全系統(tǒng)接地選線技術(shù)實施及應(yīng)用

胡海琴，汪柏勝，黃守華

（安徽黃山供電公司，安徽 黃山 245000）

0 引言

電力系統(tǒng)規(guī)程規(guī)定，小電流接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障后仍然可以繼續(xù)運行1～2 h［1］。但這種單相接地故障將引起正常相電壓升高，過電壓危害絕緣，會導(dǎo)致絕緣擊穿造成故障擴大，因此應(yīng)盡快找出接地故障線路并予以切除［2］。針對消除接地故障線路，目前采用的方法，一是現(xiàn)場裝設(shè)小電流接地系統(tǒng)接地選線裝置；二是值班調(diào)控員通過試?yán)?，逐條試?yán)€路尋找接地線路。多年來，廣大學(xué)者對小電流接地系統(tǒng)接地選線技術(shù)進行了大量的研究，提出了多種方式的接地選線裝置［3］。從實踐運行效果來看，由于供電企業(yè)在裝置配備、運維管理水平等各方面參差不齊，接地選線裝置在電網(wǎng)發(fā)生故障時，往往未能充分發(fā)揮其應(yīng)有的作用。隨著近些年供電服務(wù)的不斷提升，試?yán)€路嚴(yán)重影響供電的可靠性和連續(xù)性，不符合電力的優(yōu)質(zhì)服務(wù)要求［4］，且開關(guān)的頻繁操作對電網(wǎng)造成沖擊，同時增加了調(diào)度、監(jiān)控人員負擔(dān)。這兩種方法存在的局限性：現(xiàn)場選線裝置由設(shè)備管轄單位運維管理，但使用者為調(diào)度部門，管理者不關(guān)心裝置選線準(zhǔn)確性，使用者無法對裝置進行持續(xù)改進，長期過后造成選線裝置不能發(fā)揮效果；需每個變電站均配置接地選線裝置，數(shù)量多，運維任務(wù)重；試?yán)?zhǔn)確率不高，對供電服務(wù)影響大。

1 全系統(tǒng)接地選線技術(shù)原理

單相接地時，非故障線路每相電流的變化只受本線路電容電流變化及負荷電流自然變化的影響，變化相對較小。而故障線路接地相電流的變化除了受負荷電流自然變化的影響外，還疊加了流過接地點的所有線路電容電流，變化數(shù)值大。因此，通過對比所有線路接地相電流在接地前后的變化值，就可確定接地所在線路。該方法廣泛應(yīng)用在現(xiàn)場接地選線裝置中［1］。全系統(tǒng)接地選線技術(shù)基于現(xiàn)場接地選線原理的基礎(chǔ)上，突破原有按變電站判定母線接地線路的模式，將判據(jù)前移至調(diào)度端，拓展為全系統(tǒng)。即利用SCADA系統(tǒng)內(nèi)豐富的負荷電流數(shù)據(jù)，對比每條線路的接地相相電流的變化值來綜合判斷接地線路，同時以圖表形式，形象展示線路試?yán)樞颉?/p>

根據(jù)接地相接地前后所有線路相電流的變化值來進行對比，確定接地所在線路。具體實現(xiàn)方法：

1）取母線零序電壓，即3U0值，如3U0大于30 V時，5 min后啟動計算。

2）取母線三相對地電壓值，電壓降低相為接地相。

3）根據(jù)拓樸關(guān)系，計算接地所在母線上所有線路接地相與另一正常相（U相或W相）的電流在接地前后的變化值。接地前后的時間為5 min的整點數(shù)據(jù)，如 19∶48 接地，接地后一時刻可為 19∶50，前一時刻為19∶45。即△I1=接地相接地后一時刻的電流-接地相接地前一時刻的電流；△I2=正常相（U相或W相）接地后一時刻的電流-接地相接地前一時刻的電流。再取 I1與 I2的差值，即△I=I1－I2。選出△I最大的一條線路，即判定為接地線路。

如表1，黃口243線電流計算：△I1=15-8.5=6.5 A，△I2=6.74-8.21=-1.47 A，△I=6.5-（-1.47）=7.97 A。計算出所有線路的△I，報出△I最大的線路，或按大小順序顯示接地母線所有線路△I值。

表1 以芳村變2016-5-2 3∶58 35 kV母線U相接地為例

2 全系統(tǒng)接地選線技術(shù)方案實施

2.1 建立母線小電流接地監(jiān)視表

建立一張母線小電流接地監(jiān)視表，將所有需要監(jiān)視的母線定義到表中 （定義母線關(guān)聯(lián)的零序電壓測點，定義母線所有關(guān)聯(lián)線路），如圖1所示。每條母線的監(jiān)視記錄設(shè)置以下信息：監(jiān)視的母線ID；對應(yīng)廠站ID；母線零序電壓及母線零序電壓門檻值設(shè)置為30 V；母線關(guān)聯(lián)的線路ID，及線路差流值△I。

圖1 建立母線小電流接地監(jiān)視表

2.2 啟動差流計算的條件

后臺服務(wù)程序周期性 （5 s）檢測母線零序電壓（即母線3U0），當(dāng)母線零序電壓門檻值大于30 V時（也即系統(tǒng)發(fā)出單相接地報警），程序啟動差流計算，從實時庫中獲取接地母線上所有線路在前后5 min的歷史采樣單相電流值進行計算。

2.3 搜索接地線路

根據(jù)給定判據(jù)，后臺服務(wù)程序周期性啟動并獲所有母線零序電壓。當(dāng)母線零序電壓大于設(shè)定的母線零序電壓門檻值時，判定為母線發(fā)生單相接地，并將當(dāng)前時間記錄到母線接地發(fā)生時間。母線發(fā)生單相接地后的第一個整5 min時啟動可疑接地線路判斷邏輯，根據(jù)母線所連線路，獲取所有線路單相電流值前后2個5 min歷史采樣值，根據(jù)接地判據(jù)，將計算所有線路△I寫入對應(yīng)線路上，并通過條圖形式形象展示接地線路的概率。其中△I最大線路即可能為接地線路，將該線路寫入實時庫接地線路ID，并產(chǎn)生告警。當(dāng)線路零序電壓小于設(shè)定門檻值后（即接地消失），將該母線接地發(fā)生時間、接地線路、所有線路△I清零。

2.4 形象展示可疑線路

差值△I最大的判定為最有可能的接地線路，通過告警信號發(fā)出。對于其他線路，也有一定程度發(fā)生接地。在SCADA畫面上以條圖形式將母線小電流接地監(jiān)視表作為列表進行母線接地及接地線路判斷監(jiān)視，如圖2所示，按照條圖高低順序逐條試?yán)檎医拥鼐€路。

圖2 以條圖形式展示線路接地的概率

3 影響因素分析

對基于穩(wěn)態(tài)電流數(shù)據(jù)，分析全系統(tǒng)接地選線技術(shù)準(zhǔn)確性的影響因素有許多，下面作具體分析。

3.1 不完全接地的影響

不完全接地指接地相電壓降低，但不到零，零序電壓（3U0）大于 30 V（也有定為 20 V），小于 100 V。此時接地電容電流比金屬性接地小，會導(dǎo)致接地線路接地相相電流的變化值減小，但對比其他正常線路，仍能得出正確的結(jié)果。

3.2 經(jīng)消弧線圈接地

當(dāng)采用消弧線圈接地時，故障線路零序電流為所有健全線路電容電流與消弧線圈電感電流之和，由于二者反向，其容性無功功率方向?qū)⒂啥叩拇笮￡P(guān)系確定。

非故障線路電容電流大小、方向與中性點不接地系統(tǒng)一樣，但對故障線路來說，接地點增加了一個電感分量的電流，從接地點流回的總電流ID為二者之差。ID將隨消弧線圈的補償度而變，消弧線圈都采用過補償方式，因此故障線路零序電流的大小和方向也隨之改變。

通過調(diào)整消弧線圈補償度，使得接地時ID在20 A左右，將能準(zhǔn)確判別接地線路。

3.3 負荷變化的影響

由于線路所供負荷隨時都在變化，相電流也在變化，但短時間內(nèi)，變化數(shù)值較小，不影響對接地線路的判別，但也存在負荷電流突變的可能，此時就要引入另外一相電流作為判據(jù)。負荷電流突變通常是由于三相動力負荷改變引起的，因此三相電流同時突變，而接地導(dǎo)致的電流突變只有接地相，二者之間有明顯的區(qū)別。

3.4 不穩(wěn)定電弧的影響

單相接地故障中分間歇性接地和金屬性接地故障。金屬性接地故障的一般發(fā)展過程為：間歇性電弧接地→穩(wěn)定電弧接地→金屬性接地，間歇性電弧接地持續(xù)時間在0.2～2 s，穩(wěn)定電弧接地持續(xù)時間在2～10 s，最后故障點被燒熔成金屬性接地。由于此方法采用的是接地前后5 min整定數(shù)據(jù)，因此不穩(wěn)定電弧對判別影響小。

4 方案實施效果

全系統(tǒng)接地選線技術(shù)于2016年底實施完成，對2017年選線結(jié)果進行了統(tǒng)計分析。

2017年有效接地55次，其中準(zhǔn)確選線52次，有3次選線錯誤。全系統(tǒng)接地選線技術(shù)準(zhǔn)確率達94.55%，按每次接地準(zhǔn)確選線減少3條次線路短時停電計算，共減少156條次線路短時停電，大大提高了對用戶的供電可靠性。

全系統(tǒng)接地選線技術(shù)未準(zhǔn)確選線的原因分析：寨西變兩次接地及潛口變一次接地未選出，原因為消弧線圈補償所致。通過調(diào)整消弧線圈補償度及最小補償電流，就可以準(zhǔn)確選線。

5 結(jié)論

全系統(tǒng)接地選線技術(shù)突破原有在變電站判定母線接地線路的模式，將選線判據(jù)布置在調(diào)度端，拓展為全系統(tǒng)。按照“誰使用誰管理”的要求，更利于對選線準(zhǔn)確性進行統(tǒng)計分析和管理。隨著自動化系統(tǒng)不斷升級，可輕易將該技術(shù)應(yīng)用到D5000和配電自動化系統(tǒng)等其他智能系統(tǒng)中。

［1］方柳，劉賢.小電流接地系統(tǒng)接地選線技術(shù)綜述［J］.電氣開關(guān)，2012（2）：1-6.

［2］丁愛佳，鮑炫羽，季玲玲，等.小電流接地系統(tǒng)單相接地故障選線方法研究［J］.浙江電力，2017（5）：8-11.

［3］劉謀海，王媛媛，曾祥君，等.基于暫態(tài)相電流特征分析的故障選線新方法［J］.電力系統(tǒng)及其自動化學(xué)報，2017（1）：30-36.

［4］劉強強，肖艷煒，黃堅，等.接地選線影響因素探究及其應(yīng)對措施［J］.電力安全技術(shù)，2015（3）：9-12.