探析配網自動化系統小電流接地故障暫態定位技術及其實際應用價值

方赟朋

探析配網自動化系統小電流接地故障暫態定位技術及其實際應用價值

方赟朋

（國網浙江杭州市余杭區供電公司 浙江杭州 311100）

在配電網運行過程中，接地故障占到配網故障的80%。雖然配網自動化系統在配電網運行管理過程中已基本普及，但是由于諸多因素干擾，在接地故障的快速準確定位方面仍存在欠缺。在本文里，我們就針對小電流接地故障的暫態特性及其暫態定位技術進行分析，深刻認識其對配網安全的重要意義。

配網自動化系統；小電流接地故障；暫態分析；故障定位

前言

配網自動化系統（DA）是將配電自動化與配電管理進行綜合的系統，通過應用先進的電子技術、通信技術、計算機及網絡技術，將配電網實時信息、電網結構參數、地理信息等數據進行集成，構成了一套完整的自動化控制系統，可實現對整個配電網系統的監測、保護、控制和管理等功能。DA在配電網運行管理過程中得到了廣泛的應用，并且對于提高運行管理水平有著積極的推動作用。但是在實際應用過程中，我們發現對于小電流接地系統，當發生單相接地故障時，由于故障電流小，故障不穩定，持續時間短等原因，導致DA不能及時準確的對接地故障進行定位選線，嚴重制約著配電管理水平及供電質量的進一步提高。隨著用戶對于電能質量及供電安全穩定性要求的日益提高，如何避免、降低接地故障影響就成為供電公司當前需要迫切解決的重要問題。在下面文章里，我們就對配網自動化系統中小電流接地故障的暫態定位技術及其應用意義進行深入探討。

1 小電流接地故障的暫態特征

對于中性點不接地或經消弧線圈接地的配電網，當發生單相接地故障時，接地電流很小，所以稱為小電流接地故障。在小電流接地系統中，單相接地是一種較為常見的臨時性故障，尤其在潮濕、多雨等天氣情況下發生的更為頻繁，當發生單相接地后，故障相電壓降低，非故障相電壓升高，但由于線電壓保持對稱，所以在規定時間內可不影響對用戶的連續供電。但是帶故障長時間運行，由于非故障相電壓的升高會考驗設備絕緣水平，嚴重時甚至會造成絕緣擊穿，發展為短路事故。所以在發生單相接地故障時，故障的處理速度直接影響著電網安全穩定運行。

當配電網系統發生單相接地故障時，故障線路的電流會經歷一個由穩態到暫態，再到穩態的過程，在過渡過程中暫態電流的波動幅度非常大。當發生實接地故障時，暫態持續時間較短，而發生虛接地故障時，暫態過程將頻繁發生。通過建立基于分布參數的復合網絡模型，并對線模及零模網絡進行簡化，我們最終得到小電流接地故障的簡化模型，如圖1所示。

圖1 小電流接地故障簡化模型

圖1中uf代表故障點零序電壓，大小等于故障相故障前的反相電壓；R代表接地電流沿途總電阻，Lom、Lon和Com、Con分別代表故障點上、下游的零序等效電感和電容；Lk代表消弧線圈等效電感；iom和ion分別代表故障點上、下游的暫態零序電流。

通過對等效電路圖的分析，當發生小電流接地故障時，系統暫態特征具體表現為：

（1）系統零序電壓由線模阻抗與零序阻抗諧振產生，作用于故障點上游側與下游側的零序電壓一致。

（2）故障點上游側與下游側零序電流極性相反；故障點上游側零序電流由故障點流向母線，下游側流向線路末端。非故障線路上零序電流由母線流向線路末端，與故障點下游側流向一致。

（3）故障點前后零序電流的幅值和頻率特征由各自的零模網絡參數決定。

（4）故障點上、下游零序電流大小均與距故障點距離大小呈反比，其中在母線處零序電流等于正常線路零序電流之和，線路末端處零序電流近似為零。[1]

2 接地故障暫態定位技術

2.1 定位理論基礎

根據單相接地故障時暫態特征的進一步分析，我們發現當發生單相接地，故障點兩側零序電流相似度低，而在正常運行情況下，該點兩側暫態零序電流基本相似。根據這一特性，我們提出通過對相鄰檢測點相關系數的計算來比較兩個電流波形的相似度，進而判斷這兩個檢測點間是否存在接地故障。但是通過仿真分析發現當電流互感器極性反接、或是由于FTU未能啟動時，會出現判斷失誤，為此我們結合故障線路暫態和工頻電流的極性特征，對相鄰兩個檢測點暫態和工頻電流極性進行比較，作為暫態電流相似定位算法的補充，兩種算法的綜合，可以有效的提高故障定位的準確性。

2.2 定位系統整體結構

圖2為定位系統的整體結構示意圖。

圖2 定位系統結構示意圖

圖2中FTU為饋線終端，是整個故障定位系統的核心，承擔著對故障的判斷啟動、故障數據收集、計算、上傳及指示故障區段等功能。

站內選線系統能夠全面收集配電網相關運行信息，快速確定故障所屬線路。

2.3 故障定位流程

（1）當配電網發生故障時，站內選線裝置首先監測到零序電壓發生變化，自行啟動，選擇故障線路，并將帶有時間標簽的故障線路、出口故障方向、暫態和工頻電流錄波數據及電壓等信息上傳到主站。

（2）當線路發生接地故障時，故障線路上的FTU監測到暫態電流變化而啟動，將帶有時間標簽的暫態、工頻電流錄波數據等信息上傳到主站。

（3）主站在接收到選線裝置及故障線路上各個FTU上傳的數據后，根據選線裝置的電壓數據判斷是否發生接地故障，如果電壓數據正常，則判斷為擾動，故障定位系統退出。

（4）在根據選線裝置上傳電壓數據確定發生接地故障后，根據選線結果確定故障線路。

（5）主站對故障線路上兩兩相鄰檢測點間暫態電流的相似系數進行計算，若結果小于設定門檻值，則故障點位于兩個FTU間的區段；若結果大于設定門檻值。則對這兩個FTU采集到的暫態、工頻電流極性進行比較，極性相反則代表該區段發生了接地故障，如極性一致則該代表該區段正常。再重復這一步驟來進一步排除其他區段。

（6）當故障線路上每一個區段的暫態電流相似系數均大于設定門檻值，且暫態、工頻電流極性一致，則代表接地故障發生在該線路的下游區段，需要對下游區段進一步定位。

（7）在確定故障線路及故障區段后，運行人員應在規定時間內對故障進行切除，降低事故影響。對于永久性接地故障，系統會給出聲光報警，并進入倒計時；對于臨時性接地，系統會在后臺桌面彈出報警，并記錄相關信息以便查閱。[2]

3 故障定位系統引入DA的應用價值

將小電流接地故障定位系統引入配電自動化系統，是在傳統DA系統基礎上加裝了經改裝的站內選線裝置，有效消除了定位盲區，結合安裝在線路上的各個檢測終端FTU能夠在單相接地故障發生時快速、準確地實現故障定位，提高了供電可靠性。其實際應用價值具體表現為：

（1）改裝后的選線裝置，采集的運行數據更加全面，反應、處理速度更快，能夠有效提高故障定位的速度和可靠性。

（2）選線裝置采集到的數據更加全面、準確，可將各類線路故障的信息提供給主站，可有效消除定位盲區。

（3）選線裝置可以對線路上發生故障的類型、持續時間進行初步識別，在將相關有效數據處理、上傳后，能夠提高主站工作效率，降低無用信息的干擾。[3]

4 結束語

通過在DA系統中引入小電流接地暫態故障定位系統，能夠有效地提高了接地故障的定位速度及準確性，便于運行人員對故障線路的及時切除。在上面文章里我們分析的定位方法在實際應用過程中準確率只能達到98%，還需要我們在以后的研究工作中引入更加先進、準確的定位算法。

[1]薛永端，徐丙垠，李天友，李偉新，王敬華，張林利，王振蘅.配網自動化系統小電流接地故障暫態定位技術[J].電力自動化設備，2013（12）：27.

[2]唐華.小電流接地系統故障定位技術研究[C].北京交通大學，2014：19～39.

[3]王振蘅.適用于DA系統的小電流接地故障定位技術及應用[C].中國石油大學（華東），2013：30～40.

TM862

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1004-7344（2016）31-0094-02

2016-10-18