配網(wǎng)自動化系統(tǒng)中接地故障區(qū)段定位方法研究

黎力葦 劉翔

摘 要：配網(wǎng)自動化系統(tǒng)分為通信層、主站層、子站層及終端層，依托其特有的“四遙”功能實現(xiàn)對配電設(shè)備的動態(tài)化、持續(xù)化監(jiān)控，及時發(fā)現(xiàn)并妥善處理線路故障。在配網(wǎng)自動化系統(tǒng)中提升接地故障定位技術(shù)可以有效推動配電系統(tǒng)自動化和智能化建設(shè)，實現(xiàn)整個系統(tǒng)的穩(wěn)定良好運行。本文就此展開了分析。

關(guān)鍵詞：配網(wǎng)自動化;自動化系統(tǒng);接地故障;區(qū)段定位

1配網(wǎng)故障定位模式

1.1基于重合器的故障定位

基于重合器的故障定位主要指在配電線路斷路器上專業(yè)規(guī)范地裝配一個重合器，提前設(shè)定新裝置的動作次數(shù)，保證配電線路開關(guān)運行正常，有效發(fā)揮其控制、保護功能，并且保證新裝配的重合器的閉鎖、自動復(fù)位這兩項功能正常。根據(jù)圖1能夠了解到，在電網(wǎng)保持穩(wěn)定安全的運行狀態(tài)時，聯(lián)絡(luò)開關(guān)R0分閘，而剩下的開關(guān)則保持合閘狀。如果配電線路L1上k1點出現(xiàn)問題或者故障，那么出線開關(guān)R1就會馬上斷開，此時，線路L1也不再有電流經(jīng)過，由此造成分段開關(guān)S1、S2、S3斷開。待過了t1時間后，R1重合。1）如果k1屬于瞬時故障，R1重合后，S1、S2首次有效重合，S3合閘，故障排除，繼續(xù)供電。2）如果k1屬于永久性故障，R1重合后，S1、S2首次有效重合，R1會由于故障而斷開，執(zhí)行1）動作。需要注意的是，因故障電流并未徹底清除，加之出線開關(guān)、分段開關(guān)已提前設(shè)定具體的重合閘次數(shù)，它們無法無限制地不斷重合閘，在提前設(shè)定的次數(shù)是兩次的情況下，若S1、S3重合兩次均以失敗告終，就會自動閉鎖，S3繼續(xù)分閘，所以，S2、S3能夠有效隔離故障點。一定延時后，聯(lián)絡(luò)開關(guān)R0動作合閘，R0-S3段這一正常區(qū)域不受影響，保持正常通電狀。對于基于重合器的故障定位模式來講，它最突出的特征和最大優(yōu)勢是無需啟動和應(yīng)用配電自動化系統(tǒng)，分段開關(guān)、聯(lián)絡(luò)開關(guān)與重合器之間協(xié)同合作即可完成對現(xiàn)有故障點的準確判定及快速隔離，恢復(fù)非故障區(qū)間的供電。此模式經(jīng)濟性強、結(jié)構(gòu)簡潔，非常適合通信設(shè)施較為落后的地區(qū)。此模式在實際應(yīng)用過程中，整條線路的穩(wěn)定運行高度依賴于配電線路出線開關(guān)的重合操作，可靠性有所欠缺。另外，由于尚不具有通信功能，不能對電網(wǎng)負荷的變化情況進行實時持續(xù)監(jiān)控，故難以快速有效地確定最優(yōu)故障處理方案。

1.2基于FTU的故障定位

FTU是裝配于配電網(wǎng)中柱上開關(guān)的智能終端，而DTU則裝配在電纜環(huán)網(wǎng)柜上，能夠全面監(jiān)控并精準采集線路信息，比如電壓、電流等，借助通信模塊實現(xiàn)和主站的穩(wěn)定化、持續(xù)化通信，主站會根據(jù)獲取到的各種數(shù)據(jù)信息判斷并隔離故障，實現(xiàn)對配電線路的控制和保護。根據(jù)圖1能夠了解到，所有開關(guān)都配備了FTU。如果k1運行過程中突發(fā)異常，那么出線開關(guān)R1的FTU則立即啟動并快速切斷故障線路L1。主站將結(jié)合獲取到的各種信息對當(dāng)前出現(xiàn)的故障問題進行嚴格準確地判定，比如明確其具體類型、所在地點等，借助遙控功能向S2、S3快速下達遙控分閘命令，實現(xiàn)對故障點高效精準隔離，之后合閘遙控出線開關(guān)R1、聯(lián)絡(luò)開關(guān)R0，R0-S3、R1-S1保持正常運行。

2配網(wǎng)自動化系統(tǒng)中接地故障區(qū)段定位方法

2.1故障選線與定位

非有效接地系統(tǒng)中若出現(xiàn)接地故障，非故障會從原本的地電壓變?yōu)榫€電壓，尤其是當(dāng)間接性弧光接地出現(xiàn)的情況下，受到電荷的限制，中性點無法有效釋放通路，從而導(dǎo)致弧光接地過電壓威脅線路絕緣，持續(xù)情況下會進一步發(fā)展成為相間短路，此時就需要及時快速地定位故障線路，并排除故障。故障選線具體是指從同一母線下連的多條線路中，識別選擇產(chǎn)生接地故障線路并進行進一步判斷的過程[1]。故障定位具體是指繼續(xù)依據(jù)故障信息特征對故障區(qū)間進行定位，并準確找到發(fā)生故障支路的過程，其描述示意圖。在配網(wǎng)線路上合理設(shè)置故障檢測點，將相鄰的多個檢測點相連形成的邊界線可進一步準確定位線路區(qū)間，提升故障接線和故障定位的效率。不同類型的配電網(wǎng)上設(shè)置的檢測點作用也存在差異性，變電站配網(wǎng)母線上的檢測點應(yīng)用于零序電壓向量的獲取，這類功能的檢測點若僅應(yīng)用于故障定位則將其稱之為普通線路檢測點，若這類功能檢測點同時應(yīng)用于饋線控制則將其稱之為特殊線路檢測點。當(dāng)相鄰的檢測點中包括普通線路檢測點，那么以之為邊界線所確定的線路區(qū)間是段，相鄰檢測點均為特殊線路檢測點，那么以之為邊界線確定的線路區(qū)間是區(qū)。

2.2輻射性接線方式

通常情況下，配電網(wǎng)會采取閉環(huán)設(shè)計、開環(huán)運行的建設(shè)模式，不同系統(tǒng)線路在雙電源的連接下與開關(guān)相連并形成環(huán)形結(jié)構(gòu)。在配電網(wǎng)正常運行使用過程中，雙電源處的連接開關(guān)斷開，配電線路自變電站引出開始進行開環(huán)運行，此時輻射型連線方式呈現(xiàn)樹狀結(jié)構(gòu)，這是現(xiàn)階段我國配電網(wǎng)系統(tǒng)較為普遍的一種接線模式。

2.3獲取接地故障特征信息

2.3.1中性點不接地系統(tǒng)故障特征

基于配網(wǎng)線路支路繁雜、距離較遠的特點，進行人工巡線故障定位具有一定的難度，這時選擇固定檢測點進行故障零序電流的監(jiān)測受到信號衰減的影響較少。當(dāng)中性點不接地系統(tǒng)中某定點出現(xiàn)了單相接地故障，就如同在這一定點處增加了零序電壓源，線路感抗較低且經(jīng)過的零序電流偏小，整個線路上承受的零序電壓基本相等[2]。從理論角度分析，當(dāng)未出現(xiàn)故障現(xiàn)象時零序電壓應(yīng)為0，但零序電壓同時還受到不對稱線路等其他因素的干擾，因此將線路零序電壓故障閥值設(shè)為α，當(dāng)流經(jīng)零序電壓超過這一規(guī)定值則視為小電流接地故障的發(fā)生并運行故障定位功能。

2.3.2消弧線圈接地系統(tǒng)故障特征

消弧線圈接地故障是接地故障的又一重要表現(xiàn)形式，在整個電力運行系統(tǒng)中，因消弧線圈帶有補償性能（過補償），在其影響下故障處線路流經(jīng)的零序電流相位，相比于未出現(xiàn)故障部位的線路相位并未呈現(xiàn)出明顯差異。但若將兩處的電流幅值進行測試對比，則可顯示出故障處零序電流幅值比較低的問題[3]。在配網(wǎng)線路產(chǎn)生故障后，其電網(wǎng)仍可在一定時間范圍內(nèi)繼續(xù)使用，電網(wǎng)將針對消弧線圈的運行模式加以持續(xù)干預(yù)控制，線圈在此期間不斷呈現(xiàn)過度補償和缺乏補償?shù)臓顟B(tài)，此時通過觀察零序電流相量即可察覺其變化。

2.4故障分段定位

法故障分段定位法可以實現(xiàn)各檢測點零序電流相量參數(shù)的自動采集和收集，并及時判斷出產(chǎn)生故障的線路段位得出分析結(jié)論。在單電源輻射結(jié)構(gòu)線路中，包含普通線路檢測點的相連檢測點將其劃分為不同的段，一個段內(nèi)可能同時存在2個或多個檢測點對其進行界定和判斷[4]。其中，單電源輻射線路故障段流經(jīng)的零序電流具有一定的方向，在進行故障段的定位處理過程中變電站根測點只負責(zé)零序電壓相量參數(shù)的采集工作，其中故障點一定位于這一根測點的下游;而將葉節(jié)點作為假設(shè)檢測點時，故障點一定位于葉節(jié)點的上游。

結(jié)語：

綜上所述，現(xiàn)如今，智能配電網(wǎng)的覆蓋范圍不斷擴大，環(huán)狀結(jié)構(gòu)得到廣泛應(yīng)用。配電自動系統(tǒng)的核心功能是根據(jù)實際情況實時優(yōu)化配電網(wǎng)，使其始終保持穩(wěn)定安全的運行狀態(tài)，一旦線路出現(xiàn)異常，便于電網(wǎng)調(diào)度工作人員高效精準地鎖定并排除故障。實現(xiàn)配網(wǎng)自動化系統(tǒng)接地故障定位的高效化和精準化可為維修檢測人員帶來極大的便利，并為饋電線路的控制和保護提供了極富價值的理論參考。因此在配網(wǎng)自動化系統(tǒng)中提升接地故障定位技術(shù)可以有效推動配電系統(tǒng)自動化和智能化建設(shè)，實現(xiàn)整個系統(tǒng)的穩(wěn)定良好運行。

參考文獻：

[1]陳彥雄. 配網(wǎng)自動化系統(tǒng)中接地故障區(qū)段定位方法[J]. 機電工程技術(shù)，2018，47（06）：151-153.

[2]程睿，王明雨，王洋，李浩天. 配網(wǎng)自動化系統(tǒng)中接地故障區(qū)段定位方法研究[J]. 中國新通信，2020，22（16）：90.

[3]劉志文，董旭柱，鄒林，吳爭榮，李杰，曾德輝. 基于零序電流衰減周期分量的高阻接地故障區(qū)段定位[J]. 電力系統(tǒng)自動化，2020，44（07）：161-168.

[4]楊耿杰，許曄，高偉，洪翠，郭謀發(fā). 基于能量譜相似度自適應(yīng)聚類的配電網(wǎng)接地故障區(qū)段定位方法[J]. 電力自動化設(shè)備，2021，41（03）：25-32.