一種系統總阻抗測量法在煤礦配電網故障單端測距中的應用

張耀中

(同煤浙能麻家梁煤業有限責任公司,山西朔州 036000)

一種系統總阻抗測量法在煤礦配電網故障單端測距中的應用

張耀中

(同煤浙能麻家梁煤業有限責任公司,山西朔州 036000)

對于含有多條出線的單端供電系統,本文提出了一種適用于煤礦 -35KV變電所的故障測距方法。首先記錄故障發生時母線的電壓、電流,通過識別故障類型,得到監測位置到接地點之間的綜合阻抗;其次利用布置多個監測點的搜尋方法,查詢到若干條可疑的故障線路;通過各個監測點反映的故障狀態信息,深入的排除可能性更小的非故障線路,確定出最終的故障線路和相應的距離。

煤礦電網 系統總阻抗 監測點分布配置 故障選線 故障定位

煤礦變電所中低壓配電網中發生短路故障時，以單相接地故障為主，盡管故障發生后三相線電壓仍然保持對稱，可以繼續帶故障運行一段時間，但由于非故障相對地電壓升高到線電壓，長期帶故障運行會降低線路的絕緣水平。隨著智能電網的應用，對繼電保護的速動性要求越來越高，需要準確快速的找到故障距離母線的接地位置。如何準確提取特征信號成為一個重要的問題。基于阻抗的測量方法容易受接地電阻以及中性點接地方式的制約;“S”注入法，注入裝置的功率存在PT鐵芯飽和帶來的影響，極易被電網諧波信號干擾;利用故障暫態信號是近年來提出的，其中包括針對頻域中的定位方法和時域分析的測量方法兩種。頻域信號下的測距法通過小波分析來提取特征頻率信息，通常應用到遠距離輸電線路中，很難應用到中低壓配電網中，時域信號下的測量方法如現代行波定位法，增加了GPS同步對時信號器件，從而達到辨別故障反射波的目的。

本文提出的故障測距方法根據煤礦電網的拓撲結構得出若干個可疑的故障位置。引入母線出口處的電氣量監測裝置得到母線各相電壓以及流過母線電流的序分量來判斷故障類別并且計算母線至故障位置的總阻抗;調用當前配電網的線路拓撲結構查出可能性較高的某些故障點;最后采用多方位配置信號測量裝置來縮小接地點的查找范圍，得到可靠的故障線路和接地點位置。

1 單相接地故障總阻抗計算

圖1是針對煤礦10KV單端輻射狀配電。

網的單相接地故障序分量電路，其中Rf為接地電阻。

圖1中的U1、U2、U0分別是母線出口電壓的序分量，I1、I2、I0分別是流過母線電流的序分量。ΣZ1L、ΣZ2L、ΣZ0L分別是母線到接地點之間各序阻抗值。單相接地故障的序分量中，正序等效阻抗ΣZ1L和負序等效阻抗ΣZ2L相等，分析圖1電路，可以得到以下的公式：

把ΣZ1L、ΣZ2L、ΣZ0L都用R+jX相應的矢量形式表示，由式(1)得到式(2)：

圖1 單相接地故障序分量圖

2 查詢可疑的故障點

對于采用單端輻射狀的中低壓配電網變電所，每條主干線路下面接有多個分布節點，以及多個電氣監測點和含有多個分支線路的移動變電站。由于整個系統的拓撲結構錯綜復雜，各個節點處的電壓、電流各不相同，本文針對單相接地故障的接地點查詢采用如下的方法：首先判斷是否發生單相接地故障，然后利用第一節的公式(3)計算得到總阻抗，據此尋找滿足以下三個條件的接地點：

(1)被識別的故障相屬于某一條線路的三相;

(2)對應的計算阻抗小于累積阻抗;

(3)計算阻抗大于累積阻抗與當前線路段阻抗的差值;

通過上述條件的一系列推算后，實現了故障線路選擇以及可疑故障點的查詢。

3 監測點的有效配置

煤礦電網的許多重要線路中都配備有電能質量監測裝置，包括重合閘控制器和用于開關監控的饋線終端設備FTU。這些設備方便檢測到故障發生時間，隨時發出故障警示信號。對于單端供電的變電所而言，當某一條線路發生單相接地故障時，距離故障點最近的監測裝置通常會檢測到故障信息，利用配備的通信通道，從而將反映接地故障的狀態信息上傳到中央控制單元。其余的監測點由于很難檢測到故障狀態，因此在中央處理中查詢到的反饋信息很微弱，因此通過這些監測點的反饋信息能夠用于查詢可以故障點，從而有效區別故障線路與非故障線路。為了使得故障發生后的狀態信息能夠準確的被相應的監測點感知并傳送，需要合理有效的布置監測點，本文的配置方式采用了如下的策略：對于不帶有分支線路的主干線路不進行監測設備的配置;對于一條母線帶有n條分支饋線需要選出n-1條線路，合理的配置n-1個監測設備。在網絡的拓撲結構不變時，這些監測設備在配電網中可以提前布置并長期保持正常運營。對于監測點這樣的經濟配置方法，并不要求每一條饋線都能反應當前線路的電氣信息。當接地故障在沒有安裝監測裝置的某一條線路發生時，系統中上述配置的所有監測設備都不能反映故障狀態量，以此就能夠將配備有監測設備線路發生故障的可能性排除。同時，當監測設備出現了檢測到故障信息的現象時，不帶有監測設備的饋線就可以判定沒有發生排接地故障，進一步縮小了故障線路的查詢范圍。所有的監測設備中，反映故障信息最多的監測點所在的線路判定為故障線路。

張耀中(1987.11—),男,機電科技術主管,研究方向：煤礦配電網自動化。