淺析配電自動化的配網單相接地故障定位及其自愈

李四新

陜西省地方電力（集團）有限公司扶風縣供電分公司 陜西 扶風 722200

引言

隨著我國社會經濟的不斷發(fā)展，對于電網穩(wěn)定的要求也越來越高。配網穩(wěn)定運行關系著用戶對電網服務的滿意度，其中的關鍵在于配網故障的迅速定位以及檢修。配電網絡覆蓋面積大，各地區(qū)的設備差異明顯，在城市建設與發(fā)展的高峰期，用電負荷處于較高水平，配網故障發(fā)生率也相對較高。但是由于配網設備復雜，檢測定位難度較大，單相接地故障的處理也停留在故障選線的層面，具有較為明顯的不足。在配網自動化的基礎上，采用單相接地故障定位與自愈技術，能夠迅速精準定位故障，及時改善電網質量，提升配網服務水平。

1 配電自動化與單相接地概述

1.1 配電自動化定義

配電自動化是采用現(xiàn)代電子和通信網絡技術，整合配電網中的配電網數據、線數據、電網結構、用戶數、地圖信息等信息，形成完善的自動化系統(tǒng)，能夠對配電網的線路、設備進行實時監(jiān)控、保護，并且能夠及時預警設備與網絡故障，保護相應設備。配電自動化主要是對電網中的配電線路元器件的監(jiān)控，包括變壓器、柱上開關、電纜分支箱、小型開閉站等設備。從縱向關系來看，配電自動化屬于配電管理的子系統(tǒng)，與變電站自動化、電力MIS以及調度自動化的聯(lián)系緊密[1]。配電自動化應該覆蓋配電網中的所有配電設備，為了避免調度自動化與配電網自動化的重復投入，可以在已有的調度自動化的基礎上，實現(xiàn)配電自動化體系的建設。

1.2 配電自動化構成

配電自動化需要對配電網的設備進行監(jiān)控與協(xié)調，同時應該具備故障識別和控制功能，以實現(xiàn)對配電網中的工況、網絡進行監(jiān)控與重構，為了滿足配電網中用戶的需求，需要強大的多系統(tǒng)接口能力。配電自動化系統(tǒng)結構包括主站系統(tǒng)、通信系統(tǒng)與用戶終端，具體如下：主站系統(tǒng)是配電自動化的核心，采用以太網雙機配置，符合國際工業(yè)標準的硬件設備和接口，通過數據庫軟件，滿足數據查詢、數據儲存等功能；通信系統(tǒng)是將各個子系統(tǒng)連接起來的環(huán)節(jié)，完善的通信網絡對于配電網的設備實時監(jiān)測與控制十分重要，配電自動化的通信系統(tǒng)主要包括主站與其他系統(tǒng)的通信、主站與配電終端的通信；配電終端是監(jiān)控、檢測電力網絡和設備，包括數據的采集、終端設備的控制、故障識別與隔離、配網優(yōu)化等功能。

2 配電自動化單相接地故障定位

相比于輸電網絡，配電網雖然是閉環(huán)結構卻是開環(huán)運行的，因此在配網故障的定位與檢測中，需要由故障區(qū)域的饋線故障點和首端節(jié)點共同決定。當配電網發(fā)生故障時，監(jiān)測終端判斷識別故障，分析電流連續(xù)頂被打斷的節(jié)點，根據其節(jié)點定位故障區(qū)域[2]。

2.1 單相接地故障識別

接地故障通常可分為大電流接地故障和小電流接地故障，小電流接地故障可以采用主動和被動定位。主動定位是主動給予系統(tǒng)一個信號，通過信號的反饋信息判斷故障點位置；被動式定位是對故障發(fā)生前后的電壓信號進行分析，判斷其改變情況而判斷故障點。主動定位方法包括中電阻法、S注入法、交直流綜合投入法；被動式定位方法包括阻抗法、行波法、穩(wěn)態(tài)零序無功功率方向法等方法。

配電自動化系統(tǒng)中，當配網發(fā)生故障時，其故障點會發(fā)出相應的故障信號。單相接地故障是常見的故障之一，當發(fā)生單相接地故障時，其故障信號傳輸到配電自動化系統(tǒng)中，系統(tǒng)對故障信息進行解讀，首先確定故障區(qū)域以及故障類型。如果系統(tǒng)檢測故障區(qū)域的斷路器跳閘，則視為該控制器的線路失電，如果在2s內能夠自動合閘則為暫時性故障，如果超時后依然未能自動合閘，則為永久性故障，

2.2 線路故障檢測

在對單相接地故障進行初步判斷，且其斷路器未能合上時，確定為永久性故障后，需要對故障區(qū)域進行進一步檢測分析。設定QF1為首端節(jié)點，設定QS11、QS12、QS13、S11與S12為檢測點，斷路器斷開的情況存在三種情況：①QF1合閘，當QS11沒有通電，QF11跳閘，則可以確定L11為故障線路，故障線路上的QS11無任何負荷信號反饋；②對QF1進行合閘處理，發(fā)現(xiàn)QF11合閘，雖然成功通電，但是相關的電壓發(fā)生了明顯的變化，則發(fā)生故障的線路為L12；L12發(fā)生故障后L11有反饋信號；③QF1合閘后，發(fā)現(xiàn)同屬一條線路的QS11個QS1也發(fā)生合閘，成功通電但是電壓正常時間超過設定時間，表明合閘成功，但是QS13在設定時間無反饋信號，而且QF1發(fā)生跳閘，表明線路L13發(fā)生故障。

2.3 單相接地故障選線問題

發(fā)生單相接地故障后，故障線路的相關參數都會發(fā)生較大變化，其暫態(tài)零序電流會達到最大幅度，而且其電流極限與非故障線路的電流暫態(tài)分布相反。利用單相接地故障的暫態(tài)零序電流參數，能夠對故障情況進行進一步的分析。暫態(tài)零序電流擁有諸多頻率分量，當頻率處于疊加狀態(tài)時，會提升識別難度，因此可以采用過離散小波變化快速算法識別故障。通過分解復雜的頻率信號，完成對系數的重構，并且將此作為線路故障判斷依據。當某一條線路細節(jié)分量較小而且與其他線路至相反則該線路為故障線路；所有線路符號相同且細節(jié)分量較小，可以判定母線為故障線路。對于小接地系統(tǒng)，暫態(tài)零序電流是正常線路接地電容電流之和，故障點下方的電流值應該與接地電容電流相等，零序電流最大的幾個監(jiān)測點中的大小差值最大的位置為故障發(fā)生點。

2.4 故障精準定位方法

在判斷故障線路的基礎上，采用行波故障定位法準確定位故障點。通過將檢測元件置于線路故障段的斷路器處，能夠檢測線路的暫態(tài)電流。通過分析暫態(tài)波從而確定故障點。常用的行波法包括單端測距和雙端測距，該方法的精準度高，但是故障點的反射波識別存在困難。雙端測距的方法可靠性較高，應用較為普遍。通過斷路器兩端設置測距裝置，測距裝置發(fā)射暫態(tài)行波信號，采用過濾的方法提升故障點定位的精確性，通過往返時間計算最終距離，定位故障點。

3 配電自動化單相接地故障自愈策略

自愈功能是配電自動化的核心功能，在發(fā)生單相接地故障后，需要采用有效的方式實現(xiàn)快速自愈。

3.1 集中式饋線自動化

集中式配電自動化主要是采用終端設備的測試電流識別故障，并且將故障信息傳送給主機，通過分析檢測故障部分，由主機控制開關動作實現(xiàn)隔離，解除故障后恢復供電。集中式饋線自動化中主站和饋線自動化處于關鍵地位，如果存在多個故障，則會采用轉供的方式確保電網穩(wěn)定。該方法能夠在對故障進行全面檢測的情況下，實現(xiàn)優(yōu)化分析，保障電網穩(wěn)定運行。但是相應的隔離處理時間較長[3]。

3.2 智能分布式饋線自動化

智能分布式饋線自動化是通過終端之間的通信完成故障定位，并且通過智能終端完成故障隔離與恢復等操作，智能終端起著關鍵作用。該方法反應迅速，能夠及時恢復電網穩(wěn)定，但是受到終端設備的影響，其投資成本較大，而且不適于復雜線路的應用，一旦動作失敗，將會影響整個電網的自動化水平。

4 結束語

綜上所述，針對配電自動化的單相接地故障，可以采用故障識別、診斷、定位等方式，精準定位故障點，同時選用合適的自愈策略，提升配電自動化運行效率。通過單向故障定位和自愈的技術，能夠確保配電自動化安全運行，促進電網事業(yè)的快速發(fā)展。