基于調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)的單相接地故障研判功能研究與實(shí)現(xiàn)

周耀輝 ，李 永 ，梁學(xué)良 ，高 虎 ，李勛濤

（1.國(guó)網(wǎng)陜西安康供電公司 陜西 安康 725000；2.國(guó)網(wǎng)陜西省電力公司 陜西 西安 710000）

小電流接地系統(tǒng)中，單相接地是一種常見的臨時(shí)性故障，多發(fā)生在潮濕、多雨天氣。發(fā)生單相接地后，故障相對(duì)地電壓降低，非故障兩相的相電壓升高，但線電壓卻依然對(duì)稱，因而不影響對(duì)用戶的連續(xù)供電，系統(tǒng)可運(yùn)行1～2 h，這也是小電流接地系統(tǒng)的最大優(yōu)點(diǎn)。但是若發(fā)生單相接地故障時(shí)電網(wǎng)長(zhǎng)期運(yùn)行，因非故障的兩相對(duì)地電壓升高1.732倍左右，可能引起絕緣的薄弱環(huán)節(jié)被擊穿，發(fā)展成為相間短路，使事故擴(kuò)大，影響用戶的正常用電。還可能使電壓互感器鐵心嚴(yán)重飽和，導(dǎo)致電壓互感器嚴(yán)重過負(fù)荷而燒毀。同時(shí)弧光接地還會(huì)引起全系統(tǒng)過電壓，進(jìn)而損壞設(shè)備，破壞系統(tǒng)安全運(yùn)行，我局曾多次發(fā)生因單相接地導(dǎo)致的電壓互感器或站用變損壞的情況。安康地區(qū)的雷雨、潮濕天氣較多，發(fā)生單相接地故障的幾率較大，據(jù)調(diào)控中心監(jiān)控班的統(tǒng)計(jì)，在日常監(jiān)控運(yùn)行工作中，處理受控變電站母線單相接地，進(jìn)行接地推拉占到了日常監(jiān)控工作量的1/6，因此，迫切需要一種發(fā)生接地后能快速、正確地尋找出故障線路的手段進(jìn)行故障檢測(cè)。

1 傳統(tǒng)單相接地故障檢測(cè)方法

1.1 單相接地故障的判定

常見母線出現(xiàn)電壓異常的原因及故障信息：

1)高壓熔絲熔斷。在一相、二相高壓熔絲熔斷時(shí)，熔斷相二次電壓將顯著降低，電壓互感器二次側(cè)開頭三角形輸出的零序電壓升高，現(xiàn)場(chǎng)的小電流接地選線裝置會(huì)據(jù)此發(fā)出“母線接地”信號(hào)。在未完全熔斷時(shí)，可能不會(huì)發(fā)出“母線接地”信號(hào)。

2)單相接地。當(dāng)單相接地時(shí)，接地相電壓接近于0，其余兩相相電壓升高為線電壓，電壓互感器二次側(cè)開頭三角形輸出的零序電壓升高，現(xiàn)場(chǎng)的小電流接地選線裝置會(huì)據(jù)此發(fā)出“母線接地”信號(hào)。

3)現(xiàn)場(chǎng)小電流接地選線裝置發(fā)出的選線信號(hào)。小電流接地選線裝置根據(jù)故障線路和正常線路的零序電流方向相反的特點(diǎn)進(jìn)行選線。故障線路流過的零序電流是全系統(tǒng)的電容電流減去自身的電容電流，而非故障線路流過的零序電流僅僅是該線路的電容電流。故障線路的零序電流是從線路流向母線，而非故障線路的零序電流是從母線流向線路。

實(shí)際運(yùn)行中監(jiān)控人員發(fā)現(xiàn)某變電站母線電壓異?；蚪拥貓?bào)警信號(hào)后，根據(jù)該變電站的母線線電壓、各相相電壓及接地信號(hào)動(dòng)作情況，根據(jù)上述特征來(lái)判斷是否發(fā)生單相接地。

1.2 接地故障線路的檢測(cè)

監(jiān)控員在判定受控變電站發(fā)生單相接地故障后，根據(jù)《地區(qū)電網(wǎng)監(jiān)控運(yùn)行規(guī)程》處理原則，結(jié)合小電流接地選線裝置選出的接地饋路和母線接地報(bào)警信號(hào)，通過對(duì)該母線供電線路按單相接地試?yán)蛭槐磉M(jìn)行試?yán)?，?lái)檢測(cè)出發(fā)生接地故障的線路。

舉例：110 kV關(guān)廟變的10 kV部分一次接線圖如圖1所示。監(jiān)控員根據(jù)歷史運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)編制該站的10 kV單相接地試?yán)蛭槐硪姳?，對(duì)于曾經(jīng)頻繁發(fā)生接地的線路，其拉路序號(hào)排在前面，首先進(jìn)行接地推拉，對(duì)于小水電或重要專線、保電用戶等饋路的拉路序號(hào)靠后，例如169金州變線路就是給330 kV金州變備用站用變供電的線路，線路質(zhì)量好，發(fā)生接地的概率小，供電可靠性要求高，排在拉路序位表的最后。假設(shè)關(guān)廟變10 kVⅠ母上的某一條出線發(fā)生A相接地。

1.2.1 故障后的監(jiān)控信息

圖1 關(guān)廟變10 kV部分一次接線圖Fig.1 GuanMiao substation10 kV wiring diagram

表1 關(guān)廟變10 kV單相接地試?yán)蛭槐鞹ab.1 GuanM iao substation 10 kV single-phase grounding test sequence Atab le

遙測(cè)信息：10 kVⅠ母電壓 U ab、U bc、U ca=10 kV；U a=0 kV；U b、U c=10 kV；遙信信息“小電流接地_10 kVⅠ母接地”等信號(hào)動(dòng)作。監(jiān)控員根據(jù)上述監(jiān)控信息，可判斷發(fā)生單相接地。

1.2.2 試?yán)€路

監(jiān)控員向調(diào)度匯報(bào)發(fā)生單相接地，調(diào)度許可進(jìn)行推拉試驗(yàn)后，監(jiān)控員按圖1核對(duì)運(yùn)行方式，結(jié)合表1的拉路序位表，逐條線路進(jìn)行拉路試驗(yàn)。試?yán)鞒蹋罕O(jiān)控遙控“拉開XX線路開關(guān)”—監(jiān)控觀察接地信號(hào)及母線電壓是否恢復(fù)正?！O(jiān)控遙控“合上XX線路開關(guān)”。按試?yán)€路順序，反復(fù)進(jìn)行上述試?yán)鞒蹋钡皆嚴(yán)璛X線路時(shí)接地瞬間消失，即可判定該線路為故障線路。

1.3 傳統(tǒng)檢測(cè)方法存在的問題

1)傳統(tǒng)檢測(cè)方法依賴于現(xiàn)場(chǎng)小電流選線裝置的正常工作。由于零序電流較小、干擾大、配網(wǎng)運(yùn)行方式變化頻繁、電容電流波形不穩(wěn)定等原因，導(dǎo)致約60%變電站的小電流接地選線裝置難以準(zhǔn)確選線，在國(guó)網(wǎng)公司最新的典型監(jiān)控信息表中，已將具體饋路的接地信號(hào)不再列入監(jiān)控員的監(jiān)控范圍，要求依據(jù)母線接地信號(hào)進(jìn)行推拉試驗(yàn)；甚至部分變電站的小電流現(xiàn)場(chǎng)裝置故障或現(xiàn)場(chǎng)無(wú)此裝置，難以判斷出母線接地故障，需要監(jiān)控員依據(jù)遙測(cè)數(shù)據(jù)的變化判斷是否發(fā)生單相接地故障，工作壓力大。

2）逐條線路推拉耗時(shí)較長(zhǎng)。在單相接地故障檢測(cè)過程中，監(jiān)控員進(jìn)行操作需進(jìn)行反復(fù)發(fā)令、匯報(bào)，監(jiān)控每次進(jìn)行遙控操作均需輸入操作人、監(jiān)護(hù)人密碼。根據(jù)估算，將一條線路推拉一次，整個(gè)報(bào)警、匯報(bào)、判定、排序、試?yán)^程至少需2min，對(duì)于一條有9條出線的關(guān)廟變，推拉一次約需要20min左右，耗時(shí)較長(zhǎng)。

2 單相接地故障研判高級(jí)應(yīng)用模塊

2.1 單相接地故障研判自動(dòng)試?yán)K的支撐環(huán)境

隨著變電站監(jiān)控信息接入工作的開展，目前已有50座變電站的自動(dòng)化信息接入安康電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化系OPEN3000系統(tǒng)；結(jié)合狀態(tài)估計(jì)遙測(cè)合格率指標(biāo)提升活動(dòng)的開展，OPEN3000系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)模型和參數(shù)日益完善；加強(qiáng)自動(dòng)化缺陷處置，基礎(chǔ)數(shù)據(jù)質(zhì)量不斷提升，系統(tǒng)的可觀測(cè)性和量測(cè)冗余度也大大提高，保證了系統(tǒng)的實(shí)用性、準(zhǔn)確性和安全性，從而具備了開發(fā)單相接地故障研判模塊所需要的數(shù)據(jù)和模型基礎(chǔ)。

2.2 單相接地故障研判模塊的功能

該模塊能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)監(jiān)視母線電壓，當(dāng)判斷母線單相接地時(shí)報(bào)警；實(shí)現(xiàn)自動(dòng)搜索出該故障母線所關(guān)聯(lián)的開關(guān)，并按調(diào)度人員預(yù)先設(shè)定的選擇原則及試?yán)蛭簧蛇b控序列；實(shí)現(xiàn)按生成的試?yán)蛄羞M(jìn)行開關(guān)按序分、合操作；實(shí)現(xiàn)在分、合操作過程中快速確定故障線路。

2.2.1 母線單相接地的判定

該模塊啟動(dòng)以后，系統(tǒng)自動(dòng)監(jiān)視所有網(wǎng)絡(luò)建模范圍內(nèi)低壓（35 kV、10 kV）母線，并結(jié)合監(jiān)控責(zé)任區(qū)功能，設(shè)置了母線表的預(yù)留域值3，設(shè)置只顯示本責(zé)任區(qū)的低壓母線。顯示觀察母線線電壓、三相電壓的遙測(cè)值。根據(jù)1.1所述單相接地表象特征，按運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)設(shè)定電壓判據(jù)（任一相相電壓降低至標(biāo)準(zhǔn)值的50%以下，其他兩相相電壓升高至線電壓的80%以上），與母線3Uo動(dòng)作信號(hào)建立與門邏輯關(guān)系，來(lái)判定該母線發(fā)生單相接地故障，并通過狀態(tài)描述提示“單相接地”，如圖2所示。

圖2 單相接地監(jiān)視程序界面Fig.2 Single-phase groundingmonitor interface

2.2.2 生成試?yán)b控序列

利用網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渖稍嚴(yán)b控序列：根據(jù)設(shè)備圖元對(duì)象的端點(diǎn)坐標(biāo)位置自動(dòng)搜索確定原始拓?fù)潢P(guān)系,即設(shè)備圖元的連接關(guān)系，基于連接規(guī)則和節(jié)點(diǎn)融合的快速拓?fù)浞治鏊惴?根據(jù)原始拓?fù)潢P(guān)系確定各支路與母線的連接情況。

以關(guān)廟變?yōu)槔肙PEN3000系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涔δ?，該模塊可以實(shí)現(xiàn)在系統(tǒng)自動(dòng)搜索出該母線所關(guān)聯(lián)的開關(guān) （合閘狀態(tài)），如圖1所示。為了保證生成的試?yán)b控序列過濾掉不在試?yán)蛄斜恚ū?）中的開關(guān)（如主變、電容器開關(guān)等），可以事先按變電所單相接地試?yán)蛭槐韺?duì)應(yīng)的線路開關(guān)指定域進(jìn)行序位設(shè)定，通過建立應(yīng)用模塊與開關(guān)指定域的關(guān)聯(lián)，過濾掉未設(shè)定序位的開關(guān)，并根據(jù)開關(guān)指定域的序位自動(dòng)生成該母線試?yán)b控序列，如圖3所示。

圖3 單相接地監(jiān)視程序控制界面Fig.3 Single-phase groundingmonitor control interface

2.2.3 遙控序列執(zhí)行

應(yīng)用模塊生成試?yán)b控序列后，由運(yùn)行人員決定是否按序列執(zhí)行（可通過選項(xiàng)屏蔽重要線路不試?yán)?，如保電線路等）。運(yùn)行人員執(zhí)行遙控，一次性輸入密碼后將通過SCADA進(jìn)行批量遙控。每條試?yán)€路開關(guān)進(jìn)行分、合操作一次（間隔10秒），以便于模塊實(shí)時(shí)進(jìn)行檢測(cè)接地母線的接地信號(hào)、電壓變化，來(lái)判斷該線路是否接地。如判斷該線路接地，模塊將在控制界面的狀態(tài)描述顯示“該線路接地”。每條線路開關(guān)試?yán)?，SCADA會(huì)請(qǐng)求進(jìn)行下一條線路開關(guān)試?yán)僮?，運(yùn)行人員可根據(jù)應(yīng)用模塊的狀態(tài)描述決定是否繼續(xù)，如狀態(tài)描述顯示 “該線路接地”，則可選擇“遙控取消”，終止后續(xù)的操作，如圖4所示。

圖4 批量遙控操作界面Fig.4 Batch remote control interface

2.3 單相接地故障研判模塊評(píng)價(jià)

該模塊在系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障后，利用遙測(cè)數(shù)據(jù)作為判據(jù)，研判定位故障母線并報(bào)警。執(zhí)行查找故障線路，除在執(zhí)行批量遙控時(shí)需一次性輸入遙控密碼外，基本不需要人為干預(yù)。整個(gè)處理流程中避免了人為的疏忽，同樣以關(guān)廟變?yōu)槔?，整個(gè)過程執(zhí)行預(yù)計(jì)不超過7分鐘。

3 結(jié)束語(yǔ)

針對(duì)無(wú)人值守集中監(jiān)控運(yùn)行中出現(xiàn)的單相接地故障漏判和接地推拉工作量大等問題，充分利用安康電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化OPEN3000系統(tǒng)采集的實(shí)時(shí)信息和計(jì)算分析功能，結(jié)合安康電網(wǎng)小電流接地系統(tǒng)單相接地故障處理原則及運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)。提出了基于調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)集中進(jìn)行單相接地故障研判和自動(dòng)拉路的方案，開發(fā)了基于OPEN3000平臺(tái)的高級(jí)應(yīng)用模塊。該高級(jí)應(yīng)用模塊在電網(wǎng)發(fā)生接地故障后，利用遙測(cè)數(shù)據(jù)變化研判定位故障母線，通過監(jiān)控運(yùn)行人員的輔助決策，能正確、快速地尋找出發(fā)生單相接地故障的線路，從而縮短電網(wǎng)故障時(shí)間，保障電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行和設(shè)備安全。對(duì)于結(jié)構(gòu)復(fù)雜、線路較多且發(fā)生單相接地故障概率較高的10 kV配網(wǎng)，單相接地故障研判高級(jí)應(yīng)用模塊有著廣泛的應(yīng)用空間。

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