基于配電自動化的配網單相接地故障定位與自愈

宋燁

摘 要：近年來，經濟快速發展，社會不斷進步，在智能配網和泛在物聯網加速建設的大環境下，通過充分應用配電自動化、大數據、云計算等現代信息技術，實現配網故障信息全面感知及各系統應用的靈活配合;并梳理出新的配網單相接地故障精準指揮模式，使得在配網發生故障時，各專業班組間能高效聯動，綜合開展故障主動研判，精準定位故障點，大幅縮短故障隔離時長，有效降低故障停電時戶數，進一步提升供電可靠性。

關鍵詞：配電自動化;配網;單相接地;故障定位;自愈

引言

當前，為了滿足人們的日常用電需求，需要采取有效的措施提升供電質量，確保配電網中各個線路和設備的運行質量，針對配電網中經常出現的單相接地故障，要深入分析其產生原因，并結合以往的故障情況認識到配網單相接地的危害，采取有效的措施消除這類故障問題。為了進一步提升配網系統的可靠性，要結合當前的自動化技術對配網系統進行優化，實現配網單相接地故障的查找和定位，并且通過系統內部的故障保證措施實現故障自愈，這樣可以快速恢復故障，保證供電質量。

1配網自動化的發展要求

在當前的用電形勢下，為了提升配網供電的可靠性，要結合當前先進的科學技術對配網系統進行不斷優化，實現配網自動化可以針對系統運行中的一些故障進行快速定位，并且依靠系統的自愈功能快速恢復故障，提升供電質量。實現配網自動化具有重要意義：①提升供電可靠性，在電力系統運行中，配網系統是重要的電力輸送系統，它可以起到電力傳輸和調度的作用，所以其正常運行直接關系到供電質量。結合目前的電力供應情況來看，部分地區由于配網系統不完善，經常會出現配網系統故障，引發停電事故，這樣會給當地的經濟帶來不可估量的損失。實現配電自動化，可以通過故障定位和自愈技術快速恢復供電，提升供電的可靠性。②提高供電能力，通過優化配網系統的自動化功能，可以在配網的供電和調度工作中更加智能。配網系統可以對每天供電的高峰和低峰進行分析統計，然后為了保證系統的正常運行，合理地進行電能的分配和調度，盡可能地降低線路損耗，這樣可以提升供電能力，滿足高峰用電需求，并且可以防止出現設備長期高負荷工作的情況，延長設備的使用壽命。

2配電自動化的配網單相接地故障定位與自愈

2.1單相接地故障精準指揮流程

為實現配網單相接地故障的精準指揮，在現有的系統基礎上，依靠配電自動化系統，集成配電線路在線監測系統、集中監控智能分析及輔助決策系統、配變智能終端系統、營銷系統等多個數據平臺;同時接入故障指示器、智能開關、配變終端數據等多維數據源，使原本分散的各類故障信息得以集中化處理，并通過配電自動化系統智能研判遴選相關故障信息，做短信實時推送，從而全面提升調控員對于故障信息的感知力。當發生單相接地故障時，調控員將應用配電自動化系統對相關故障信息進行比對分析，如發現相同時間有兩個及以上非同源的信號指向同一故障源時，則立即指揮線路運維班組在規定的時間內到達疑似故障點并對其進行精準隔離。既避免了錯誤的試拉非故障線路，又最大限度地避免故障線路的全線停電，保障非故障用戶的可靠供電，同時大大降低故障停電時戶數。

2.2接地選線

一旦自動化配網中發生單相接地故障，故障點會顯示產生故障行波，當故障行波傳播到測量點母線時，根據物理原理發生折射與反射。經過折射和反射的行波一部分經過非故障線路，另一部分會經過故障線路，這樣能夠保證故障線路和非故障線路均檢測到初始行波，但是對于兩者而言檢測到的故障行波幅值會有所不同，一般故障線路的初始行波幅值較大，且極性和非故障路線相反，通過這一原理能夠正確地選擇單相接地線路，很好應用于單相故障接地選線中。根據小電流選線結果，配電自動化系統自動遙控拉開所選線路的出線開關，并啟動接地故障X時限（根據實際通信延時等情況確定）倒計時。因故障點位于線路1上，故CB1分閘后故障點切除，接地報警信號消失，程序自動下行。

2.3廣域相量測量

小電流接地故障定位是中性點非有效接地方式與生俱來的問題，長期以來，人們試圖通過變電站遙測故障信息或人工干預采集線路單點信息來解決這一問題，但由于上述兩種方法均不適用于配網自動化系統定位方法、干擾因素眾多，因而導致故障定位困難重重。為了解決這一問題，可采取廣域相量測量法，結合中性點非有效接地系統特征，在配電線路設置多個單相接地故障信號測點，對故障零序電壓、零序電流分布進行實時檢測，并將所采集相量信息通過通信網絡傳播到服務器端進行處理，由于小電流故障點位機制數據流量不多、實時性要求不高，因而通常采取GPRS公網無線通信方式完成數據通信要求。關于廣域相量測量點的選擇，應遵循三個原則：一是在分斷開關處設置測點，二是便于線路維護，在最佳巡線距離設置測點，三是考慮綜合因素優化測點。

2.4現有的接地故障選線定位裝置分析

目前配網中應用較廣泛的接地選線定位裝置主要可以分為兩大類：一類是安裝在變電所側的選線裝置，包含保護裝置投入零序電流告警輔助選線功能、專用小電流接地選線裝置;另一類是安裝在線路設備上的接地定位裝置，包含智能柱上開關（FTU）接地告警、架空線路（電纜線路）故障指示器、DTU等配電自動化裝置。保護裝置投入零序電流告警輔助選線功能。該方法利用變電所側出線間隔的零序CT電流為依據，其原理為零序電流比幅法。該選線方法應用廣泛，但選線原理單一，經消弧線圈補償后穩態零序電流過小，易造成沒有選線結果或選線錯誤，在實際應用中選線準確率基本只能達到50%左右。專用小電流接地選線裝置。該方法利用變電所側出線間隔的暫態零序CT電流為依據，通過三種方法（暫態比相法、暫態功率方向法、暫態比幅法）做判斷。該裝置因有多種判斷方法，準確率較高。智能柱上開關接地告警。該方法利用分支線路智能開關的零序CT電流為依據，通過零序電流比幅法選線做判斷。優點是能具體到某線支線，故障查找速度快，停電范圍小。故障指示器。根據實現的功能可分為短路電流故障指示器、單相接地故障指示器和接綜合故障指示器。現廣泛使用的指示器大部都是短路電流故障指示器，不具有單相接地告警功能。

2.5故障區段定位系統結構

小電流接地故障區段定位主要通過分布式系統解決配電自動化系統信息跨地域、功能分層化、操作實時化的小電流故障定位困難等問題。結合配網小電流故障原因，采取選線和區段定位檢測故障的方式，彌補配電自動化系統無法科學定位小電流接地故障的漏洞。小電流故障區段定位系統主要包括故障特征檢測終端、故障定位監控中心兩大部分，前者由廣域相量測量單元完成故障特征信息采集，后者負責啟動和控制廣域相量測量單元，收集相量數據，并在小電流故障定位算法的基礎上實現故障精準定位。

結語

綜上所述，在電力系統的運行中，為了保證配網調度工作質量，滿足用戶的用電需求，一定要不斷完善配網系統的自動化功能，提升配網系統的可靠性和安全性，針對當前配網系統中的單相接地故障，完善系統智能故障定位和自愈技術，并結合當前實際應用中存在的問題，深入分析，優化配網自動化功能，提升電力系統供電質量。

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