配電網(wǎng)單相接地選線試驗(yàn)技術(shù)

楊博 拓新路

（1.國(guó)網(wǎng)陜西省電力公司電力科學(xué)研究院 2.國(guó)網(wǎng)陜西省電力公司檢修公司)

配電網(wǎng)單相接地選線試驗(yàn)技術(shù)

楊博1拓新路2

（1.國(guó)網(wǎng)陜西省電力公司電力科學(xué)研究院 2.國(guó)網(wǎng)陜西省電力公司檢修公司)

單相接地故障是配電網(wǎng)故障率最高的故障類型，對(duì)配電網(wǎng)供電可靠性產(chǎn)生顯著影響。準(zhǔn)確識(shí)別故障線路是盡快修復(fù)故障的關(guān)鍵途徑，因此本文對(duì)配電網(wǎng)單相接地故障選線試驗(yàn)技術(shù)進(jìn)行了探討。

配電網(wǎng)；單相接地；故障選線

0 引言

從故障類型上分類，配電網(wǎng)故障可分為相間短路故障（AB、BC、CA、ABC）和接地故障（AG、BG、CG、ABG、BCG、CAG，其中G表示地）。接地故障發(fā)生頻率遠(yuǎn)高于相間短路故障，尤其是單相接地故障占到配電網(wǎng)故障總數(shù)的80%以上[1]。

我國(guó)電力系統(tǒng)中，110kV及以上線路一般采用中性點(diǎn)有效接地方式，即中性點(diǎn)直接接地或經(jīng)低阻抗接地，因?yàn)榘l(fā)生接地故障時(shí)，故障電流很大，故也稱為大電流接地；110kV以下線路則采用中性點(diǎn)非有效接地方式，即中性點(diǎn)不接地或經(jīng)消弧線圈接地（也稱為諧振接地）、經(jīng)高阻抗接地，發(fā)生接地故障時(shí)，因不構(gòu)成短路回路，接地電流較小，故也稱為小電流接地[2]。35kV和66kV電網(wǎng)主要采用中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地方式，6～10kV電網(wǎng)主要采用中性點(diǎn)不接地方式。但隨著電力系統(tǒng)容量的增長(zhǎng)，單相接地故障點(diǎn)的電容電流也在變大，為了抑制接地電流，10kV配電網(wǎng)采用中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地方式越來(lái)越多。由于接地故障電流不大，而且三相線電壓仍保持對(duì)稱關(guān)系，所以允許帶故障運(yùn)行1～2h。但長(zhǎng)時(shí)間帶故障運(yùn)行可能使故障發(fā)展為相間短路或多點(diǎn)接地故障，危及電網(wǎng)安全，故而單相接地故障應(yīng)當(dāng)盡快處理[3]。

故障準(zhǔn)確定位是排除故障的前提，故障定位分為故障選線、區(qū)段定位和故障測(cè)距三個(gè)階段[4]，選線是查找故障點(diǎn)的第一步，也是其他兩步的基礎(chǔ)，其重要性不言而喻，因此本文對(duì)配電網(wǎng)單相接地故障選線試驗(yàn)技術(shù)進(jìn)行了探討。

1 配電網(wǎng)單相接地故障選線方法與發(fā)展趨勢(shì)

1.1 大電流接地系統(tǒng)單相接地故障的選線

對(duì)于采用大電流接地系統(tǒng)的110kV配電網(wǎng)來(lái)說(shuō)，因?yàn)楣收想娏鬏^大，比較容易檢測(cè)，采用過(guò)電流法進(jìn)行選線定位，利用配網(wǎng)FTU或FPI檢測(cè)過(guò)流現(xiàn)象，通過(guò)分析故障信息，識(shí)別故障線路，然后隔離故障線路并恢復(fù)非故障線路供電。其原理與過(guò)流保護(hù)相同，判據(jù)較為明確，靈敏度和可靠性也比較好。對(duì)于供電距離較長(zhǎng)的城郊或鄉(xiāng)鎮(zhèn)配電網(wǎng)，可利用阻抗法、電流對(duì)比法定位故障區(qū)段。

1.2 小電流接地系統(tǒng)單相接地故障的選線

對(duì)于采用小電流接地系統(tǒng)的配電網(wǎng)而言，因?yàn)楣收想娏鬏^小，接地電弧不穩(wěn)定，故障特征不明顯，所以選線難度很大，迄今很少有非常令人滿意的產(chǎn)品，主要問(wèn)題是選線準(zhǔn)確度不高，很多故障仍需通過(guò)人工拉線方式確定，造成停電范圍擴(kuò)大化。目前，小電流接地系統(tǒng)故障選線主要有外加注信號(hào)法和故障電氣量特征法兩大類。前者也稱為主動(dòng)式故障選線法，向系統(tǒng)注入S信號(hào)、脈沖信號(hào)等，利用尋跡原理，通過(guò)探測(cè)接地點(diǎn)返回信號(hào)或出線阻尼率實(shí)現(xiàn)故障選線，但需增加信號(hào)源和檢測(cè)設(shè)備，投資較大，還存在注入信號(hào)功率受互感器容量限制、對(duì)間歇性接地電弧檢測(cè)困難等問(wèn)題，影響實(shí)際效果。后者也稱為被動(dòng)式故障選線法，并根據(jù)故障信號(hào)特征分量分為故障穩(wěn)態(tài)選線法和故障暫態(tài)選線法。穩(wěn)態(tài)選線法主要利用故障信號(hào)的穩(wěn)態(tài)特征分量，例如零序電流、零序電壓、有功分量、無(wú)功分量、負(fù)序電流、殘余電流、諧波等，這類方法的共同問(wèn)題是遇到故障點(diǎn)電弧不穩(wěn)定乃至間歇性接地故障時(shí)，因缺乏穩(wěn)定的穩(wěn)態(tài)特征信號(hào)，常造成誤判。暫態(tài)選線法是利用接地故障后暫態(tài)電流特征，由于暫態(tài)特征分量遠(yuǎn)大于穩(wěn)態(tài)特征分量，所以可以改善穩(wěn)態(tài)法故障信息不穩(wěn)定的缺點(diǎn)，但因暫態(tài)過(guò)程非常短暫，信號(hào)采集相對(duì)不易，該類方法有首半波法、小波分析法、Prony法等。

1.3 單相接地故障選線技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)

單相接地故障選線技術(shù)的難點(diǎn)在于小電流接地故障選線，由于受到故障穩(wěn)態(tài)分量小以及故障相位角、互感器特性、故障電弧不穩(wěn)定、消弧線圈過(guò)補(bǔ)償乃至各種隨機(jī)因素的影響，采用單一選線技術(shù)不可避免地存在局限性或“動(dòng)作死區(qū)”，故而難以滿足選線準(zhǔn)確性要求，采用信息融合技術(shù)，綜合利用各種故障特征是小電流接地故障選線的發(fā)展趨勢(shì)，例如利用人工智能算法綜合多種故障特征，有利于提高選線可靠性，但因缺乏對(duì)信號(hào)本質(zhì)特征的分析，實(shí)際應(yīng)用效果仍有待實(shí)踐檢驗(yàn)。除了利用電流、電壓、功率、波形等特征以外，探索其他特征量也是單相接地故障選線的一個(gè)發(fā)展趨勢(shì)，例如田書(shū)等[5]利用配電線路的磁場(chǎng)特征進(jìn)行選線和定位。

2 配電網(wǎng)單相接地故障選線試驗(yàn)技術(shù)

2.1 選線試驗(yàn)方法

單相接地故障選線試驗(yàn)大都采用仿真實(shí)驗(yàn)法，該方法具有經(jīng)濟(jì)、安全、快捷的優(yōu)點(diǎn)，電力系統(tǒng)常用的仿真工 具 有 ATP-EMTP、PSCAD/EMTDC、NETOMAC、PSASP、MATLAB等。但仿真實(shí)驗(yàn)設(shè)定的條件與電力系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行情況多少會(huì)有些出入，所以仿真效果好不見(jiàn)得實(shí)際應(yīng)用效果好?，F(xiàn)場(chǎng)模擬試驗(yàn)更接近實(shí)際情況，但試驗(yàn)條件苛刻，文獻(xiàn)[1]即在實(shí)際線路上通過(guò)人工模擬驗(yàn)證單相接地故障選線效果。合理做法是先經(jīng)過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)獲得理想方案，再制作樣機(jī)掛網(wǎng)試運(yùn)行，下面案例即為樣機(jī)掛網(wǎng)試驗(yàn)結(jié)果。

2.2 選線試驗(yàn)案例

某10kV配電網(wǎng)線路結(jié)構(gòu)如圖1所示，5條出線中L5處有單相接地故障。表1列出中性點(diǎn)不接地和中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地的現(xiàn)場(chǎng)故障選線結(jié)果。

表1 配電網(wǎng)單相接地故障選線試驗(yàn)結(jié)果

由表1可見(jiàn)，小波包法對(duì)中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地有一個(gè)錯(cuò)判，因該法在暫態(tài)過(guò)程不明顯時(shí)準(zhǔn)確性下降，同時(shí)消弧線圈對(duì)接地電流的補(bǔ)償作用也帶來(lái)了分析的困難，導(dǎo)致判別準(zhǔn)確性比中性點(diǎn)不接地低，然而融合多種判據(jù)保證了最終判別的可靠性。

3 結(jié)束語(yǔ)

配電網(wǎng)單相接地故障選線的難點(diǎn)在于小電流接地系統(tǒng)，尤其是中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)選線難度更大。

目前故障選線技術(shù)的可靠性仍難以滿足實(shí)際需求，對(duì)配網(wǎng)智能化的建設(shè)和發(fā)展造成一定影響，因此有必要攻堅(jiān)克難，從原理與技術(shù)應(yīng)用方面取得突破，可喜的是多判據(jù)融合技術(shù)已現(xiàn)曙光，可能對(duì)未來(lái)選線技術(shù)帶來(lái)決定性影響。

[1] 謝成,金涌濤,胡葉舟,等.基于相關(guān)系數(shù)分析的配電網(wǎng)單相接地故障研判方法與試驗(yàn)研究[J].浙江電力,2017,36(3)：17-23.

[2] 王智.配電網(wǎng)接地故障分析與判斷[D].宜昌：三峽大學(xué),2012.

[3] 董富德. 10kV配電線路單相接地故障智能選線方法研究[D].廣州：廣東工業(yè)大學(xué),2015.

[4] 唐金銳,尹項(xiàng)根,張哲,等.配電網(wǎng)故障自動(dòng)定位技術(shù)研究綜述[J].電力自動(dòng)化設(shè)備,2013,33(5)：7-13.

[5] 田書(shū),王亞彩,王曉衛(wèi),等.基于磁場(chǎng)測(cè)量的配電網(wǎng)單相接地選線及定位新方法[J].電力系統(tǒng)保護(hù)與控制,2016,44(11)：61-67.

2017-09-17）