站，因此，其處理速度明顯提高了。

2.3 饋線系統(tǒng)保護(hù)

與上面講述的2種方案不同，饋線系統(tǒng)保護(hù)中的緊急控制功能被放到了智能終端設(shè)備上，能夠?qū)崿F(xiàn)分布式控制［3］。采用此方案進(jìn)行單相接地故障處理時(shí)，其流程為：如圖1所示，當(dāng)F1處發(fā)生了單相接地故障時(shí)，M饋線上的FTU將會(huì)進(jìn)行零序電壓?jiǎn)?dòng)，實(shí)現(xiàn)故障錄波。對(duì)于饋線來(lái)說(shuō)，相鄰的FTU可以進(jìn)行通信并綜合比較接收到的故障信息，從而得到動(dòng)作條件，UR2即按照相應(yīng)的要求實(shí)現(xiàn)故障隔離。在這種方案中，故障判別在配電終端上實(shí)現(xiàn)，有效減小了子站的壓力，處理速度更快；另外，由于只需要進(jìn)行縱向上的比較，其封裝性能較好。

3 電氣特征量的選擇

3.1 暫態(tài)分量

運(yùn)行實(shí)踐表明，配電網(wǎng)中的大部分單相接地故障是瞬時(shí)性故障，而造成這種故障的原因是多種多樣的。其中，最為常見(jiàn)的一種原因是：系統(tǒng)中存在絕緣的薄弱點(diǎn)，在高電壓的作用下出現(xiàn)絕緣擊穿，而這種擊穿常常發(fā)生在相電壓經(jīng)過(guò)最大值的瞬間。此時(shí)，零序電流暫態(tài)分量很大，干擾對(duì)其的影響可以忽略，因此較容易測(cè)量，可以將其作為故障特征量。當(dāng)相電壓過(guò)零時(shí)發(fā)生故障，對(duì)于不接地系統(tǒng)而言，基本上是不存在暫態(tài)過(guò)程的。如果過(guò)渡電阻足夠大，任何時(shí)候發(fā)生故障都不會(huì)形成強(qiáng)暫態(tài)過(guò)程。

3.2 穩(wěn)態(tài)分量

當(dāng)配電網(wǎng)中發(fā)生單相接地故障時(shí)，故障點(diǎn)處的零序和負(fù)序電流是相同的。如果變電站中的出線為電纜，在微機(jī)選線裝置中，故障特征量通常采用零序電流，它是通過(guò)零序電流互感器測(cè)得的，不會(huì)受到三相負(fù)荷不平衡的影響。但是對(duì)于饋線自動(dòng)化系統(tǒng)而言，則應(yīng)與實(shí)際相結(jié)合，采用合適的特征量。在電纜網(wǎng)絡(luò)中，可以通過(guò)環(huán)網(wǎng)柜中的電流互感器采集到零序電流；對(duì)于架空線路，通過(guò)三相電流的疊加得到零序電流。負(fù)序電流是從故障點(diǎn)出發(fā)，經(jīng)過(guò)母線向系統(tǒng)流動(dòng)的，并且?guī)缀醪粫?huì)朝著非故障線路流動(dòng)。在饋線自動(dòng)化系統(tǒng)中，采集到三相電流之后，可以通過(guò)相應(yīng)的相量計(jì)算出負(fù)序電流，此時(shí)的負(fù)序電流會(huì)受到三相負(fù)荷不平衡的影響，同時(shí)也會(huì)受到電流互感器不平衡的影響。

4 結(jié)語(yǔ)

研究饋線自動(dòng)化系統(tǒng)的單相接地故障處理具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。本文對(duì)3種單相接地故障處理方案進(jìn)行了分析，得出了以下結(jié)論：在終端監(jiān)控饋線自動(dòng)化模式中，縱向比較法十分適宜；而在主站監(jiān)控式以及子站監(jiān)控式饋線自動(dòng)化模式中，則適宜采用橫向比較法。

［1］焦邵華.電網(wǎng)智能保護(hù)新技術(shù)的研究［D］：［博士學(xué)位論文］.北京：華北電力大學(xué)，2000

［2］焦邵華，焦燕莉，程利軍，等.饋線自動(dòng)化的最優(yōu)控制模式［J］.電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2002（21）

［3］曾祥君，尹項(xiàng)根，陳德樹(shù)，等.適應(yīng)配電自動(dòng)化的饋線接地保護(hù)研究［J］.電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2000（15）