基于廣域同步測量技術(shù)定位間歇性單相接地故障的方法及應(yīng)用

姚艷霞，軒剛毅

（國網(wǎng)河南漯河供電公司，漯河 462000）

1 引言

當(dāng)前中壓配電網(wǎng)多以架空線路為主，并且多采用中性點(diǎn)非有效接地的小電流接地系統(tǒng)，包括了中性點(diǎn)不接地，經(jīng)消弧線圈接地和經(jīng)電阻接地三種方式[1]。實(shí)際運(yùn)行時(shí)，單相接地故障占小電流接地系統(tǒng)配網(wǎng)故障的80%以上。對于架空線路，瞬時(shí)性接地故障占大多數(shù)，對小電流接地系統(tǒng)影響很小，但某些情況下，瞬時(shí)性接地故障可能因某些原因而在線路某個(gè)位置頻繁出現(xiàn)，發(fā)展為間歇性弧光故障，而間歇性弧光接地故障會引起弧光接地過電壓，從而導(dǎo)致接地故障發(fā)展為相間短路，造成供電中斷。本文基于廣域同步測量技術(shù)，利用在線路固定位置安裝的廣域同步測量裝置上報(bào)的廣域同步的故障錄波數(shù)據(jù)，最終實(shí)現(xiàn)對間歇性弧光故障的快速定位。

2 基于廣域同步測量的單相接地故障選線和定位方法

設(shè)計(jì)的廣域同步測量系統(tǒng)通過高精度的廣域同步信息將系統(tǒng)中的零序電壓和零序電流信息在指定時(shí)刻提取出來用于單相接地故障的判斷和定位。首先零序電壓監(jiān)測裝置通過監(jiān)測零序電壓，當(dāng)突變量超過設(shè)定門限，且連續(xù)超過門限的點(diǎn)數(shù)超過設(shè)定的點(diǎn)數(shù)門限，則視為線路出現(xiàn)單相接地故障，將這一錄波數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)發(fā)送到后臺。具體流程如圖1所示：

圖1 接地故障啟動和錄波流程

得到所有裝置的零序電流廣域高精度同步數(shù)據(jù)之后，根據(jù)單相接地故障的特征，來進(jìn)行選線和選相。因?yàn)檎麄€(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的廣域同步精度很高達(dá)到1us，數(shù)字采樣的精度達(dá)到16bit，采用對數(shù)據(jù)采樣和同步要求高，可靠性高的暫態(tài)零序電流的方法[2]。以比較普遍的零序電流比幅比相法[3]為例，來說明具體的選相定位方法。

第一步：選取有效數(shù)據(jù)窗。為了兼容小電流接地的三種不同接地方式，方案選擇了零序電壓突變點(diǎn)后的1/4周波內(nèi)數(shù)據(jù)作為有效數(shù)據(jù)窗，零序電流幅度大，且相位不受消弧線圈影響[2]。第二步：故障選線。選出每條線路的首端裝置（離母線距離最近的裝置），利用首端裝置的有效數(shù)據(jù)窗內(nèi)的零序電流。第三步：故障定位。如果故障時(shí)在廣域測量裝置覆蓋的區(qū)域內(nèi)某條出線上，再取出這條出線所有裝置的有效數(shù)據(jù)窗內(nèi)零序電流進(jìn)行比幅比相。第四步：間歇性故障判斷。如果發(fā)現(xiàn)在特定間隔時(shí)間同一區(qū)間段的相似度較高的故障出現(xiàn)次數(shù)超過一定門限，則系統(tǒng)提示特別告警信息。

3 現(xiàn)場應(yīng)用及案例

3.1 現(xiàn)場環(huán)境說明

基于上述原理和方法設(shè)計(jì)的廣域同步測量系統(tǒng)于2016年9月在某變電站進(jìn)行了實(shí)地安裝。具體的線路拓?fù)浜桶惭b圖如下：

圖2 現(xiàn)場線路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和裝置安裝示意圖

經(jīng)過實(shí)地應(yīng)用，系統(tǒng)準(zhǔn)確的檢測到幾十次的單相接地故障和上百次瞬時(shí)性接地故障，未出現(xiàn)誤報(bào)和錯報(bào)情況。

3.2 具體案例

以2016年11月26日的一次故障為例，監(jiān)測系統(tǒng)在10點(diǎn)34分49秒監(jiān)測到多次的間歇性接地故障發(fā)生，超過了系統(tǒng)設(shè)定門限，系統(tǒng)報(bào)警，后該故障發(fā)展為永久性接地故障。下面結(jié)合監(jiān)測系統(tǒng)的錄波波形進(jìn)行說明。故障錄波啟動：從圖3可以看到，零序電壓突變增大，呈現(xiàn)一定規(guī)律的頻繁的突變，監(jiān)測系統(tǒng)由此啟動了故障錄波。

圖3 系統(tǒng)間歇性故障報(bào)警和零序電壓波形圖

選線：從圖4可以看到，故障線的零序電流明顯大于非故障線，并且二者接近反相。本例因?yàn)橹挥袃蓷l線路，可以借助零序電壓的相位關(guān)系來作為故障線的參考[2]，從圖4可以看到零序電壓的變化方向和故障線的零序電流相反（相差90度）。

定位：從圖5可以看到，在故障點(diǎn)上下游的零序電流反向，而且上游的裝置零序電流明顯大于下游的零序電流裝置。

間歇性故障判斷：從單次錄波來看，已經(jīng)可以看到實(shí)際過程有多次的瞬時(shí)性故障，多次瞬時(shí)性故障的波形相似度很高。對比圖5和圖6可以看到兩次故障波形相似度很高，可認(rèn)為是同一原因在同一故障點(diǎn)引發(fā)的間歇性單相接地故障。

圖4 零序電壓，線路首端裝置的零序電流圖

圖5 故障點(diǎn)上下游裝置零序電路

圖6 第二次錄波啟動

4 結(jié)束語

單相接地故障是配網(wǎng)的主要故障，瞬時(shí)性的故障占據(jù)實(shí)際故障的大多數(shù)。但瞬時(shí)性故障持續(xù)時(shí)間短，只在暫態(tài)時(shí)有較大電流，通過文中介紹的廣域同步的故障檢測和定位方法可以準(zhǔn)確的實(shí)現(xiàn)對瞬時(shí)性故障的檢測和定位，并針對演變?yōu)殚g歇性故障的情況，對于在一個(gè)地點(diǎn)相鄰時(shí)間段頻繁發(fā)生的瞬時(shí)性故障，并且在故障波形具有較大相似性的情況下，提前進(jìn)行預(yù)警，并報(bào)告故障區(qū)間，而不必等到故障發(fā)展到永久性故障，充分利用了前期故障初期信息，進(jìn)一步提高了線路的可靠性。