配電網(wǎng)故障指示器單相接地故障分析

陳柯豪，梁仕斌，田慶生，沈國(guó)富

(1.云南電網(wǎng)公司昆明供電局，昆明 650000;2.云南電網(wǎng)有限責(zé)任公司電力科學(xué)研究院，昆明 650217)

0 前言

云南省大部分地區(qū)處于高原山區(qū)，雷雨大風(fēng)天氣較多，而配電網(wǎng)絡(luò)中單回線(xiàn)路供電半徑大、分支點(diǎn)多，接線(xiàn)錯(cuò)綜復(fù)雜，客戶(hù)種類(lèi)眾多，導(dǎo)致接地或短路故障頻發(fā)。目前，查找配電網(wǎng)故障點(diǎn)主要根據(jù)繼電保護(hù)裝置和小電流接地選線(xiàn)裝置的動(dòng)作情況來(lái)確定故障線(xiàn)路，對(duì)于單相接地故障，小電流接地選線(xiàn)裝置的效果并不理想，往往采用逐條線(xiàn)路拉閘停電的方法來(lái)在選出故障線(xiàn)路，再到現(xiàn)場(chǎng)沿線(xiàn)查找故障位置，這種方法消耗了大量的人力、物力，效率非常低下;無(wú)時(shí)限電流速斷保護(hù)(Ⅰ段)只能保護(hù)線(xiàn)路全長(zhǎng)的80 %－85 %，帶時(shí)限電流速斷保護(hù)(Ⅱ段)能保護(hù)線(xiàn)路全長(zhǎng)，定時(shí)限過(guò)電流保護(hù)(Ⅲ段)保護(hù)線(xiàn)路全長(zhǎng)并且延伸相鄰線(xiàn)路下一段。電流保護(hù)動(dòng)作出口后，根據(jù)繼電保護(hù)裝置動(dòng)作的種類(lèi)，可以間接的測(cè)算出故障的大致范圍，但是也不能更加精準(zhǔn)定位。

批量安裝故障指示器是一種實(shí)用的配電網(wǎng)故障在線(xiàn)監(jiān)測(cè)及定位系統(tǒng)的自動(dòng)化方案，它能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)線(xiàn)路(或設(shè)備)的運(yùn)行狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)非正常運(yùn)行狀態(tài)，在本地和遠(yuǎn)程指示、報(bào)警，并自動(dòng)定位故障點(diǎn)(故障區(qū)段)。

1 設(shè)備應(yīng)用現(xiàn)狀

配電網(wǎng)故障指示器存在一些不足:

1)硬件的功能和性能要求不全面;

2)通信標(biāo)準(zhǔn)不規(guī)范;

3)動(dòng)作正確率不高;

4)缺乏統(tǒng)一的檢測(cè)檢驗(yàn)方法。

以上問(wèn)題使得該產(chǎn)品對(duì)故障的判斷定位準(zhǔn)確率不高，嚴(yán)重影響了系統(tǒng)的有效利用。需要對(duì)入網(wǎng)的故障指示器進(jìn)行試驗(yàn)檢測(cè)，為電網(wǎng)企業(yè)的投資決策提供技術(shù)依據(jù)。

2 確定測(cè)試對(duì)象

早期的故障指示器檢測(cè)單相接地故障的方法有:零序電流法、電容電流法、首半波法、5 次諧波法等。這些檢測(cè)原理都依賴(lài)發(fā)生故障前后配電網(wǎng)絡(luò)參數(shù)變化，適用范圍有一定的局限性，這些檢測(cè)原理的指示器并未在實(shí)際中得到有效應(yīng)用。投入實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用的故障指示器檢測(cè)方法主要為暫態(tài)綜合判據(jù)法和信號(hào)源注入法。

“暫態(tài)法”檢測(cè)接地(在配電線(xiàn)路發(fā)生單相接地的瞬間，線(xiàn)路對(duì)地分布電容上的電荷通過(guò)接地點(diǎn)放電，會(huì)形成一個(gè)明顯的暫態(tài)電流、電壓，理論上可以通過(guò)捕捉這一瞬時(shí)信號(hào)，實(shí)現(xiàn)故障定位)，只是檢測(cè)接地用電容放電的“瞬時(shí)信號(hào)”無(wú)源法存在一定的限制和死區(qū)，從原理上講其檢測(cè)準(zhǔn)確率無(wú)法達(dá)到100%，只適用于金屬性接地，適用范圍有限。

圖1 信號(hào)源故障指示示意圖

圖2 特征信號(hào)波形示意圖

相比較而言，“信號(hào)源注入法”人為放大了接地的特征信號(hào)，使得指示器本體捕捉和檢測(cè)變得簡(jiǎn)單可靠，檢測(cè)準(zhǔn)確率是最好的。

3 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)方案

3.1 試驗(yàn)地點(diǎn)的選取

試驗(yàn)選取某110 kV 變電站10 kV 沿江線(xiàn)作為測(cè)試線(xiàn)路，線(xiàn)路為單電源輻射結(jié)構(gòu)，10 kV 有兩段母線(xiàn)，每段母線(xiàn)上均有一臺(tái)消弧線(xiàn)圈。考慮試驗(yàn)點(diǎn)的因素:

1)試驗(yàn)點(diǎn)一在主線(xiàn)上，距離變電站出線(xiàn)較近，故障電流和負(fù)荷電流較大;

2)試驗(yàn)點(diǎn)二在支線(xiàn)上，距離變電站出線(xiàn)較遠(yuǎn)，故障電流小，負(fù)荷電流一般;

3)試驗(yàn)點(diǎn)三在另一支線(xiàn)上，距離變電站出線(xiàn)較遠(yuǎn)，故障電流小，負(fù)荷電流小。

在10 kV 沿江線(xiàn)三個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)處通過(guò)試驗(yàn)隔離開(kāi)關(guān)和10 kV 線(xiàn)路真空柱上斷路器與相應(yīng)大功率電阻器的接地樁相連，并在測(cè)試點(diǎn)前后裝設(shè)故障指示器，通過(guò)提前對(duì)110 kV 城南變電站10 kVⅡ段母線(xiàn)#2 消弧線(xiàn)圈投入或切除的調(diào)整，從110 kV城南變電站10 kV 沿江線(xiàn)066 斷路器送電，提供消弧線(xiàn)圈投/切情況下的10 kV 配電線(xiàn)路人工單相接試驗(yàn)的測(cè)試條件，試驗(yàn)期間安全和技術(shù)應(yīng)到位。

3.2 設(shè)備的安裝

被測(cè)設(shè)備:分別在三個(gè)故障點(diǎn)位置前后各安裝一組，總共六組。每組指示器配有一個(gè)通信終端安裝在附近桿塔上，主站系統(tǒng)在遠(yuǎn)方接收信號(hào)并定位故障。試驗(yàn)設(shè)備通過(guò)帶電作業(yè)方式配合完成線(xiàn)路ABC 三相到試驗(yàn)隔離開(kāi)關(guān)、斷路器(包括與控制箱的連接)等的連接工作，見(jiàn)圖3。

圖3 現(xiàn)場(chǎng)一次接線(xiàn)示意

3.3 試驗(yàn)過(guò)程

消弧線(xiàn)圈退出情況下，分別在故障點(diǎn)1、2、3 處人為設(shè)置10 s 的單相接地故障，接地過(guò)渡電阻在0 Ω、50 Ω、100 Ω、200 Ω、400 Ω、600 Ω(高阻接地)的情況下測(cè)試。故障位置點(diǎn)一、二、三依照下列流程圖進(jìn)行試驗(yàn):

圖4 試驗(yàn)流程圖

3.4 檢測(cè)結(jié)果分析

位置點(diǎn)一的試驗(yàn)主要是在10 kV 沿江線(xiàn)N76－N77 號(hào)桿中間位置，由于測(cè)試過(guò)程中，兩個(gè)廠(chǎng)家的故障指示器均未動(dòng)作，故未做動(dòng)作情況統(tǒng)計(jì)。

4 結(jié)束語(yǔ)

以故障指示器為基礎(chǔ)的故障定位系統(tǒng)作為一種簡(jiǎn)易的配電網(wǎng)自動(dòng)化方案現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)方法是在真實(shí)配電線(xiàn)路上人為發(fā)生短路接地故障，檢測(cè)故障指示器能否準(zhǔn)確定位故障位置，檢測(cè)結(jié)果最趨近于真實(shí)情況。通過(guò)此次試驗(yàn)，能夠?yàn)榕潆娋W(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)的市場(chǎng)規(guī)范和推廣應(yīng)用提供有力的技術(shù)支持。

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