配網(wǎng)自動化系統(tǒng)小電流接地故障定位方法分析

羅勇

摘 要：電力工程建設(shè)是我國現(xiàn)代化建設(shè)中的重要組成部分之一，對我國現(xiàn)代化生產(chǎn)有著重要的影響。小電流接地故障是配網(wǎng)自動化系統(tǒng)中的常見故障，影響著配網(wǎng)自動化系統(tǒng)的運行能力。從小電流接地故障的暫態(tài)過程入手，對配網(wǎng)自動化系統(tǒng)小電流接地故障的定位方法進行了簡單分析，以期為降低電網(wǎng)運行過程中的風(fēng)險因素和提升電網(wǎng)運行管理能力提供參考。

關(guān)鍵詞：配網(wǎng)自動化；小電流接地故障；故障定位；輻射型接線

中圖分類號：TM76 文獻標(biāo)識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.05.131

故障定位是配網(wǎng)自動化DA（Distribution Automation）中的關(guān)鍵功能，通過系統(tǒng)分析，可進一步縮小可能出現(xiàn)故障的范圍，提高故障處理效率。然而，中心點不接地與經(jīng)消弧線圈接地配電網(wǎng)的單相接地故障具有故障電流不明顯、故障原因不穩(wěn)定的特點，會導(dǎo)致DA系統(tǒng)難以實現(xiàn)電流接地故障定位。本文以此為基礎(chǔ)，對配網(wǎng)自動化系統(tǒng)小電流接地故障的定位方法進行了分析。

1 小電流接地故障的分段定位原理

1.1 輻射型接線方式

配電網(wǎng)具有開環(huán)運行、閉環(huán)設(shè)計的基本運行管理特點，要求配電網(wǎng)能在不同路線連接開關(guān)，形成一個個的環(huán)狀結(jié)構(gòu)。在常規(guī)運行模式中，雙電源連接斷開時，由變電站引出的配電線路開始開環(huán)運行，形成一個具有單電源輻射線的結(jié)構(gòu)。本文統(tǒng)計了其基本結(jié)構(gòu)形式，具體數(shù)據(jù)如圖1所示。

1.2 故障選線與定位

如果線路屬于非有效接地系統(tǒng)，且出現(xiàn)了小電流接地的故障，則非故障低電壓會轉(zhuǎn)化為線電壓。尤其是出現(xiàn)間歇性弧光接地時，中性點釋放電荷的通路不足，會導(dǎo)致弧光接地過電壓，容易對線路的絕緣性能產(chǎn)生威脅，進而提高相間短路的概率。因此，在電網(wǎng)管理過程中，必須在最短的時間內(nèi)找出存在故障的線路，并盡早排除故障。

相關(guān)資料指出，為了進一步提升電網(wǎng)故障的檢測能力，可在配電網(wǎng)線路中設(shè)置多個故障監(jiān)測點，并以相鄰的故障監(jiān)測點為邊界劃分線路區(qū)間。但從正常的管理內(nèi)容看，故障檢測點的區(qū)間長度越短，檢測結(jié)果越精確。因此，管理人員可根據(jù)配電網(wǎng)線路的長度，合理設(shè)置故障檢測點。

1.3 獲取小電流節(jié)點故障信息

1.3.1 中性點不接地系統(tǒng)故障

當(dāng)單電源輻射結(jié)構(gòu)線路發(fā)生小電流節(jié)點故障時，零序電流量具有一定的不穩(wěn)定性，這一特點導(dǎo)致線路端母線無法準(zhǔn)確判斷故障分布情況。同時，配電網(wǎng)支路線路數(shù)量龐大，且傳輸距離較遠(yuǎn)，導(dǎo)致無法在配電線路中應(yīng)用人工巡線的故障檢測方式。

對于中性點非有效接地系統(tǒng)，假設(shè)當(dāng)線路A點出現(xiàn)單相接地故障時，相當(dāng)于在A點上介入了零序電壓源。此時，A點整條線路的感抗較低，零序電壓在整條線路的取值基本相同。從理論上講，此時的非故障線路零序電壓為0.

1.3.2 消弧線圈接地系統(tǒng)故障特點分析

在電網(wǎng)運行的過程中，消弧線圈具有補償作用，因此，對于中性點經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)而言，存在健全線路電流幅值大于零序電流的情況。在此條件下，當(dāng)線路發(fā)生接地故障時，電網(wǎng)將允許配電網(wǎng)自動化運行，但運行時間不能超過2 h。

2 小電流接地故障分區(qū)定位

在長距離單電源輻射結(jié)構(gòu)線路上設(shè)置負(fù)荷開關(guān)時，主干線上一般會設(shè)置2～4個開關(guān)。如果該地區(qū)負(fù)荷較為密集，則每1 000 m設(shè)置1個開關(guān)；在城市郊區(qū)或農(nóng)村，可按照該地區(qū)配電變壓器的容量確定開關(guān)數(shù)量，可每3 MVA設(shè)置1個開關(guān)。

在測試符合開關(guān)位置安裝零序電流點的電流通過時，可根據(jù)輻射結(jié)構(gòu)確定線路的支線和干線，并將其劃分為不同的測試區(qū)。故障分區(qū)后，可采用特定裝置采集各個開關(guān)零序電流的實際分布數(shù)額，以進一步識別故障線路。

圖2為典型單線源輻射結(jié)構(gòu)線路分區(qū)形式。從圖2中可以看出，不同的負(fù)荷開關(guān)將整個線路劃分為了多個區(qū)域。

小電流接地故障分區(qū)的劃分原理與線路分段的原理基本一致，通過各個監(jiān)測點的數(shù)據(jù)，可描述零序電流測點節(jié)點的信息，并顯示不同節(jié)點之間的關(guān)系。

3 故障定位物理模擬

3.1 故障定位模擬實驗

結(jié)合國家相關(guān)規(guī)定和10 kV配電網(wǎng)模擬平臺，對故障定位系統(tǒng)進行了故障模擬實驗。模擬基本模型數(shù)據(jù)如圖3所示。

由上述數(shù)據(jù)可知，故障點路徑為根測點，則故障路徑標(biāo)示向量中的最后非零元素序號為1. 結(jié)合相鄰矩陣S中的數(shù)據(jù)，判斷故障段起始節(jié)點為測點0，測點1為測點0的子節(jié)點。因此，判斷故障區(qū)間為[0，1]。

3.2 小電流接地故障定位系統(tǒng)

鄭顧平通過建立小電流接地故障定位系統(tǒng)，有效判斷了電流故障區(qū)間，起到了良好的區(qū)間判斷效果。本以此為基礎(chǔ)，對小電流接地故障定位系統(tǒng)進行簡單分析。

3.2.1 移動型小電流故障分析系統(tǒng)的實現(xiàn)

結(jié)合輸電系統(tǒng)廣域測量技術(shù)，提出了配管廣域測量方法，其基本流程為：①設(shè)置2臺能實現(xiàn)同步測量電流的裝置，一臺安置于變電站，用于采集母線零序電壓信息，另一臺安置于輸電線沿線，用于采集電流信號。②2臺裝置上均設(shè)有GPS衛(wèi)星系統(tǒng)，可根據(jù)GPS信號標(biāo)準(zhǔn)脈沖及時采集信號，統(tǒng)計電壓信號和電流信號，并記錄同一時間內(nèi)的GPS相位。但在實際測量工作中發(fā)現(xiàn)，由于不同地區(qū)所接收到的脈沖差<1 μs，因此，在統(tǒng)計GPS秒脈沖信號時，應(yīng)以上升信息作為觸發(fā)信號，保證電流采樣與信息處理工作能夠同時進行。③通過CSD網(wǎng)絡(luò)，將存在GPS內(nèi)的電壓信息傳輸?shù)骄€路零序列電流測量段，記錄不同時間段內(nèi)測量段的電流位信息，并通過比較得出故障區(qū)間的相對數(shù)值。

3.2.2 固定型小電流故障分析系統(tǒng)的實現(xiàn)

固定型小電流故障分析系統(tǒng)的具體建設(shè)方案為：①設(shè)置2臺能實現(xiàn)同步測量電流的裝置，一臺安置于變電站，用于采集母線零序電壓信息，另一臺安置在輸電線沿線，用于采集電流信號，但在相關(guān)線路上需設(shè)置多個測量點；②采用GPS衛(wèi)星定位系統(tǒng)，記錄不同測量點的秒脈沖信號，并通過FFT計算得出電壓、電流信號在GPS系統(tǒng)中的相位；③建立信息服務(wù)端，按照要求將服務(wù)端分化，并根據(jù)分化例數(shù)計算故障區(qū)間。

4 結(jié)束語

在電力工程建設(shè)的過程中，配網(wǎng)自動化系統(tǒng)的作用越來越明顯，其故障對整個電網(wǎng)的影響越來越大。本文簡單分析了配網(wǎng)自動化系統(tǒng)小電流接地故障的定位方法，從上述方法的分析內(nèi)容和實際應(yīng)用效果看，具有一定的可行性。但從本次的研究結(jié)果看，多元化新技術(shù)的應(yīng)用已成為電網(wǎng)管理的新方式，傳統(tǒng)的單一計算、故障區(qū)間管理已無法滿足電網(wǎng)故障處理的需要。因此，在未來的電網(wǎng)運行管理中，相關(guān)工作人員要有效結(jié)合現(xiàn)代信息技術(shù)與電網(wǎng)管理新條例等多方面的內(nèi)容，采取有效的解決措施，將潛在風(fēng)險因素控制在合理范圍內(nèi)，以獲得更好的電網(wǎng)管理效果。

參考文獻

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〔編輯：張思楠〕

Abstract： Power engineering construction is one of Chinas modernization is an important part of Chinas modernization of production has an important impact. Small ground fault current distribution automation system is a common fault， affecting the ability to run distribution automation systems. Small transient ground fault current to start， for distribution automation systems for small current grounding fault location method for a simple analysis， in order to provide a reference for the process of grid operation to reduce risk factors and improve the power grid operation and management capabilities.

Key words： distribution automation； small current grounding fault； fault location； radiation type terminal