智能配網(wǎng)單相接地故障自愈技術(shù)研究及應(yīng)用

林敏洪

摘 要： 本文在智能配網(wǎng)發(fā)展要求的基礎(chǔ)上，提出智能配網(wǎng)單相接地故障自愈技術(shù)，分析技術(shù)原理和技術(shù)要求，并提出技術(shù)發(fā)展中存在的問(wèn)題，針對(duì)問(wèn)題和技術(shù)原理對(duì)智能配網(wǎng)單相接地故障自愈技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化，提出優(yōu)化方案。

關(guān)鍵詞： 智能配網(wǎng)；單相接地故障；自愈技術(shù)

1.智能配網(wǎng)發(fā)展要求

1.1供電可靠性

由于生產(chǎn)的發(fā)展導(dǎo)致我國(guó)停電事故頻發(fā)，造成直接的經(jīng)濟(jì)損失不可估計(jì)，甚至影響了正常社會(huì)秩序。在這樣的背景下，我國(guó)電力系統(tǒng)和電力部門(mén)必須要加強(qiáng)智能配網(wǎng)建設(shè)，建立相應(yīng)的可靠性保證制度，做好智能配網(wǎng)的可靠性研究，加強(qiáng)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)與管理，進(jìn)一步做小故障影響的范圍，在盡可能短的時(shí)間內(nèi)處理好事故。

1.2配網(wǎng)供電經(jīng)濟(jì)性

自2012年以來(lái)我國(guó)開(kāi)始提出“低碳經(jīng)濟(jì)”，在智能配網(wǎng)以及供電方面提出了更高的智能要求，在智能化以及自動(dòng)化提高供電質(zhì)量的背景下盡可能的降低線損。在目前，我國(guó)智能配網(wǎng)發(fā)展中提出重構(gòu)配電網(wǎng)絡(luò)、提高智能配網(wǎng)電壓等級(jí)、更換導(dǎo)線等方式極大的降低了智能配網(wǎng)的線損。

1.3提高供電能力

目前配網(wǎng)的設(shè)計(jì)中，以滿足峰值負(fù)荷為標(biāo)準(zhǔn)。在配網(wǎng)的實(shí)際運(yùn)用中，由于每條線路負(fù)荷差異、負(fù)荷日曲線的差異、峰值時(shí)間分布差異等，導(dǎo)致在配網(wǎng)實(shí)際運(yùn)行中存在負(fù)荷分布不均衡問(wèn)題，極不均衡問(wèn)題凸顯。最終在配網(wǎng)中的直接表現(xiàn)是線路和設(shè)備利用率大幅度下降、線損提高。在這種背景下，通過(guò)智能配網(wǎng)、自動(dòng)化配網(wǎng)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)配網(wǎng)的進(jìn)一步優(yōu)化控制，通過(guò)重負(fù)荷、過(guò)負(fù)荷的自動(dòng)化、智能化轉(zhuǎn)移，提高饋線負(fù)荷率，保證供電能力的提高。

1.4電能質(zhì)量改善

在科學(xué)技術(shù)、工業(yè)技術(shù)發(fā)展背景下，形形色色的電力負(fù)荷出現(xiàn)，目前非線性、沖擊性負(fù)荷的使用也成為了公用電網(wǎng)中的干擾成分，直接影響了電能質(zhì)量。智能化、自動(dòng)化配網(wǎng)的出現(xiàn)，成為提高、改善電能質(zhì)量的重要手段，通過(guò)精密儀器設(shè)備以及智能化控制，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)配網(wǎng)的優(yōu)化控制，從而提高電能質(zhì)量。

2.智能配網(wǎng)單相接地故障自愈技術(shù)分析

在當(dāng)前智能配網(wǎng)和自動(dòng)化配網(wǎng)發(fā)展中，中性點(diǎn)非有效接地方式成為最普遍的接地方式。當(dāng)這一接地方式發(fā)生故障時(shí)，不需要立即停止對(duì)用戶供電，通過(guò)自愈技術(shù)實(shí)現(xiàn)。在智能配網(wǎng)單向接地故障自愈技術(shù)的應(yīng)用中，會(huì)通過(guò)智能化系統(tǒng)進(jìn)行單相接地系統(tǒng)的自我檢測(cè)，然后根據(jù)檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行單相接地故障區(qū)段識(shí)別，在識(shí)別基礎(chǔ)上進(jìn)行故障隔離和故障選線，在不影響正常供電的基礎(chǔ)上進(jìn)行單相接地故障自愈。

2.1故障檢測(cè)

作為智能配網(wǎng)中最常見(jiàn)的單相接地方式——中性點(diǎn)非有效接地。當(dāng)單相接地故障發(fā)生時(shí)，系統(tǒng)會(huì)檢測(cè)到接地相電壓發(fā)生降低，健全相電壓升高，同時(shí)系統(tǒng)還會(huì)檢測(cè)到零序電壓升高。通過(guò)智能配網(wǎng)中單相接地故障自愈技術(shù)系統(tǒng)，可以結(jié)合電壓以及電氣量來(lái)有效判定整個(gè)系統(tǒng)中是否發(fā)生了單相接地故障。目前常用的故障檢測(cè)系統(tǒng)一般在母線上添加電壓互感器開(kāi)口三角側(cè)電壓實(shí)現(xiàn)。當(dāng)智能配網(wǎng)單相接地系統(tǒng)正常的時(shí)候，電壓互感器開(kāi)口三角側(cè)電壓僅僅表現(xiàn)為不平衡電壓；當(dāng)故障發(fā)生時(shí)，電壓發(fā)生變化，一般升高為原來(lái)三倍的相電壓。通過(guò)電壓互感器開(kāi)口三角側(cè)電壓的測(cè)量，能夠判斷系統(tǒng)是否發(fā)生了單相接地故障。

2.2接地選線

一旦智能配網(wǎng)中發(fā)生單相接地故障時(shí)，故障點(diǎn)會(huì)顯示產(chǎn)生故障行波，當(dāng)故障行波傳播到測(cè)量點(diǎn)母線時(shí)，根據(jù)物理原理發(fā)生折射與反射。經(jīng)過(guò)折射和反射的行波一部分經(jīng)過(guò)非故障線路，另一部分會(huì)經(jīng)過(guò)故障線路。這樣能夠保證故障線路和非故障線路均檢測(cè)到初始行波，但是對(duì)于兩者而言檢測(cè)到的故障行波幅值會(huì)有所不同，一般故障線路的初始行波幅值較大，且極性和非故障路線相反，通過(guò)這一原理能夠正確的選擇單相接地線路，能夠很好應(yīng)用于單相故障接地選線中。

2.3故障區(qū)段識(shí)別

要進(jìn)行故障隔離，首先必須要準(zhǔn)確的進(jìn)行故障區(qū)段的識(shí)別。不僅僅行波選線技術(shù)能夠在智能配網(wǎng)單相接地選線中應(yīng)用，而且合理的運(yùn)用行波選線技術(shù)能夠確定故障區(qū)段。在智能配網(wǎng)的變電站和開(kāi)關(guān)站中綜合運(yùn)用行波選線技術(shù)進(jìn)行行波選線，綜合相鄰行波選線技術(shù)的選線結(jié)果進(jìn)行分析，最終能夠確定故障區(qū)段，實(shí)現(xiàn)故障區(qū)段識(shí)別。

2.4故障隔離

當(dāng)發(fā)生單相接地線路故障之后，通過(guò)檢測(cè)以及故障區(qū)段識(shí)別，然后進(jìn)行故障隔離，主要是對(duì)故障線路的電源側(cè)和負(fù)荷側(cè)進(jìn)行隔離。常用的故障隔離方式有兩種，一種是先斷開(kāi)電源側(cè)開(kāi)關(guān)，并斷開(kāi)負(fù)荷側(cè)的開(kāi)關(guān)。另一種故障隔離方式是先斷開(kāi)側(cè)負(fù)荷開(kāi)關(guān)，然后再斷開(kāi)電源側(cè)開(kāi)關(guān)。這兩種故障隔離方式中第一種能夠保證設(shè)備的安全。

在單相接地故障中，發(fā)生故障并不會(huì)造成短路回路，這樣就不會(huì)對(duì)負(fù)荷供電造成影響，因此對(duì)于閉環(huán)的配電系統(tǒng)而言，可先閉合負(fù)荷側(cè)的聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)，然后斷開(kāi)負(fù)荷側(cè)的進(jìn)線開(kāi)關(guān)，實(shí)現(xiàn)接地線路負(fù)荷側(cè)與系統(tǒng)隔離，還能夠保證負(fù)荷不失電，最后再斷開(kāi)電源側(cè)的開(kāi)關(guān)，最終實(shí)現(xiàn)了故障隔離。一般在當(dāng)前智能電網(wǎng)的發(fā)展中，單相接地自愈技術(shù)往往采用此種隔離方案，能夠有效的保障負(fù)荷不失電。

3.智能配網(wǎng)單相接地故障自愈技術(shù)中存在的問(wèn)題

作為配網(wǎng)供電中最常見(jiàn)故障之一，為保證配網(wǎng)供電的正常運(yùn)行，發(fā)現(xiàn)單相接地故障并解決這一問(wèn)題成為人們研究的重點(diǎn)，目前在單相接地故障方面，現(xiàn)場(chǎng)處理方案經(jīng)過(guò)發(fā)展完善之后已經(jīng)具有了故障自愈的雛形，但是在智能配網(wǎng)單相接地故障自愈技術(shù)的發(fā)展中還存在一些問(wèn)題。

3.1選線技術(shù)不成熟

雖然智能配網(wǎng)以及智能配網(wǎng)單相接地故障自愈技術(shù)得到了一定的發(fā)展，但是在單相接地選線技術(shù)方面還相對(duì)不成熟，尤其是在選線技術(shù)理論研究不足，不完善。當(dāng)利用單相接地選線技術(shù)的時(shí)候，一旦現(xiàn)場(chǎng)接地線路選擇不準(zhǔn)，就無(wú)法實(shí)現(xiàn)故障自愈。

3.2接地選線技術(shù)無(wú)選擇性

在智能電網(wǎng)的發(fā)展中，線路經(jīng)常會(huì)經(jīng)過(guò)開(kāi)關(guān)站，當(dāng)配電線路分段運(yùn)行的時(shí)候，需要進(jìn)行接地選線技術(shù)，但是現(xiàn)有接地選線技術(shù)往往沒(méi)有選擇性，在單相接地故障選線技術(shù)中無(wú)法實(shí)現(xiàn)故障自愈。

3.3單相接地故障容易引起設(shè)備故障

一般在單相接地過(guò)程中，會(huì)進(jìn)行人工轉(zhuǎn)移負(fù)荷，單相接地由于存在的時(shí)間較長(zhǎng)，長(zhǎng)時(shí)間的非故障相電壓升高和故障點(diǎn)電弧引起相同短路和設(shè)備損壞，無(wú)論是設(shè)備損壞還是線路短路，均會(huì)直接導(dǎo)致故障自愈失敗。

4.智能配網(wǎng)單相接地故障自愈技術(shù)優(yōu)化方案

本文基于智能配網(wǎng)單行接地故障自愈技術(shù)提出了優(yōu)化方案，優(yōu)化方案圖如圖1所示。

圖1 智能配網(wǎng)單相接地故障自愈技術(shù)優(yōu)化方案系統(tǒng)圖

該系統(tǒng)變電站中一共有兩臺(tái)主變，變電站的下一級(jí)為開(kāi)關(guān)站。當(dāng)該系統(tǒng)正常運(yùn)行的時(shí)候，I段母線和II段母線分列運(yùn)行，-開(kāi)關(guān)站的兩條母線也處于分列運(yùn)行狀態(tài)。線路L113位開(kāi)關(guān)站線路的負(fù)荷進(jìn)行供電，同時(shí)開(kāi)關(guān)站線路負(fù)荷的供電也可以由L123實(shí)現(xiàn)。

為實(shí)現(xiàn)單相接地故障自愈采用了故障自愈裝置。通過(guò)單相接地故障自愈裝置實(shí)現(xiàn)對(duì)變電站以及開(kāi)關(guān)站內(nèi)部的母線電壓、線路電流以及開(kāi)關(guān)動(dòng)作的實(shí)時(shí)監(jiān)控，并且能夠通過(guò)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)判斷配電線路的運(yùn)行狀況，控制開(kāi)關(guān)動(dòng)作。通過(guò)故障自愈裝置，能夠最終實(shí)現(xiàn)接地線路判定以及接地線路隔離等單相接地故障自愈相關(guān)操作，最終實(shí)現(xiàn)接地故障自愈。

結(jié)論

隨著配網(wǎng)智能化、自動(dòng)化的發(fā)展，新的問(wèn)題被提出。智能配網(wǎng)單相接地故障自愈技術(shù)作為保證智能配網(wǎng)可靠性的基礎(chǔ)，加強(qiáng)自愈技術(shù)的研究對(duì)其發(fā)展具有重要的實(shí)踐意義。

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