小電流接地選線系統(tǒng)技術分析

曹艷 CAO Yan；李洪 LI Hong

（國網湖北省電力有限公司黃石供電公司，黃石 435000）

0 引言

近年來，隨著社會發(fā)展日新月異，人民生活水平日益提高，對電力的需求也不斷提升，如何保證安全、持續(xù)、穩(wěn)定的電能供給成為當前電網，尤其是配網的一大難點。現(xiàn)今，針對小電流接線系統(tǒng)單相接地故障選線問題，國內外進行了多樣化的研究分析，并提出了具有一定運用效果的選線方法，目前主流的選線方法主要分為：拉路查找法[1]、合環(huán)查接地法、利用暫態(tài)信號選線分析法[2]、利用注入信號分析法[3]、智能算法[4]等。目前黃石配網采用選線方法多為拉路查找法，通過調度員對接地母線上的所有出線進行逐條拉停并觀察接地故障是否消失，從而確認接地線路[5]。這種方法執(zhí)行簡單，不需加裝選線裝置或改造變電站設備，適用于所有接地情況，但是操作步驟多，效率低下，影響范圍廣，會造成正常運行線路的短時停電，引起停電投訴，并且頻繁的拉合出線開關會造成母線電壓波動，影響專線用戶電能質量，嚴重的還會產生操作過電壓和諧振過電壓，破壞電網安全穩(wěn)定運行。找到故障線路后暫時送電進行帶電查找故障點，在進一步查找接地故障區(qū)段的過程又需要逐段線路停電，所以帶接地故障運行并沒有提高供電可靠性，相反還造成接線線路重復停電，降低了用戶的用電體驗，并增加頻繁停電投訴風險。因此為了減少用戶停電次數(shù)，提升供電服務質量，對小電流選線裝置和零序CT 問題進行梳理整改，讓其真正發(fā)揮實效作用具有較為重大的實際意義。

1 黃石電網接地情況

2020 年黃石配網（含大冶、陽新）共發(fā)生接地故障177次（城區(qū)、高新區(qū)11 次，大冶108 次，陽新58 次），拉路查找接地造成的短時停電次數(shù)更是數(shù)倍以上。其中8 月份發(fā)生的接地故障最高達到34 次，平均每天處理1.1 次接地故障，通過傳統(tǒng)的“拉路法”每次選出接地線路平均耗時24 分鐘，選線準確率差效率低下。全網接地次數(shù)如圖1所示。

圖1 黃石電網2020 年接地次數(shù)統(tǒng)計

按接地故障類型統(tǒng)計，電纜故障占38.5%，接地后跳閘占14.4%，架空線路故障占2.9%，配電開關故障占11.5%，用戶故障占7.7%，自然恢復占10.6%，其他情況占11.5%。電纜故障主要有：中間接頭故障、外破、泡水等問題造成。若發(fā)生電纜故障，故障點的快速準確定位及處置一直是焦點問題，此類故障處置時間較長，一般需要4-8 小時。接地故障類型占比如圖2 所示。

圖2 黃石電網2020 年接地次數(shù)統(tǒng)計接地故障類型占比

因此在新型的供電服務壓力下，當配網運行方式比較復雜時發(fā)生接地故障，使用拉路法所耗費的時間就會遠遠超過接地選線平均時間。本文會通過分析與梳理黃石配電網小電流接地選線、零序電流互感器（CT）或測保裝置應用情況，根據黃石地區(qū)各類廠站情況，并結合當前黃石配網實際接地故障發(fā)生情況，對黃石地區(qū)現(xiàn)有的選線方法做簡單描述和比較，并從技術使用人員角度提出整改建議，減少調度員在拉路過程中的接地選線時間。

2 黃石電網接地故障選線技術原理和特點

目前，黃石地區(qū)可采取2 種方法實現(xiàn)接地故障選線，平均選線次數(shù)為1-2 次，平均選線時間為3-5 分鐘。最常用的為小電流接地選線系統(tǒng)（綜合診斷及錄波系統(tǒng)）[6]和基于數(shù)據采集與監(jiān)控（SCADA）系統(tǒng)的小電流接地選線方法[7]。基于錄波方法的小電流故障選線需保護自產零序電流或加裝零序CT，且在綜合自動化系統(tǒng)中加裝整套小電流接地選線裝置，對調度的需求來說，需要在SCADA 系統(tǒng)中直觀顯示接地線路，有條件的可在SCADA 系統(tǒng)中直觀顯示零序電流值。基于SCADA 系統(tǒng)的小電流接地選線需保護自產零序電流或加裝零序CT，對調度的需求來說，需要在SCADA 系統(tǒng)中直觀顯示零序電流值。基于錄波方法的小電流故障選線方法優(yōu)先于基于SCADA 系統(tǒng)的小電流接地選線方法，接地故障選線方法如表1 所示。

2.1 小電流接地選線系統(tǒng)（綜合診斷及錄波系統(tǒng)）

基于錄波方法的小電流故障選線方法[6]本質上是通過高頻錄波裝置記錄故障前后的零序電壓、零序電流，然后通過裝置中選線算法對故障前后暫態(tài)、穩(wěn)態(tài)零序電流進行分析，從而選出故障線路。電氣接線如圖3 所示。

圖3 變電站型小電流接線選線系統(tǒng)電氣接線示意

變電站型小電流選線裝置適用于變電站內，集中安裝于立地式的IPS 控制箱里。電源取自變電站直流屏，零序電流取自零序CT，也可以由線路三相CT 計算得出，由選線裝置將選線結果上傳主站，一般拉路1 次可以得出結果。綜合診斷選線優(yōu)點主要有三點：①通過消弧線圈投入前的電流特征進行選線，排除了消弧線圈補償?shù)母蓴_，選線可靠性較高；②提取高頻分量進行分析，適用于金屬性接地、高電阻接地以及部分諧振接地的場合，適用范圍廣；③選線算法全面，可以根據變電站線路條數(shù)以及線路長度、型號進行調整。

綜上所述，小電流選線系統(tǒng)主要組件分為兩主體和三接線構成。兩主體為小電流選線裝置和零序CT，三接線為：①PT 和零序CT 到小電流選線裝置連線；②小電流選線裝置連線到電源屏連線；③小電流選線裝置到遠動機連線。

2.2 基于SCADA 系統(tǒng)的小電流選線方法

基于SCADA 系統(tǒng)的小電流選線方法[7]不需要對現(xiàn)有配網中性點接線方式進行改造，不需要在變電站端加裝新的裝置，需保護自產零序電流或加裝零序CT，將各條饋線的零序電流接入SCADA 系統(tǒng)，并上傳主站用一個簡單的判斷方法進行選線，準確率高，實用、易用。該選線方法通過較小的技術改進解決了電網運行中的大問題，開拓了小電流接地系統(tǒng)選線的新思路并成功實踐，有效提升了選線的準確率和效率。

基于SCADA 系統(tǒng)的小電流選線方法主要分為兩種。一是不接地系統(tǒng)選線方法，利用故障線路零序電流等于所有非故障線路零序電流之和。因此，故障線路零序電流最大。通過比較各條線路零序電流大小，最大零序電流線路即為故障線路，一般拉路1 次可以得出結果。二是經消弧線圈接地系統(tǒng)選線方法，任意斷開一條線路，此時其他非故障線路零序電流基本保持不變，而故障線路零序電流將隨著斷開線路零序電流的消失而發(fā)生變化，并且斷開線路的零序電流越大，故障線路零序電流的變化量越大，最多拉路2 次可以得出結果。

3 設備現(xiàn)狀分析與整改措施

3.1 設備現(xiàn)狀

本部分數(shù)據臺賬來源于設備資產精益管理系統(tǒng)（PMS系統(tǒng)）。黃石各類選線條件與廠站類別統(tǒng)計表如表2 所示，其中條件一和條件二是必備條件，條件三和條件四最少需滿足一項，才可以滿足選線條件。本文將相關廠站分成6類情況開展分析：A+類廠站可以在SCADA 系統(tǒng)中直觀顯示接地線路和零序電流值，選線操作最為便捷，改造方向為保護人員需對此類廠站接地信號進行核查校驗。A-類廠站可以在SCADA 系統(tǒng)中直觀直觀顯示接地線路，選線操作較為便捷，改造方向為加用零序CT 且保護人員需對此類廠站接地信號進行核查校驗。B 類和C 類廠站可以在SCADA 系統(tǒng)中直觀顯示零序電流值，需要調度員對相關數(shù)據進行分析研判，改造方向為自動化人員需在SCADA系統(tǒng)中做相應算法和界面、加用小電流選線裝置并上傳主站。A+類、A-類、B 類、C 類滿足調度員選線需求，但需根據設備實際情況進行核查校驗整改。D、E 類均不滿足，需要進一步改造，改造難度由易到難遞進。

表2 黃石地區(qū)各類廠站分布情況統(tǒng)計表

按地域劃分，黃石地區(qū)所轄共計83 座廠站（黃石31座、大冶27 座、陽新25 座）。A 類（含A+類和A-類）廠站32 座，占比38.55%，B 類廠站7 座，占比8.43%，C 類廠站20 座，占比24.1%，D 類廠站8 座，占比9.64%，E 類廠站16座，占比19.28%。黃石城高新區(qū)、大冶、陽新A 類（含A+類和A-類）廠站分別對應本地區(qū)比例，占比分別為35.48%、48.15%、32%，大冶A 類廠站情況較好。黃石城高新區(qū)B類廠站有6 座、陽新1 座，大冶無此類廠站，B 類廠站完成相關改造后可以進化成A 類。C、D、E 類廠站需要進行整改完善相關硬件設備。相關廠站情況具體如表2所示。

黃石城高新區(qū)A 類廠站11 座，分別是：延安路、明泉、圣水泉、陳家灣、楓葉山、游家、貓嘰港、橋洞、大王、新下陸、七約山。大冶A 類廠站13 座，分別是：殷祖、湛月、車橋、陳貴、銅山口、余房、前進、毛鋪、永勝、仲元、新葉、保安、洋湖。陽新A 類廠站8 座，分別是：白沙、網湖、仙島湖、東源、陽新、海口、洋港、排市。A 類廠站可以安排先期整改，修校試合格后可以安排上線運行。

黃石城高新區(qū)B 類廠站6 座，分別是：南湖、王家坳、團城山、涼山、汪仁、長樂山。B 類廠站整改后將接地信號上傳主站，實現(xiàn)在SCADA 系統(tǒng)中直觀顯示接地線路，需繼電保護人員和自動化人員配合完成。C、D、E 類廠站需納入技改項目，完善相關硬件設備實現(xiàn)零序電流和選線信號的采集上傳。相關廠站情況具體如表3 所示。

3.2 整改措施

為了更好、更快、更準確地排查出接地故障，保障供電系統(tǒng)的穩(wěn)定和安全，提高電力系統(tǒng)的可靠性與供電質量，在對變電站零序CT 和接地選線裝置整改期間，應遵循下面的六大原則進行摸排整改。

①先排查、再分類、后整改。對相關廠站設備健康水平進行評估和診斷，按照評估結果對配置零序CT 或測保裝置進行分級分類，對未配置零序CT 或測保裝置不具備自產零序電流的，在日常停電檢修過程中進行技改完善有關功能。

②按照先黃石，后大冶、陽新的原則。對黃石城高新區(qū)的相關廠站情況好于大冶、陽新，前期安排黃石城高新區(qū)進行變電站零序CT 和接地選線裝置摸排整治，檢查零序CT 和接地選線裝置是否安裝，并排查對已安裝的檢測裝置是否上傳主站信號等，可以提升和積累相關技改經驗。

③優(yōu)先整改配置齊全、等級高的廠站。軟硬件設備條件好的廠站整改難度相對較小，可以在較短時間內提升A、B 類廠站上線率以及選線效果。

④將零序CT 和接地選線裝置整改情況納入電網問題清單進行督辦，根據實際情況確定最終的時間節(jié)點。合理安排人員、材料、停電等條件，倒排廠站整改計劃和整改進度表，制定一站一策整改方案，列出缺陷清單進行閉環(huán)管理。

⑤對接地選線效果建立“一事一分析”。對于選線結果不正確的情況，建立缺陷閉環(huán)機制。發(fā)生的錯誤原因不分析清楚不放過，并制定整改措施。

⑥確保小電流接地選線系統(tǒng)日常運維。將零序CT 極性校驗、變比核查等內容列入斷路器日常修校試項目中，定期開展小電流接地選線裝置的修校試。滾動修編變電站現(xiàn)場運行規(guī)程，將小電流接地選線系統(tǒng)列入日常運行維護項目。

在完善期間，整改的實施步驟應按照下列四大步驟進行實施。

①完善零序CT、小電流選線裝置或測保裝置（帶零序電流），檢查已安裝裝置信號是否上傳主站。

②采集零序電流（加裝小電流選線裝置和零序CT、保護裝置自產的零序電流）。

③鋪設相應的二次接線，修改遠動點表，將零序電流量和接地信號接入遠動系統(tǒng)。

④零序電流和接地信號在SCADA 系統(tǒng)中展示出來。

4 結語

作為國家經濟和工業(yè)發(fā)展的基礎，電力系統(tǒng)的安全與穩(wěn)定關乎國計民生。小電流系統(tǒng)作為我國配電網中主要部分，其故障時接地選線的準確性直接影響電力系統(tǒng)的可靠性與供電質量，但小電流接地系統(tǒng)的故障選線仍是尚未完全解決的技術難題。文章通過對黃石配電網小電流接地選線應用情況與黃石地區(qū)各類廠站情況進行梳理與分析，對現(xiàn)有的選線方法做簡單描述和比較，通過對配置零序CT或測保裝置自產零序電流、接地選線裝置從技術使用人員角度提出建議，促進黃石地區(qū)小電流接地選線裝置的完善與發(fā)展。