基于配電自動化的小電流接地故障區(qū)段定位方法

梅 林

（國網(wǎng)湖北省電力有限公司黃岡供電公司，湖北 黃岡 438000）

1 小電流接地故障的特征

小電流接地故障常發(fā)生于小電流接地系統(tǒng)中，該故障的發(fā)生，極容易對絕緣問題造成影響。如未及時明確故障區(qū)域并對其進行處理，故障將隨之擴大化，對電網(wǎng)的運行安全造成影響。小電流接地故障，主要包括金屬性接地、非金屬性接地、熔斷等多種。以金屬性接地為例，該故障發(fā)生后，故障相電壓將無限接近于0。如工作人員發(fā)現(xiàn)上述異常，需重點考慮故障發(fā)生的可能。

2 配電網(wǎng)接線方式及小電流接地故障區(qū)段定位流程

2.1 配電網(wǎng)接線方式

我國配電網(wǎng)的接線以輻射型接線為主。因配電網(wǎng)的設(shè)計具有閉環(huán)的特征，不同線路通?？赏ㄟ^雙電源連接開關(guān)相互連接[1]。一旦發(fā)生小電流接地故障，配電網(wǎng)的電壓將隨之出現(xiàn)異常，最終導(dǎo)致相間短路的問題發(fā)生。因連接同一母線的線路較多，必須自其中識別故障線路，方可及時將故障解除。

2.2 小電流接地故障區(qū)段定位流程

定位小電流接地故障區(qū)段的過程，既自與母線線路連接的眾多線路中，尋找故障線路的過程，如圖1所示。

圖1 小電流接地故障區(qū)段定位描述

為確保定位及時準確，工作人員應(yīng)首先對故障的特征進行識別，區(qū)分“中性點接地”以及“消弧線圈接地”。故障分析完成后，需隨之提取其特征，以便于建立定位模型。單獨依靠定位模型，難以明確故障所處的區(qū)域。因此，工作人員需通過模擬實驗的方式，對故障區(qū)域進行驗證。驗證無誤并解除故障后，需通過掛網(wǎng)測試的方式評估故障是否已消失。確保電網(wǎng)能夠正常運行后，方可結(jié)束維修。

3 基于配電自動化技術(shù)的小電流接地故障區(qū)段定位方法

3.1 故障特征識別

3.1.1 中性點接地

中性點接地為小電流接地故障的主要表現(xiàn)，受信號衰減、噪聲等因素的影響，定位較為困難。因此，為明確故障所處的區(qū)域，識別故障特征是關(guān)鍵。假設(shè)故障的發(fā)生點為A，故障類型以單相接地為主，則可將其視為線路中的A點接入了零序電壓源。此時，有關(guān)人員可將x視為零序電壓故障閾值，對A點的零序電壓數(shù)值與x進行對比。如A點電壓＞x，則代表可能發(fā)生了小電流接地故障。識別故障后，工作人員需立即利用配電自動化技術(shù)，對小電流接地故障的區(qū)段進行定位，進而及時發(fā)現(xiàn)故障的來源，提高故障解決效率。

3.1.2 消弧線圈接地

消弧線圈接地故障，同樣為小電流接地故障的主要表現(xiàn)之一。電力系統(tǒng)中，消弧線圈具有一定的補償作用。受其影響，故障所處線路的零序電流相位，一般較無故障線路相位無明顯的差異。但通過對兩者電流幅值的對比，則可發(fā)現(xiàn)零序故障電流幅值降低的問題。當配電網(wǎng)線路發(fā)生故障后，電網(wǎng)仍可繼續(xù)運行，但運行時間不得超過2 h。在此期間內(nèi)，電網(wǎng)將不斷對消弧線圈的運行方式進行控制，而線圈也將不斷發(fā)生過補償與欠補償?shù)膯栴}。此時，通過對零序電流相量的觀察，往往可見零序電流相量的變化。

3.2 提取故障特征

為獲取故障特征，工作人員需首先采用配電自動化技術(shù)，對零序電壓等相關(guān)數(shù)據(jù)進行采集。采集后的數(shù)據(jù)，需經(jīng)自動化系統(tǒng)存儲至數(shù)據(jù)庫之中，以備工作人員對其進行分析。上述數(shù)據(jù)采集完成后，工作人員需借助GPS以及GPRS技術(shù)，對各測點相位差的數(shù)值進行計算，計算公式如下：

式中，i代表測點編號，φ代表絕對相位，φ0代表變電站相位。通過對上述公式的計算，工作人員便可得到各點的相位差。結(jié)合所采集的零序電壓等參數(shù)，便可實現(xiàn)對故障特征的提取。

3.3 建立定位模型

為將故障點鎖定在某一區(qū)域范圍內(nèi)，工作人員需于掌握各項數(shù)據(jù)后，建立相應(yīng)的故障分區(qū)定位模型。具體模型見圖2。

圖2 小電流接地故障分區(qū)定位模型

為準確定位故障區(qū)域，應(yīng)首先將測點設(shè)置于負荷開關(guān)區(qū)域，將該區(qū)域的相鄰矩陣設(shè)為D，將標識向量設(shè)為t，將開關(guān)處測點總數(shù)量設(shè)置為A，其余部分測點總數(shù)為B，則有A+B+1=電網(wǎng)全部測點的數(shù)量。以上述數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，采用AFFABN對故障邊界節(jié)點進行計算，便可得到故障分區(qū)的邊界位置。故障邊界位置為構(gòu)成故障區(qū)段的主要位置，有關(guān)人員需參考該指標，通過模擬實驗等方式對故障區(qū)段進行定位，以及時明確故障所處位置。

3.4 模擬實驗方法

為判斷以配電自動化技術(shù)為基礎(chǔ)的故障區(qū)段定位方法的效果，需通過模擬實驗的方式，判斷該技術(shù)所定位的區(qū)段是否準確無誤。模擬實驗的過程中，有關(guān)人員可取2號線路作為測試線路，共設(shè)置2個測點，3個線路段。如以a代表起始測點，則有a=[0，1，2]，結(jié)合測點相鄰矩陣進行計算后，計算結(jié)果將隨即自配電自動化系統(tǒng)中顯示。不同測點的相位差數(shù)值、相位差異提示、故障段邊界節(jié)點，均為系統(tǒng)顯示的主要內(nèi)容。以上述內(nèi)容為基礎(chǔ)，對小電流接地故障區(qū)段進行定位，定位的準確性可明顯提高。

3.5 掛網(wǎng)測試結(jié)果

某電力企業(yè)于2018年5月發(fā)生了小電流接地故障，發(fā)現(xiàn)故障后，有關(guān)人員立即采用配電自動化技術(shù)以及AFFABN算法，明確了故障邊界節(jié)點的范圍，并及時解決了故障。為判斷故障是否已解除，工作人員通過掛網(wǎng)測試的方式，對電網(wǎng)的運行情況進行了分析。測試結(jié)果顯示，故障解除前，1號測點的零序電流滯后，零序電壓為90°。通過對2號、3號等其余測點的觀察，同樣可見上述現(xiàn)象。故障解除后，再次進行測試，工作人員未見任何異常。上述研究結(jié)果表明，配電自動化技術(shù)的應(yīng)用，對小電流接地故障定位準確性的提高具有重要價值。

4 結(jié)語

配電自動化技術(shù)的應(yīng)用縮短了查明小電流接地故障的時間，提高了故障定位的效率與準確度，減少了電力領(lǐng)域的資源浪費，為電力企業(yè)經(jīng)濟效益的提高奠定了基礎(chǔ)。