考慮單相接地故障處理的自適應(yīng)重合式饋線自動(dòng)化方法

封士永, 蔡月明, 劉明祥, 丁孝華, 劉潤(rùn)苗, 嵇文路

(1. 南瑞集團(tuán)(國(guó)網(wǎng)電力科學(xué)研究院)有限公司, 江蘇省南京市 211106;2. 國(guó)網(wǎng)南京供電公司, 江蘇省南京市 210019)

0 引言

當(dāng)前饋線自動(dòng)化(feeder automation,FA)故障處理方法均依賴于信息通信,如集中式FA、智能分布式FA等技術(shù)[1]。由于配電終端的計(jì)算能力有限而加密解密需要較大的計(jì)算、時(shí)間開(kāi)銷,現(xiàn)有的安全防護(hù)方法無(wú)法嵌入集中式FA和智能分布式FA系統(tǒng),給網(wǎng)絡(luò)攻擊提供了大量可趁之機(jī)[2]。另一方面,配電網(wǎng)的通信網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)環(huán)境也呈現(xiàn)出網(wǎng)絡(luò)攻擊面迅速擴(kuò)大的趨勢(shì),安全防御鏈條越來(lái)越長(zhǎng),導(dǎo)致配電網(wǎng)的信息安全防護(hù)工作越來(lái)越困難[3]。因此,重合式FA技術(shù)由于不依賴通信的優(yōu)勢(shì)引起了越來(lái)越多研究人員的重視。

基于電壓時(shí)間型的重合式FA方法(簡(jiǎn)稱電壓時(shí)間型FA),采用控制器配合電磁式開(kāi)關(guān)方式,通過(guò)開(kāi)關(guān)“無(wú)壓跳閘、來(lái)電延時(shí)合閘”的工作原理配合變電站出口開(kāi)關(guān)二次重合閘實(shí)現(xiàn)配電線路故障區(qū)段隔離以及非故障區(qū)段恢復(fù)供電[4]。電壓時(shí)間型FA只具備大電流故障處理功能,無(wú)法處理單相接地故障,且處理邏輯中開(kāi)關(guān)分合閘次數(shù)較多;在配電網(wǎng)運(yùn)行方式或網(wǎng)架結(jié)構(gòu)發(fā)生改變后,需要重新配置時(shí)間定值,否則故障處理邏輯將失效,甚至發(fā)生誤動(dòng)[5]?；陔妷弘娏鲿r(shí)間型的重合式FA方法(簡(jiǎn)稱電壓電流時(shí)間型FA),通過(guò)在故障處理過(guò)程中記憶失壓次數(shù)和過(guò)流次數(shù),分支線配置長(zhǎng)延時(shí),配合變電站出口開(kāi)關(guān)多次重合閘實(shí)現(xiàn)故障區(qū)間隔離和非故障區(qū)段恢復(fù)供電[6]。電壓電流時(shí)間型FA考慮了對(duì)單相接地故障的處理邏輯,但是故障處理時(shí)間較長(zhǎng)且邏輯相關(guān)定值參數(shù)不能自適應(yīng)配電網(wǎng)運(yùn)行方式或網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的改變,導(dǎo)致運(yùn)維成本較高[7]。文獻(xiàn)[8]提出了單相接地故障電流信息的兩值性和分化性特征,并將故障信息上送配電自動(dòng)化主站進(jìn)行單相接地定位的方法,但是該方法依賴于通信與配電自動(dòng)化主站。文獻(xiàn)[9]提出重合器與電壓時(shí)間型分段器配合方案,對(duì)重合器增加單相接地選線跳閘功能,實(shí)現(xiàn)單相接地故障自動(dòng)隔離,該方法分段器無(wú)需配置零序電壓互感器,只通過(guò)分析零序電流的特征進(jìn)行單相接地選線,策略簡(jiǎn)單,但是存在單相接地故障判斷精度較低,出口重合器需要配置較多次重合閘,策略的定值不能自適應(yīng)運(yùn)行方式及網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的調(diào)整的缺點(diǎn)。

因此,提出考慮單相接地故障處理的自適應(yīng)重合式FA方法,設(shè)計(jì)故障處理邏輯,自適應(yīng)配電網(wǎng)運(yùn)行方式和網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的改變,采用過(guò)流失壓跳閘、合閘后過(guò)流跳閘并閉鎖、短時(shí)來(lái)電跳閘并閉鎖的策略,并融合單相接地暫態(tài)特征故障檢測(cè)算法,與變電站出口斷路器保護(hù)配合,不依賴通信,實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)故障的定位隔離和非故障區(qū)供電恢復(fù)。

1 大電流故障自適應(yīng)重合式FA

以圖1所示的典型多分段、多分支、多聯(lián)絡(luò)配電線路網(wǎng)架拓?fù)錇檩d體闡述本文方法的故障處理邏輯。圖1中CB為配置過(guò)流保護(hù)和兩次重合閘功能的變電站出口斷路器,FS1至FS6為負(fù)荷分段開(kāi)關(guān),LSW1和LSW2為聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān),YS1和YS2為用戶分界開(kāi)關(guān),線路上各分段開(kāi)關(guān)、聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)和分界開(kāi)關(guān)處均部署成套裝置。

圖1 配電網(wǎng)多聯(lián)絡(luò)多分支網(wǎng)架結(jié)構(gòu)Fig.1 Multi-contact and multi-branch grid structure of distribution network

自適應(yīng)重合式FA方法的故障處理邏輯均基于線路上成套裝置嵌入的策略來(lái)實(shí)現(xiàn)。對(duì)于大電流故障的處理,每臺(tái)成套裝置配置如下策略。

1)分段開(kāi)關(guān)檢測(cè)到故障電流且兩側(cè)失壓,則跳閘,若兩側(cè)失壓但未檢測(cè)到故障電流,則不動(dòng)作。

2)分段開(kāi)關(guān)檢測(cè)到單側(cè)有壓、開(kāi)關(guān)處于分位且有設(shè)定時(shí)限內(nèi)的故障電流記錄,則延時(shí)T1時(shí)間后合閘。

3)分段開(kāi)關(guān)合閘后,在T2時(shí)間內(nèi)又檢測(cè)到兩側(cè)失壓且有故障電流,則加速跳閘并閉鎖。

4)分段開(kāi)關(guān)檢測(cè)到短時(shí)來(lái)電、無(wú)故障電流記錄且開(kāi)關(guān)處于合位,則跳閘并閉鎖。

5)聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)處于跳閘狀態(tài)且檢測(cè)到兩側(cè)有壓,則嚴(yán)禁合閘。策略中T1為分段開(kāi)關(guān)延時(shí)合閘時(shí)間,T2為分段開(kāi)關(guān)合閘后又檢測(cè)到故障電流的最大時(shí)限,T2

大電流故障處理邏輯分為瞬時(shí)性故障和永久性故障處理邏輯。若是瞬時(shí)性故障,如FS2和FS3之間發(fā)生瞬時(shí)大電流故障,則在CB一次重合閘后,FS1和FS2依次重合即可恢復(fù)供電;若FS2和FS3之間發(fā)生永久性相間短路故障,如圖2所示。

圖2 FS2和FS3之間發(fā)生相間短路故障Fig.2 Interphase short circuit fault occurs between FS2 and FS3

具體處理邏輯如下：①CB保護(hù)跳閘,啟動(dòng)一次重合閘延時(shí)Tc1計(jì)時(shí);②FS1和FS2檢測(cè)到故障電流且兩側(cè)無(wú)壓,跳閘;FS3至FS6兩側(cè)失壓但是未檢測(cè)到故障電流,不動(dòng)作;③CB經(jīng)過(guò)Tc1時(shí)間后一次重合閘;④FS1和FS2依次檢測(cè)到單側(cè)有壓、開(kāi)關(guān)處于分位且有設(shè)定時(shí)限內(nèi)的故障電流記錄,延時(shí)T1后合閘;⑤由于是永久性故障,CB再次保護(hù)跳閘;FS2在T2內(nèi)又檢測(cè)到兩側(cè)失壓且有故障電流(T2

自適應(yīng)重合式FA方法的大電流故障處理邏輯需要與變電站出口斷路器進(jìn)行配合。變電站出口斷路器通常設(shè)速斷保護(hù)、限時(shí)過(guò)流保護(hù),當(dāng)配置兩次重合閘時(shí),通過(guò)上述策略控制分段開(kāi)關(guān)能夠完成故障定位隔離和故障上游的非故障區(qū)域恢復(fù)供電。當(dāng)變電站僅配置一次重合閘時(shí),則只需延長(zhǎng)首端分段開(kāi)關(guān)的來(lái)電延時(shí)合閘時(shí)間,躲避變電站出口斷路器重合閘充電時(shí)間,保證重合閘再次動(dòng)作即可。若線路首端配置出口重合器時(shí),分段開(kāi)關(guān)的配合方式需與CB配置兩次重合閘時(shí)一致。

對(duì)于用戶分界或分支線路,分支線開(kāi)關(guān)可以選擇與分段開(kāi)關(guān)相同配置的開(kāi)關(guān),實(shí)現(xiàn)大分支長(zhǎng)線路的分段與故障隔離。如果變電站有級(jí)差配合的情況下,也可以選用斷路器配置在分支線首端,并配置零秒速斷及一次重合閘,實(shí)現(xiàn)分支線故障的快速切除。如圖3所示,YS1下游發(fā)生相間短路故障,用戶分支短路故障處理FA邏輯:YS1先速斷跳閘,然后重合閘一次,若是瞬時(shí)故障,則重合成功即可恢復(fù)供電;若是永久性故障,則后加速跳閘,快速隔離分支線故障。

圖3 分界開(kāi)關(guān)YS1負(fù)荷側(cè)發(fā)生相間短路故障Fig.3 Interphase short circuit fault occurs at load side of boundary switch YS1

自適應(yīng)重合式FA方法的大電流故障處理邏輯基于線路上成套裝置嵌入的策略來(lái)實(shí)現(xiàn),且每臺(tái)成套裝置配置的策略均可以保持一致,策略中的時(shí)間定值參數(shù)以及故障處理邏輯均不受開(kāi)關(guān)節(jié)點(diǎn)類型以及裝置所處線路拓?fù)渲形恢玫挠绊?能夠自適應(yīng)線路的運(yùn)行方式及網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的調(diào)整。

2 單相接地故障自適應(yīng)重合式FA

由于已有絕大多數(shù)單相接地選線原理采用的單相接地定位信息都具備兩值性和分化性特征,因此,本文尋求不依賴配電自動(dòng)化主站、不依賴通信,融合工程應(yīng)用效果較好的單相接地故障暫態(tài)參數(shù)和相電流突變?cè)淼膯蜗嘟拥毓收咸幚磉壿嫴呗?只由成套裝置就地進(jìn)行單相接地故障定位和隔離的方法。暫態(tài)參數(shù)原理[10]指的是配電網(wǎng)發(fā)生單相接地故障時(shí),在一定頻段內(nèi),健全線路和故障點(diǎn)下游部分的零序模型可等效為一個(gè)對(duì)地電容C0x∑。對(duì)于健全線路部分來(lái)說(shuō),零序電流i0x與零序電壓u0有如下關(guān)系:

(1)

故障點(diǎn)上游線路等效為一個(gè)對(duì)地電容C0′。故障部分零序電流i0f實(shí)際方向與健全線路部分零序電流i0x方向相反,其電流電壓有如下關(guān)系:

(2)

在暫態(tài)下的首容性頻段內(nèi),健全線路可以等效成一個(gè)正電容模型,而故障線路等效成負(fù)電容模型[10]。即健全部分的零序電流和零序電壓導(dǎo)數(shù)之間成正線性關(guān)系,故障部分的零序電流和零序電壓導(dǎo)數(shù)之間成負(fù)線性關(guān)系。相電流突變?cè)韀11]指的是在單相接地故障瞬間,對(duì)應(yīng)的三相電流發(fā)生突變,根據(jù)算法計(jì)算出三相突變電流的不對(duì)稱度Wa,Wb,Wc,若max(Wa,Wb,Wc)>M,M為不對(duì)稱閾值,則判斷三相電流不對(duì)稱,判別故障線路及故障相。本文設(shè)計(jì)單相接地故障處理邏輯策略如下:采用零序電壓判據(jù)啟動(dòng)終端的零序電容識(shí)別算法,若單相接地故障檢測(cè)終端識(shí)別出的電容值為負(fù)且相電流突變的不對(duì)稱度超過(guò)閾值,則可以判斷出單相接地故障發(fā)生在其下游;否則,單相接地故障不是發(fā)生在其下游，如圖4所示。FS5和FS6之間發(fā)生單相接地故障,FS1,FS4,FS5依據(jù)負(fù)電容及相電流不對(duì)稱特征,選出接地故障在其下游,而FS2,FS3,FS6呈正容性。

單相接地故障處理邏輯為:FS1,FS4,FS5延時(shí)T后保護(hù)跳閘。FS1檢測(cè)到單側(cè)有壓、開(kāi)關(guān)處于分位且有記憶負(fù)電容及相電流不對(duì)稱特性(設(shè)定時(shí)限),延時(shí)T1后合閘;FS4檢測(cè)到單側(cè)有壓、開(kāi)關(guān)處于分位且有記憶負(fù)電容及相電流不對(duì)稱特性(設(shè)定時(shí)限),延時(shí)T1后合閘。FS5檢測(cè)到單側(cè)有壓、開(kāi)關(guān)處于分位且有記憶負(fù)電容及相電流不對(duì)稱特性(設(shè)定時(shí)限),延時(shí)T1后合閘,T2內(nèi)又檢測(cè)到負(fù)電容暫態(tài)特性(T2

圖4 FS5和FS6之間發(fā)生單相接地短路故障Fig.4 Single phase to ground fault occurs between FS5 and FS6

用戶分界開(kāi)關(guān)成套裝置嵌入單相接地定位原理,配置單相接地故障延時(shí)保護(hù)功能，如圖5所示。YS1下游分支單相接地故障時(shí),若是瞬時(shí)單相接地故障,YS1延時(shí)t(令t=0.5T)后檢測(cè)無(wú)故障,則保持不動(dòng)作;若是永久性單相接地故障,YS1延時(shí)t后跳閘,切除分支線單相接地故障。

圖5 分界開(kāi)關(guān)YS1負(fù)荷側(cè)發(fā)生單相接地短路故障Fig.5 Single phase to ground fault occurs at load side of switch YS1

設(shè)計(jì)的單相接地故障處理邏輯策略融合故障暫態(tài)參數(shù)和相電流突變?cè)?無(wú)需出口斷路器配置重合閘或單相接地選線功能,即能準(zhǔn)確定位隔離單相接地故障,且定值能夠自適應(yīng)運(yùn)行方式及網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的變化。

3 故障下游供電恢復(fù)

聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)配置策略為：兩側(cè)有壓,禁止合閘,單側(cè)失壓后啟動(dòng)合閘延時(shí)計(jì)時(shí),達(dá)到延時(shí)ty時(shí)自動(dòng)合閘。ty要求大于其兩側(cè)相鄰線路段發(fā)生永久故障后,故障區(qū)電源端分段開(kāi)關(guān)跳閘并閉鎖的最大延時(shí)tc。

tc=max(tc,1,tc,2)

(3)

式中:tc,1為單側(cè)相鄰線路段發(fā)生故障后,故障段電源端的分段開(kāi)關(guān)跳閘并閉鎖的最大延時(shí);tc,2為另一側(cè)相鄰線路段發(fā)生故障后,故障段電源端的分段開(kāi)關(guān)跳閘并閉鎖所需的最大延時(shí)。tc,1按式(4)進(jìn)行計(jì)算[12]。

tc,1=te,1+te,2+A(n)TW

(4)

式中:te,1為故障側(cè)變電站出口開(kāi)關(guān)第一次重合閘延時(shí);te,2為第二次重合閘延時(shí);TW為各分段開(kāi)關(guān)的來(lái)電合閘延時(shí);n為故障段與聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)之間分段開(kāi)關(guān)的個(gè)數(shù)；A(n)為故障段與聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)之間分段開(kāi)關(guān)個(gè)數(shù)的最大值。tc,2的計(jì)算類似于tc,1,有

ty≥utc

(5)

式中:u為冗余系數(shù),一般取1.3,對(duì)于多分段多聯(lián)絡(luò)網(wǎng)架結(jié)構(gòu),兩相鄰聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)X和Y的動(dòng)作間隔時(shí)間tMy(X,Y)須大于其中一臺(tái)聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)合閘到將電送至另一臺(tái)聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)的最長(zhǎng)時(shí)間T(X,Y),即

tMy(X,Y)>T(X,Y)

(6)

同理,將電從某個(gè)聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)經(jīng)第n條線路送到另一個(gè)聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)的時(shí)間間隔為Tn(X,Y)。則有

tK(X,Y)=max(T1(X,Y),T2(X,Y),…,

Tn(X,Y))

(7)

tMy(X,Y)>tK(X,Y)

(8)

聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)的自動(dòng)合閘延時(shí)ty要求越小越好,可以根據(jù)工程實(shí)施的實(shí)際情況按上述原則進(jìn)行整定。 綜上所述,提出的方法不依賴通信即可完成配電網(wǎng)線路故障的定位隔離以及非故障區(qū)域的恢復(fù)供電,并同時(shí)具備處理相間短路故障和單相接地故障的能力。線路上所有分段開(kāi)關(guān)、聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)采用相同的一二次融合成套設(shè)備,線路運(yùn)行方式或網(wǎng)架結(jié)構(gòu)發(fā)生改變時(shí),無(wú)需重新設(shè)置定值參數(shù),實(shí)現(xiàn)定值參數(shù)自適應(yīng)。

4 仿真驗(yàn)證與分析

基于實(shí)時(shí)數(shù)字仿真器(RTDS)搭建仿真測(cè)試平臺(tái)[13-15],對(duì)智能分布式FA、電壓時(shí)間型FA、電壓電流時(shí)間型FA、文獻(xiàn)[9]方法以及本文方法的性能進(jìn)行比較分析?；赗TDS仿真平臺(tái)搭建了典型的多分段多聯(lián)絡(luò)10 kV架空型配電網(wǎng)系統(tǒng),運(yùn)行方式采取開(kāi)環(huán)運(yùn)行方式,配電網(wǎng)中性點(diǎn)接地方式采用經(jīng)消弧線圈接地。模型由3個(gè)供電電源點(diǎn)、3個(gè)變電站出口斷路器、9個(gè)分段開(kāi)關(guān)、5個(gè)分界開(kāi)關(guān)以及3個(gè)聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)組成。RTDS平臺(tái)上的配電網(wǎng)模型的實(shí)時(shí)信號(hào)通過(guò)對(duì)應(yīng)的模擬量及數(shù)字量接口配電終端裝置進(jìn)行交互,即電壓電流等遙測(cè)信號(hào)量通過(guò)GTAO接口轉(zhuǎn)功率放大器輸出給終端;開(kāi)關(guān)位置、保護(hù)信號(hào)等遙信信號(hào)通過(guò)GTDO接口輸出至終端;而終端的合閘、跳閘遙控信號(hào)通過(guò)GTDI接口輸入給RTDS,由RTDS將信號(hào)轉(zhuǎn)換成配電網(wǎng)模型的控制信息,實(shí)現(xiàn)RTDS配電網(wǎng)仿真模型與終端的信息交互。

仿真模型的變電站保護(hù)配置兩次重合閘,保護(hù)實(shí)現(xiàn)方法如圖6所示。當(dāng)檢測(cè)到故障觸發(fā)信號(hào),并且線上有過(guò)流信號(hào)時(shí),站內(nèi)保護(hù)判定線路故障,經(jīng)過(guò)設(shè)定的Ⅰ段跳閘延時(shí)時(shí)間0.3 s后跳開(kāi)出口斷路器;然后啟動(dòng)一次重合閘計(jì)時(shí),達(dá)到一次重合閘時(shí)間3 s后執(zhí)行一次重合閘,合閘出口斷路器,若馬上檢測(cè)到過(guò)流故障,則加速跳閘出口斷路器,接著啟動(dòng)二次重合閘計(jì)時(shí),達(dá)到二次重合閘時(shí)間10 s后執(zhí)行二次重合閘,同理,若馬上檢測(cè)到過(guò)流故障,則加速跳閘出口斷路器。站內(nèi)保護(hù)邏輯將和本文提出的就地FA邏輯進(jìn)行配合,完成故障的定位和隔離。

圖6 站內(nèi)保護(hù)邏輯仿真流程Fig.6 Simulation process of protection logic in substation

配電網(wǎng)線路開(kāi)關(guān)的壽命影響因素之一是開(kāi)關(guān)的動(dòng)作次數(shù),開(kāi)關(guān)動(dòng)作次數(shù)越多，壽命越短。配電網(wǎng)線路故障時(shí),FA故障處理時(shí)間直接影響到配電網(wǎng)的供電可靠性指標(biāo)。由于信息安全防護(hù)的問(wèn)題,FA故障處理時(shí)是否依賴于通信也是需要考慮的重要因素。而FA保護(hù)定值能否自適應(yīng)線路拓?fù)浼斑\(yùn)行方式的變化,將影響FA系統(tǒng)后期的運(yùn)行維護(hù)工作量。因此,實(shí)驗(yàn)分別從故障處理過(guò)程中的開(kāi)關(guān)平均動(dòng)作次數(shù)、故障平均處理時(shí)間、是否依賴通信、是否定值自適應(yīng)和單相接地判斷成功率5個(gè)指標(biāo)來(lái)對(duì)比分析智能分布式FA、電壓時(shí)間型FA、電壓電流時(shí)間型FA、文獻(xiàn)[9]方法以及本文方法的性能。實(shí)驗(yàn)中終端的T1設(shè)置為7 s,T2設(shè)置為5 s;通過(guò)RTDS模擬線路變電站出口至首端開(kāi)關(guān)、分段開(kāi)關(guān)之間、末端分段開(kāi)關(guān)下游、分界開(kāi)關(guān)下游等不同故障點(diǎn),每個(gè)故障點(diǎn)分別設(shè)置100次故障,開(kāi)關(guān)動(dòng)作次數(shù)和故障處理時(shí)間取各個(gè)故障點(diǎn)的加權(quán)平均值。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如附錄A表A1所示。

從表A1可以看出本文方法故障處理過(guò)程中開(kāi)關(guān)平均動(dòng)作次數(shù)為3次,故障平均處理時(shí)間為56 s,比電壓時(shí)間型FA和電壓電流時(shí)間型FA更具優(yōu)勢(shì),這是因?yàn)楸疚姆椒ǖ墓收咸幚磉壿嬛蟹枪收蠀^(qū)域的開(kāi)關(guān)盡可能減少動(dòng)作,這樣不僅可以減少開(kāi)關(guān)的動(dòng)作次數(shù)從而延長(zhǎng)開(kāi)關(guān)使用壽命,而且減少了故障處理時(shí)間，使得非故障區(qū)域更快地恢復(fù)供電。在單相接地判斷成功率指標(biāo)方面,本文方法高于電壓電流時(shí)間型和文獻(xiàn)[9]的方法,這是因?yàn)樗岱椒ǖ倪壿嫴呗灾腥诤狭斯收蠒簯B(tài)參數(shù)和相電流突變?cè)?單相接地判斷更為精準(zhǔn)。雖然在開(kāi)關(guān)平均動(dòng)作次數(shù)和故障平均處理時(shí)間這兩項(xiàng)指標(biāo)上弱于智能分布式FA,但是本文方法的故障處理邏輯實(shí)現(xiàn)不依賴通信,不存在信息安全防護(hù)的問(wèn)題,且邏輯中考慮了單相接地故障處理,定值參數(shù)能夠自適應(yīng)線路運(yùn)行方式或網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的變化,較大降低了投運(yùn)后的運(yùn)維工作量。

提出的方法在工程應(yīng)用時(shí),可以嵌入配電一二次融合成套裝置,實(shí)現(xiàn)對(duì)多分段、多分支、多聯(lián)絡(luò)配電線路中的大電流故障及單相接地故障進(jìn)行自動(dòng)化定位隔離和非故障區(qū)域恢復(fù)供電。工程應(yīng)用中的一個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)是需要在分段開(kāi)關(guān)安裝高精度零序電壓互感器和電流互感器,這也正是目前配電網(wǎng)一二次設(shè)備融合的需求。但是傳統(tǒng)的零序電壓互感器存在精度低、抗干擾能力差的問(wèn)題,無(wú)法滿足提出策略的工程應(yīng)用要求,若不使用零序電壓,接地故障檢測(cè)則存在較大的局限性。然而,一方面,近幾年國(guó)內(nèi)電子式電壓互感器的研發(fā)及應(yīng)用得到了較大的發(fā)展,其高精度的特性能夠滿足單相接地故障檢測(cè)的要求。另一方面,目前電容分壓式傳感器也獲得了技術(shù)突破,其自身故障率較低,且與線路對(duì)地容性特性一致,不會(huì)像電阻分壓式傳感器那樣由于在系統(tǒng)中產(chǎn)生雜散電流,引起接地故障保護(hù)的誤判。因此,所提方法在工程應(yīng)用時(shí)可以選用基于電容分壓的電子式互感器完成對(duì)零序電壓信號(hào)和零序電流信號(hào)的高精度采集,以保證所提方法的可靠有效應(yīng)用。提出的方法在福建工程中進(jìn)行試點(diǎn)應(yīng)用,解決了通信部署難度較大的多山地區(qū)配電線路的相間短路及單相接地故障自動(dòng)化處理問(wèn)題,整體應(yīng)用效果良好,未來(lái)將在全國(guó)范圍內(nèi)推廣實(shí)施。

5 結(jié)語(yǔ)

本文提出了一種考慮單相接地故障處理的自適應(yīng)重合式FA方法,采用過(guò)流失壓跳閘、合閘后過(guò)流跳閘并閉鎖、短時(shí)來(lái)電跳閘并閉鎖的策略,結(jié)合單相接地暫態(tài)特征故障檢測(cè)算法,配合變電站出口斷路器重合閘,實(shí)現(xiàn)多分支多聯(lián)絡(luò)配電網(wǎng)的故障定位隔離和非故障區(qū)恢復(fù)供電。實(shí)驗(yàn)中基于RTDS搭建仿真測(cè)試平臺(tái),對(duì)另外幾種方法與本文方法的性能進(jìn)行比較,結(jié)果表明所提方法的性能測(cè)試效果良好。所提方法基于配電一二次融合成套裝置和高精度互感器實(shí)現(xiàn),可以有效解決難以部署通信的山區(qū)、丘陵等地區(qū)的配電網(wǎng)故障快速處理問(wèn)題,并減少工程投運(yùn)后定值維護(hù)的工作量。

提出的方法中故障點(diǎn)下游所有開(kāi)關(guān)均會(huì)檢測(cè)到短時(shí)來(lái)電,導(dǎo)致跳閘并閉鎖,后續(xù)故障點(diǎn)下游恢復(fù)供電時(shí)需要解閉鎖非故障點(diǎn)相鄰的分段開(kāi)關(guān)。下一步研究可以對(duì)短時(shí)來(lái)電的閉鎖條件進(jìn)行優(yōu)化,以準(zhǔn)確定位故障點(diǎn)下游相鄰的分段開(kāi)關(guān)。

附錄見(jiàn)本刊網(wǎng)絡(luò)版(http://www.aeps-info.com/aeps/ch/index.aspx)。

[1] 唐成虹,楊志宏,宋斌,等.有源配電網(wǎng)的智能分布式饋線自動(dòng)化實(shí)現(xiàn)方法[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化,2015,39(9):101-106.DOI:10.7500/AEPS20141219002.

TANG Chenghong, YANG Zhihong, SONG Bin, et al. A method of intelligent distributed feeder automation for active distribution network[J]. Automation of Electric Power Systems, 2015, 39(9): 101-106. DOI: 10.7500/AEPS20141219002.

[2] 高孟友,徐丙垠,范開(kāi)俊,等.基于實(shí)時(shí)拓?fù)渥R(shí)別的分布式饋線自動(dòng)化控制方法[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化,2015,39(9):127-131.DOI:10.7500/AEPS 20140604003.

GAO Mengyou, XU Bingyin, FAN Kaijun, et al. Distributed feeder automation based on automatic recognition of real-time feeder topology[J]. Automation of Electric Power Systems, 2015, 39(9): 127-131. DOI: 10.7500/AEPS20140604003.

[3] 肖峻,貢曉旭,賀琪博,等.智能配電網(wǎng)N-1安全邊界拓?fù)湫再|(zhì)及邊界算法[J].中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào),2014,34(4):545-554.

XIAO Jun, GONG Xiaoxu, HE Qibo, et al. Topological characteristics and algorithm ofN-1 security boundary for smart distribution network[J]. Proceedings of the CSEE, 2014, 34(4): 545-554.

[4] ONEN A, JUNG J, DILEK M, et al. Model-centric distribution automation: capacity, reliability, and efficiency[J]. Electric Power Components & Systems, 2016, 44(5): 1-11.

[5] 翁望月,劉健,劉鞏權(quán),等.電壓時(shí)間型饋線自動(dòng)化開(kāi)關(guān)參數(shù)整定及故障處理模擬校驗(yàn)軟件的研究與開(kāi)發(fā)[J].陜西電力,2014,42(3):49-53.

WENG Wangyue, LIU Jian, LIU Gongquan, et al. Study & development of feeder automation system parameter setting with voltage-time type sectionalizers and fault treatment simulation software[J]. Shaanxi Electric Power, 2014, 42(3): 49-53.

[6] SHARIATZADEH F, CHANDA S, SRIVASTAVA A K, et al. Real-time benefit analysis and industrial implementation for distribution system automation and control[J]. IEEE Transactions on Industry Applications, 2016, 52(1): 444-454.

[7] 劉賓禮,劉德志,羅毅飛,等.基于電壓電流的IGBT關(guān)斷機(jī)理與關(guān)斷時(shí)間研究[J].物理學(xué)報(bào),2013,62(5):384-392.

LIU Binli, LIU Dezhi, LUO Yifei, et al. Investigation into the turn-off mechanism and time of IGBT based on voltage and current[J]. Acta Physica Sinica, 2013, 62(5): 384-392.

[8] 劉健,張志華,張小慶,等.基于配電自動(dòng)化系統(tǒng)的單相接地定位[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化,2017,41(1):145-149.DOI:10.7500/AEPS20160118005.

LIU Jian, ZHANG Zhihua, ZHANG Xiaoqing, et al. Single phase grounding location based on distribution automation system[J]. Automation of Electric Power Systems, 2017, 41(1): 145-149. DOI: 10.7500/AEPS20160118005.

[9] 劉健.No.7配電網(wǎng)的協(xié)調(diào)控制需盡量簡(jiǎn)單化[J].供用電,2016,33(7):28-31.

LIU Jian. No.7 coordination control simplification for distribution network[J]. Distribution & Utilization, 2016, 33(7): 28-31.

[10] SHANG Y, SHI S, DONG X. Islanding detection based on asymmetric tripping of feeder circuit breaker in ungrounded power distribution system[J]. Journal of Modern Power Systems and Clean Energy, 2015, 3(4): 526-532.

[11] WANG W, YAN L, ZENG X, et al. Principle and design of a single-phase inverter-based grounding system for neutral-to-ground voltage compensation in distribution networks[J]. IEEE Transactions on Industrial Electronics, 2017, 64(2): 1204-1213.

[12] 劉寶穩(wěn),馬宏忠.零序電壓產(chǎn)生機(jī)理及過(guò)渡電阻測(cè)量和選相方法[J].電網(wǎng)技術(shù),2015,39(5):1444-1449.

LIU Baowen, MA Hongzhong. Transition resistance measurement and fault phase selection under single-phase ground fault based on producing mechanism of zero-sequence voltage[J]. Power System Technology, 2015, 39(5): 1444-1449.

[13] 封士永,王江寧,周磊,等.配電網(wǎng)鄰域速動(dòng)型分布式饋線自動(dòng)化策略及仿真分析[J].電力科學(xué)與技術(shù)學(xué)報(bào),2015,30(4):96-104.

FENG Shiyong, WANG Jiangning, ZHOU Lei, et al. Neighborhood quick distributed feeder automation strategy and its simulation analysis for distribution networks[J]. Journal of Electric Power Science and Technology, 2015, 30(4): 96-104.

[14] WANG W, YAN L, ZENG X, et al. Principle and design of a single-phase inverter-based grounding system for neutral-to-ground voltage compensation in distribution networks[J]. IEEE Transactions on Industrial Electronics, 2017, 64(2): 1204-1213.

[15] WANG B, JIANG N I, GENG J, et al. Arc flash fault detection in wind farm collection feeders based on current waveform analysis[J]. Journal of Modern Power Systems and Clean Energy, 2017, 5(2): 1-9.

封士永(1988—),男,通信作者,碩士,工程師,主要研究方向:電力系統(tǒng)自動(dòng)化、通信技術(shù)。E-mail： fengshiyong@sgepri.sgcc.com.cn

蔡月明(1972—),男,高級(jí)工程師,主要研究方向:電力系統(tǒng)自動(dòng)化。E-mail: caiyueming@sgepri.sgcc.com.cn

劉明祥(1982—),男,碩士,高級(jí)工程師,主要研究方向:電力系統(tǒng)自動(dòng)化、電力通信。E-mail: liumingxiang@sgepri.sgcc.com.cn