10 kV小接地配網(wǎng)系統(tǒng)接地故障綜合保護(hù)方案的研究

摘 要：配網(wǎng)系統(tǒng)的安全穩(wěn)定很大程度上取決于故障定位的速率及故障隔離的精準(zhǔn)度，而10 kV配網(wǎng)的接地故障處理，特別是南京地區(qū)配電網(wǎng)廣泛采用的中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)，在發(fā)生單相接地故障時(shí)，選線、定位及隔離問(wèn)題總未能很好的解決。本文以南京城區(qū)10kV配電網(wǎng)系統(tǒng)一系列接地故障為例，詳細(xì)闡述了10kV配電網(wǎng)接地故障后的故障特征，并基于此給出了故障選線、定位及自動(dòng)隔離的故障綜合保護(hù)方案。

關(guān)鍵詞：配網(wǎng) 小接地 接地故障 綜合保護(hù)

中圖分類號(hào)：TM773 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2012）11（a）-0092-02

考慮到中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地方式有著供電可靠性高等不可替代的優(yōu)點(diǎn)，目前南京地區(qū)10 kV配電網(wǎng)廣泛采用這種接地方式。但由于該方式在系統(tǒng)發(fā)生接地故障特別是單相接地故障時(shí)，故障選線困難。盡管目前部分變電站已投運(yùn)自動(dòng)選線裝置，但實(shí)際運(yùn)行效果并不理想[1～2]。加之，目前配網(wǎng)的不斷發(fā)展，供電線路縱橫交錯(cuò)，分支節(jié)點(diǎn)持續(xù)增多，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)越發(fā)復(fù)雜，這都加大了自動(dòng)故障選線的難度，而傳統(tǒng)的人工拉路法會(huì)造成短時(shí)停電，降低供電可靠性，明顯不適應(yīng)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展。同時(shí)，隨著城市內(nèi)線路走廊用地不斷減少，配電線路也由架空線路部分或全部改為地下電纜線路，雖然一定程度上提升了供電可靠性，但也進(jìn)一步加大了故障定位排查的難度[3]。

鑒于此，本文詳盡分析了三起南京地區(qū)10 kV配電網(wǎng)典型接地故障，并基于此案例結(jié)合南京城區(qū)配電自動(dòng)化試點(diǎn)改造項(xiàng)目，給出了故障選線、定位及自動(dòng)隔離的故障綜合保護(hù)控制方案，將可有效實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)故障保護(hù)功能。

1 典型故障案例分析

2011年10月1日上午9：15，南京地區(qū)35 kV程橋變10 kVI段母線發(fā)生單相接地故障，母線電壓Ua=9 kV，Ub=1.52 kV，Uc=8.86 kV，3Uo=96.71 V。當(dāng)值調(diào)度員短時(shí)拉路查為10kV朱圩線B相接地故障，立即告知急修人員搶修。10：05查為鄭榮采石場(chǎng)#14～#15桿單相斷線接地引起。10：11拉開(kāi)R6162柱開(kāi)朱圩線前段恢復(fù)送電。11：00合上R6162柱開(kāi)后段，故障消除恢復(fù)供電，共計(jì)少送電量約500 kWh。

這是一起典型的配電網(wǎng)單相接地故障。10 kV配電網(wǎng)35 kV程橋變10 kV I段母線共有四組出線間隔，這種出線間隔較少的接地故障調(diào)度員可以通過(guò)拉路法迅速選出故障線路。但當(dāng)出現(xiàn)間隔較多時(shí)拉路法往往很難快速準(zhǔn)確的定位故障線路。諸如汊河變10 kV母線共有30個(gè)出線間隔，母線雖經(jīng)分段，各分段母線仍有超過(guò)10個(gè)出線間隔，人工拉路選線難度較大，且涉及雙電源用戶線路時(shí)需要用戶內(nèi)部停電移負(fù)荷，造成非故障線路用戶不必要的停電，影響其正常用電，降低供電可靠性[4]。

其次目前配電網(wǎng)故障定位主要依靠人工巡線目測(cè)法找尋接地故障點(diǎn)，不僅消耗大量的人力物力，還延誤了故障定位時(shí)間，很難適應(yīng)自動(dòng)化程度日益提高的配電網(wǎng)發(fā)展。隨著城市電纜的大量鋪設(shè)，進(jìn)一步加大了故障定位的難度。盡管目前在各個(gè)環(huán)網(wǎng)柜中有相應(yīng)的故障指示儀，但隨著線路的拓長(zhǎng)，節(jié)點(diǎn)的增多，仍無(wú)法提升故障巡線的效率。如圖1所示110 kV東門變10 kV香塘線共有17座環(huán)網(wǎng)柜，該線基本為全電纜線路。2012年1月27日一次速斷跳閘故障，香塘線117開(kāi)關(guān)速斷動(dòng)作跳閘，當(dāng)值調(diào)度員立即告知急修人員搶修。21：20查線發(fā)現(xiàn)香塘線#1HWG102開(kāi)關(guān)后段故障指示器翻牌。于21：21拉開(kāi)香塘線#9HWG101開(kāi)關(guān)、香塘線#1HWG102開(kāi)關(guān)。21：27合上香塘線117開(kāi)關(guān)，線路前段恢復(fù)送出。21：28合上香延HWG102開(kāi)關(guān)，線路后段由東門變10 kV延安線代供。次日下午14：48經(jīng)檢查未發(fā)現(xiàn)故障隔離段電纜異常，15：03恢復(fù)正常運(yùn)行方式。期間損失電量約為1500 kWh。此次故障處理共耗時(shí)18h才完全恢復(fù)正常運(yùn)行方式（如圖1）。

全電纜線路發(fā)生兩相及以上短路或接地故障時(shí)，站內(nèi)出線開(kāi)關(guān)均能迅速動(dòng)作隔離故障區(qū)段，但若發(fā)生全電纜線路的單相接地故障時(shí)由于故障電流小，站內(nèi)出線開(kāi)關(guān)通常不會(huì)動(dòng)作，但非故障相的對(duì)地電壓升高為線電壓，極易導(dǎo)致線路絕緣損壞，特別是電纜線路由于其容性電流較大，相應(yīng)的在單相接地故障時(shí)，故障電流也隨之增大。2008年8月22日，9：10，雨花變10 kV I段母線接地，小選線裝置發(fā)信顯示雨西線單相接地?？紤]到線路上有重要用戶火車站，調(diào)度未立即拉開(kāi)故障線路，立刻與該用戶聯(lián)系停電時(shí)遭到拒絕。9：55，雨西線開(kāi)關(guān)跳閘，兩分鐘內(nèi)該站另外八條10 kV出線、兩路所用變相繼跳閘，全所失電，多家重要雙電源用戶失電。后檢查后發(fā)現(xiàn)，一條電纜溝內(nèi)多條出線電纜擊穿，絕緣層燒化，導(dǎo)致多條線路保護(hù)動(dòng)作跳閘[5]?？梢?jiàn)電纜線路的單相接地故障需要更為迅速的定位故障點(diǎn)，進(jìn)而及時(shí)排除故障，否則將可能導(dǎo)致更為嚴(yán)重的后果。

從上述三起小接地配電網(wǎng)系統(tǒng)接地故障案例可以看出，目前急需一種綜合故障選線、定位及自動(dòng)隔離的配電網(wǎng)故障處理方案，因此本文結(jié)合南京地區(qū)配電網(wǎng)自動(dòng)化試點(diǎn)工程給出了一種基于FTU的相間工頻變化量故障保護(hù)方案[6～7]。

2 綜合保護(hù)方案

小接地系統(tǒng)單相接地時(shí)，故障相與非故障相之間在電容電流變化量方面有明顯的區(qū)別。非故障線路的各相電容電感電流的工頻變化量相同，各相之間電容電感電流工頻變化量差值為零；而故障線路的故障相電容電感電流的工頻變化量與非故障相電容電感電流的工頻變化量的差值為配電網(wǎng)總電容電流十幾倍。

將兩相電流的工頻變化量的差值與第三相電流的工頻變化量進(jìn)行比較即可判準(zhǔn)確選出故障線路。雖然各相電流中除了電容電感電流以外還有負(fù)荷電流，但由于各相負(fù)荷電流在單相接地故障前后并不發(fā)生變化，因此各相電流的工頻變化量并不受負(fù)載電流的影響。即使在正常運(yùn)行時(shí)負(fù)載出現(xiàn)嚴(yán)重的不平衡時(shí)也不會(huì)對(duì)該選線原理造成影響，加之正常運(yùn)行時(shí)，可采用零序電壓?jiǎn)?dòng)元件對(duì)其閉鎖，完全避免其誤動(dòng)作。

在完成故障選線后，為了盡快恢復(fù)故障線路，在南京地區(qū)配電自動(dòng)化改造項(xiàng)目的基礎(chǔ)上提出了基于電力系統(tǒng)遠(yuǎn)動(dòng)終端FTU的故障定位方案。有別于傳統(tǒng)的故障區(qū)域定位方案，隨著配電網(wǎng)自動(dòng)化的發(fā)展，南京地區(qū)已有400余條饋線柱上開(kāi)關(guān)改造成具有FTU功能，可實(shí)現(xiàn)智能化采集、通訊和控制的單元，改造試點(diǎn)線路已具備和配電網(wǎng)控制中心SCADA系統(tǒng)的實(shí)時(shí)光線通訊。FTU分別采集相應(yīng)饋線開(kāi)關(guān)的電氣量，并將上述信息由光線網(wǎng)絡(luò)傳送至SCADA系統(tǒng)。發(fā)生故障后，根據(jù)SCADA接受到的FTU采集信息，可由專門的故障處理模塊確定出故障區(qū)段，最后通過(guò)遠(yuǎn)動(dòng)遙控操作柱上開(kāi)關(guān)、環(huán)網(wǎng)柜等配電自動(dòng)化開(kāi)關(guān)迅速隔離故障區(qū)段，保障非故障線路的可靠供電。

最后為確保配電饋線的安全運(yùn)行，可在站內(nèi)母線側(cè)中性點(diǎn)投入中高電阻由各間隔斷路器自動(dòng)跳開(kāi)單相接地故障線路，可作到零誤差保障該線路的絕緣安全。

3 結(jié)論

10 kV小接地配電網(wǎng)接地故障的檢測(cè)和處理，對(duì)配電網(wǎng)的安全、經(jīng)濟(jì)穩(wěn)定運(yùn)行有較大影響。特別是占配電網(wǎng)故障80%以上[8]的單相接地故障，由于故障點(diǎn)電流小，使得故障選線、定位困難，如不及時(shí)排除可能導(dǎo)致絕緣擊穿等危害更嚴(yán)重的擴(kuò)大故障。本文以三起典型的小接地配電網(wǎng)接地故障為基礎(chǔ)，詳細(xì)分析了目前10 kV配電網(wǎng)接地故障處理中有待改進(jìn)的環(huán)節(jié)，并針對(duì)上述環(huán)節(jié)給出了一套完整的接地故障處理方案?；贔TU的小接地配電網(wǎng)接地故障選線及定位方案，將有助于運(yùn)行人員快速排除故障，確保安全穩(wěn)定供電。最后為排除可能的選線及故障定位誤差，采取了中性點(diǎn)并接電阻的方式由出線開(kāi)關(guān)自動(dòng)切除故障線路。但如何將其基于配電網(wǎng)自動(dòng)化改造實(shí)現(xiàn)，以及進(jìn)一步提高故障選線在實(shí)踐中的可靠性和準(zhǔn)確度，是其推廣應(yīng)用的關(guān)鍵。

參考文獻(xiàn)

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