基于調度自動化系統的單相接地故障研判功能研究與實現

周耀輝 ，李 永 ，梁學良 ，高 虎 ，李勛濤

（1.國網陜西安康供電公司 陜西 安康 725000；2.國網陜西省電力公司 陜西 西安 710000）

小電流接地系統中，單相接地是一種常見的臨時性故障，多發生在潮濕、多雨天氣。發生單相接地后，故障相對地電壓降低，非故障兩相的相電壓升高，但線電壓卻依然對稱，因而不影響對用戶的連續供電，系統可運行1～2 h，這也是小電流接地系統的最大優點。但是若發生單相接地故障時電網長期運行，因非故障的兩相對地電壓升高1.732倍左右，可能引起絕緣的薄弱環節被擊穿，發展成為相間短路，使事故擴大，影響用戶的正常用電。還可能使電壓互感器鐵心嚴重飽和，導致電壓互感器嚴重過負荷而燒毀。同時弧光接地還會引起全系統過電壓，進而損壞設備，破壞系統安全運行，我局曾多次發生因單相接地導致的電壓互感器或站用變損壞的情況。安康地區的雷雨、潮濕天氣較多，發生單相接地故障的幾率較大，據調控中心監控班的統計，在日常監控運行工作中，處理受控變電站母線單相接地，進行接地推拉占到了日常監控工作量的1/6，因此，迫切需要一種發生接地后能快速、正確地尋找出故障線路的手段進行故障檢測。

1 傳統單相接地故障檢測方法

1.1 單相接地故障的判定

常見母線出現電壓異常的原因及故障信息：

1)高壓熔絲熔斷。在一相、二相高壓熔絲熔斷時，熔斷相二次電壓將顯著降低，電壓互感器二次側開頭三角形輸出的零序電壓升高，現場的小電流接地選線裝置會據此發出“母線接地”信號。在未完全熔斷時，可能不會發出“母線接地”信號。

2)單相接地。當單相接地時，接地相電壓接近于0，其余兩相相電壓升高為線電壓，電壓互感器二次側開頭三角形輸出的零序電壓升高，現場的小電流接地選線裝置會據此發出“母線接地”信號。

3)現場小電流接地選線裝置發出的選線信號。小電流接地選線裝置根據故障線路和正常線路的零序電流方向相反的特點進行選線。故障線路流過的零序電流是全系統的電容電流減去自身的電容電流，而非故障線路流過的零序電流僅僅是該線路的電容電流。故障線路的零序電流是從線路流向母線，而非故障線路的零序電流是從母線流向線路。

實際運行中監控人員發現某變電站母線電壓異常或接地報警信號后，根據該變電站的母線線電壓、各相相電壓及接地信號動作情況，根據上述特征來判斷是否發生單相接地。

1.2 接地故障線路的檢測

監控員在判定受控變電站發生單相接地故障后，根據《地區電網監控運行規程》處理原則，結合小電流接地選線裝置選出的接地饋路和母線接地報警信號，通過對該母線供電線路按單相接地試拉序位表進行試拉，來檢測出發生接地故障的線路。

舉例：110 kV關廟變的10 kV部分一次接線圖如圖1所示。監控員根據歷史運行經驗編制該站的10 kV單相接地試拉序位表見表1，對于曾經頻繁發生接地的線路，其拉路序號排在前面，首先進行接地推拉，對于小水電或重要專線、保電用戶等饋路的拉路序號靠后，例如169金州變線路就是給330 kV金州變備用站用變供電的線路，線路質量好，發生接地的概率小，供電可靠性要求高，排在拉路序位表的最后。假設關廟變10 kVⅠ母上的某一條出線發生A相接地。

1.2.1 故障后的監控信息

圖1 關廟變10 kV部分一次接線圖Fig.1 GuanMiao substation10 kV wiring diagram

表1 關廟變10 kV單相接地試拉序位表Tab.1 GuanM iao substation 10 kV single-phase grounding test sequence Atab le

遙測信息：10 kVⅠ母電壓 U ab、U bc、U ca=10 kV；U a=0 kV；U b、U c=10 kV；遙信信息“小電流接地_10 kVⅠ母接地”等信號動作。監控員根據上述監控信息，可判斷發生單相接地。

1.2.2 試拉線路

監控員向調度匯報發生單相接地，調度許可進行推拉試驗后，監控員按圖1核對運行方式，結合表1的拉路序位表，逐條線路進行拉路試驗。試拉流程：監控遙控“拉開XX線路開關”—監控觀察接地信號及母線電壓是否恢復正常—監控遙控“合上XX線路開關”。按試拉線路順序，反復進行上述試拉流程，直到試拉XX線路時接地瞬間消失，即可判定該線路為故障線路。

1.3 傳統檢測方法存在的問題

1)傳統檢測方法依賴于現場小電流選線裝置的正常工作。由于零序電流較小、干擾大、配網運行方式變化頻繁、電容電流波形不穩定等原因，導致約60%變電站的小電流接地選線裝置難以準確選線，在國網公司最新的典型監控信息表中，已將具體饋路的接地信號不再列入監控員的監控范圍，要求依據母線接地信號進行推拉試驗；甚至部分變電站的小電流現場裝置故障或現場無此裝置，難以判斷出母線接地故障，需要監控員依據遙測數據的變化判斷是否發生單相接地故障，工作壓力大。

2）逐條線路推拉耗時較長。在單相接地故障檢測過程中，監控員進行操作需進行反復發令、匯報，監控每次進行遙控操作均需輸入操作人、監護人密碼。根據估算，將一條線路推拉一次，整個報警、匯報、判定、排序、試拉過程至少需2min，對于一條有9條出線的關廟變，推拉一次約需要20min左右，耗時較長。

2 單相接地故障研判高級應用模塊

2.1 單相接地故障研判自動試拉模塊的支撐環境

隨著變電站監控信息接入工作的開展，目前已有50座變電站的自動化信息接入安康電網調度自動化系OPEN3000系統；結合狀態估計遙測合格率指標提升活動的開展，OPEN3000系統的網絡模型和參數日益完善；加強自動化缺陷處置，基礎數據質量不斷提升，系統的可觀測性和量測冗余度也大大提高，保證了系統的實用性、準確性和安全性，從而具備了開發單相接地故障研判模塊所需要的數據和模型基礎。

2.2 單相接地故障研判模塊的功能

該模塊能夠實現自動監視母線電壓，當判斷母線單相接地時報警；實現自動搜索出該故障母線所關聯的開關，并按調度人員預先設定的選擇原則及試拉序位生成遙控序列；實現按生成的試拉序列進行開關按序分、合操作；實現在分、合操作過程中快速確定故障線路。

2.2.1 母線單相接地的判定

該模塊啟動以后，系統自動監視所有網絡建模范圍內低壓（35 kV、10 kV）母線，并結合監控責任區功能，設置了母線表的預留域值3，設置只顯示本責任區的低壓母線。顯示觀察母線線電壓、三相電壓的遙測值。根據1.1所述單相接地表象特征，按運行經驗設定電壓判據（任一相相電壓降低至標準值的50%以下，其他兩相相電壓升高至線電壓的80%以上），與母線3Uo動作信號建立與門邏輯關系，來判定該母線發生單相接地故障，并通過狀態描述提示“單相接地”，如圖2所示。

圖2 單相接地監視程序界面Fig.2 Single-phase groundingmonitor interface

2.2.2 生成試拉遙控序列

利用網絡拓撲生成試拉遙控序列：根據設備圖元對象的端點坐標位置自動搜索確定原始拓撲關系,即設備圖元的連接關系，基于連接規則和節點融合的快速拓撲分析算法,根據原始拓撲關系確定各支路與母線的連接情況。

以關廟變為例，利用OPEN3000系統網絡拓撲功能，該模塊可以實現在系統自動搜索出該母線所關聯的開關 （合閘狀態），如圖1所示。為了保證生成的試拉遙控序列過濾掉不在試拉序列表（表1）中的開關（如主變、電容器開關等），可以事先按變電所單相接地試拉序位表將對應的線路開關指定域進行序位設定，通過建立應用模塊與開關指定域的關聯，過濾掉未設定序位的開關，并根據開關指定域的序位自動生成該母線試拉遙控序列，如圖3所示。

圖3 單相接地監視程序控制界面Fig.3 Single-phase groundingmonitor control interface

2.2.3 遙控序列執行

應用模塊生成試拉遙控序列后，由運行人員決定是否按序列執行（可通過選項屏蔽重要線路不試拉，如保電線路等）。運行人員執行遙控，一次性輸入密碼后將通過SCADA進行批量遙控。每條試拉線路開關進行分、合操作一次（間隔10秒），以便于模塊實時進行檢測接地母線的接地信號、電壓變化，來判斷該線路是否接地。如判斷該線路接地，模塊將在控制界面的狀態描述顯示“該線路接地”。每條線路開關試拉后，SCADA會請求進行下一條線路開關試拉操作，運行人員可根據應用模塊的狀態描述決定是否繼續，如狀態描述顯示 “該線路接地”，則可選擇“遙控取消”，終止后續的操作，如圖4所示。

圖4 批量遙控操作界面Fig.4 Batch remote control interface

2.3 單相接地故障研判模塊評價

該模塊在系統發生單相接地故障后，利用遙測數據作為判據，研判定位故障母線并報警。執行查找故障線路，除在執行批量遙控時需一次性輸入遙控密碼外，基本不需要人為干預。整個處理流程中避免了人為的疏忽，同樣以關廟變為例，整個過程執行預計不超過7分鐘。

3 結束語

針對無人值守集中監控運行中出現的單相接地故障漏判和接地推拉工作量大等問題，充分利用安康電網調度自動化OPEN3000系統采集的實時信息和計算分析功能，結合安康電網小電流接地系統單相接地故障處理原則及運行經驗。提出了基于調度自動化系統集中進行單相接地故障研判和自動拉路的方案，開發了基于OPEN3000平臺的高級應用模塊。該高級應用模塊在電網發生接地故障后，利用遙測數據變化研判定位故障母線，通過監控運行人員的輔助決策，能正確、快速地尋找出發生單相接地故障的線路，從而縮短電網故障時間，保障電網穩定運行和設備安全。對于結構復雜、線路較多且發生單相接地故障概率較高的10 kV配網，單相接地故障研判高級應用模塊有著廣泛的應用空間。

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