基于零序電流檢測(cè)的0.4 kV配電網(wǎng)故障研判研究及應(yīng)用

郭晶 唐冬來 喻梅

摘? 要：我國(guó)的0.4 kV配電網(wǎng)缺少監(jiān)測(cè)手段，供電公司僅依靠客戶報(bào)修被動(dòng)發(fā)現(xiàn)故障。該文提出了基于零序電流監(jiān)測(cè)的0.4 kV配電網(wǎng)故障研判設(shè)備及系統(tǒng)，首先，設(shè)備通過基于零序電流檢測(cè)技術(shù)發(fā)現(xiàn)配電網(wǎng)的故障點(diǎn);其次，復(fù)用用采通道將故障信息傳輸?shù)街髡?最后，建立配網(wǎng)健康狀態(tài)評(píng)估模型，預(yù)測(cè)可能會(huì)出現(xiàn)的故障，提醒臺(tái)區(qū)經(jīng)理進(jìn)行故障消缺。項(xiàng)目應(yīng)用后，實(shí)現(xiàn)了配電網(wǎng)狀態(tài)監(jiān)控、預(yù)警、故障研判及決策分析，降低配電網(wǎng)故障搶修時(shí)間，提高供電可靠性。

關(guān)鍵詞：0.4 kV配電網(wǎng);故障研判;態(tài)勢(shì)感知決策;零序電流檢測(cè)

中圖分類號(hào)：TM762? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0 引言

長(zhǎng)期以來，我國(guó)電網(wǎng)公司一直沿用低效的定期檢修制度對(duì)配電網(wǎng)網(wǎng)設(shè)備進(jìn)行檢修和被動(dòng)式的搶修，當(dāng)配電網(wǎng)設(shè)備出現(xiàn)故障后，依靠配電網(wǎng)檢修人員的設(shè)備巡視和用電客戶的報(bào)修電話才知道，不能主動(dòng)發(fā)現(xiàn)配電網(wǎng)設(shè)備發(fā)生的故障和異常預(yù)警。目前，我國(guó)的電網(wǎng)公司對(duì)配電網(wǎng)設(shè)備狀態(tài)缺乏監(jiān)測(cè)手段影響了供電服務(wù)效率和可靠性，因此，亟需研發(fā)0.4 kV配電網(wǎng)設(shè)備故障研判系統(tǒng)，利用智能終端采集配電設(shè)備的電氣狀態(tài)數(shù)據(jù)，建立起0.4 kV配電網(wǎng)設(shè)備大數(shù)據(jù)分析模型，采用零序電流檢測(cè)技術(shù)定位單相接地故障，通過電流監(jiān)測(cè)判斷短路故障等，實(shí)現(xiàn)對(duì)0.4 kV配電網(wǎng)異常故障主動(dòng)實(shí)時(shí)告警和故障診斷;通過0.4 kV配電網(wǎng)健康狀態(tài)評(píng)估，實(shí)現(xiàn)0.4 kV配電網(wǎng)異常狀態(tài)提前預(yù)警，為0.4 kV配電網(wǎng)設(shè)備的狀態(tài)檢修工作提供技術(shù)支持，從而提升電網(wǎng)企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

1 系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)

0.4 kV配電網(wǎng)設(shè)備故障研判系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)包括4部分，具體內(nèi)容如下。

1.1 配電網(wǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)解析算法

由于0.4 kV配網(wǎng)自動(dòng)化設(shè)備設(shè)計(jì)的算法的跨專業(yè)性與集成性，需要對(duì)各類監(jiān)測(cè)算法進(jìn)行深入分析，完成各類監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的高效解析，保證各類監(jiān)測(cè)算法的有效性，避免TTU、智能總保、戶表等配電網(wǎng)各類監(jiān)測(cè)設(shè)備僅完成數(shù)據(jù)采集，而無法進(jìn)行數(shù)據(jù)高級(jí)分析的處理。

1.2 配電網(wǎng)故障定位模型

基于零序電流檢測(cè)的0.4 kV配電網(wǎng)故障定位模型，能夠監(jiān)測(cè)線路運(yùn)行參數(shù)，檢測(cè)各類短路、接地故障，監(jiān)測(cè)裝置分A、B、C三相監(jiān)測(cè)裝置單元，分別監(jiān)測(cè)配電網(wǎng)線路中的A、B、C三相線路。0.4 kV配電網(wǎng)線路故障指示器可以在線路發(fā)生故障時(shí)快速準(zhǔn)確地識(shí)別故障區(qū)域并遠(yuǎn)傳故障信息，大大縮短了故障查找時(shí)間，為快速排除故障、恢復(fù)正常供電提供了有力保障。在正常運(yùn)行時(shí)，通過0.4 kV配電網(wǎng)線路故障指示器可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)0.4 kV配電網(wǎng)的運(yùn)行狀況，可為配電網(wǎng)運(yùn)行方式的優(yōu)化提供支撐。

1.3 多源異構(gòu)的配電網(wǎng)監(jiān)測(cè)終端數(shù)據(jù)采集及傳輸技術(shù)

研究多源異構(gòu)數(shù)據(jù)采集設(shè)備，實(shí)現(xiàn)了配電網(wǎng)多種監(jiān)控設(shè)備之間的數(shù)據(jù)聚合、智能路由和高速傳輸。包括實(shí)現(xiàn)對(duì)不同配電網(wǎng)監(jiān)測(cè)設(shè)備的不同作用模式分析，對(duì)TTU、無功補(bǔ)償裝置等不同的監(jiān)測(cè)終端應(yīng)用的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、功能架構(gòu)進(jìn)行研究和設(shè)計(jì);研究監(jiān)測(cè)類型管理（切換到相應(yīng)的監(jiān)測(cè)方式，應(yīng)用將自動(dòng)切換通信方式）、檢測(cè)基本參數(shù)管理、數(shù)據(jù)管理，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)聚合和智能路由，突破了配電網(wǎng)傳統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)輪詢周期長(zhǎng)、適應(yīng)性差的局限，有效地解決了0.4 kV配電網(wǎng)多種監(jiān)控設(shè)備之間的數(shù)據(jù)聚合、智能路由和高速傳輸?shù)膯栴}。

1.4 配電網(wǎng)設(shè)備健康狀態(tài)評(píng)估模型

針對(duì)0.4 kV配電網(wǎng)設(shè)備的特點(diǎn)，建立基于0.4 kV配電網(wǎng)線路的數(shù)據(jù)模型，將地理信息、設(shè)備位置、設(shè)備臺(tái)賬和健康狀態(tài)檢測(cè)數(shù)據(jù)等進(jìn)行集中呈現(xiàn)，統(tǒng)一調(diào)度;并對(duì)0.4 kV配電網(wǎng)設(shè)備在狀態(tài)、風(fēng)險(xiǎn)和經(jīng)濟(jì)等多個(gè)角度進(jìn)行評(píng)估，做到對(duì)0.4 kV配電網(wǎng)設(shè)備的故障研判及狀態(tài)預(yù)警。

2 基于零序電流的故障定位技術(shù)

采用“零序電流基波幅值法”對(duì)0.4 kV配電網(wǎng)故障進(jìn)行判斷，首先，在0.4 kV配電網(wǎng)中安裝三相的零序電流互感器;其次，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)A、B、C三相的零序電流，當(dāng)出現(xiàn)單相故障接地時(shí)，接地相零序電流增加，通過判斷零序電流增加項(xiàng)即可判斷故障發(fā)生相位。

在我國(guó)的三相供電0.4 kV配電網(wǎng)中，不對(duì)稱的三相向量可分解為正序分量、負(fù)序分量、零序分量。

設(shè)三相相量分量分別為Fa、Fb、Fc，角標(biāo)2、1、0分別代表正序分量、負(fù)序分量、零序分量，即：

Fa= Fa1+ Fa2+ Fa0

Fb= Fb1+ Fb2+ Fb0

Fc= Fc1+ Fc2+ Fc0 （1）

在0.4 kV配電網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，正常情況下，系統(tǒng)中只存在正序分量。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生接地故障時(shí)，則系統(tǒng)保護(hù)3種不對(duì)稱分量，零序分量在發(fā)生接地故障后出現(xiàn)，向量關(guān)系如圖1所示。

例如，當(dāng)配電網(wǎng)在D點(diǎn)發(fā)生單相接地故障時(shí)，接地的相位為A相，則UDa=0;另外，在配電網(wǎng)D點(diǎn)處，三相對(duì)地的電阻不同，配電網(wǎng)的三相電壓、電流也不對(duì)稱，產(chǎn)生了ID0配電網(wǎng)線路的零序電流，如圖2所示。

對(duì)于配電網(wǎng)中的接地點(diǎn)故障，當(dāng)D點(diǎn)發(fā)生故障時(shí)，配電網(wǎng)A相的零序電流分量的計(jì)算如下：

UDa=0;IDb=0;IDc=0? ? ? （2）

據(jù)式（2）所示，配電網(wǎng)D點(diǎn)發(fā)生故障后，電壓的方程式入式（3）所示：

UDa=-ZD0×ID0? （3）

在0.4 kV配電網(wǎng)線路發(fā)生單相接地故障時(shí)，由于故障點(diǎn)前后的零序電流相位相反，通過裝在故障點(diǎn)前后的配電網(wǎng)故障監(jiān)測(cè)裝置，采集故障點(diǎn)前后零序電流的相位關(guān)系，對(duì)照出兩者相反的情況，即可判斷配電網(wǎng)故障發(fā)生的區(qū)間范圍。

當(dāng)0.4 kV配電網(wǎng)線路發(fā)生故障時(shí)，該系統(tǒng)可以及時(shí)確定故障區(qū)段、發(fā)出故障報(bào)警指示（或信息）并上報(bào)主站，大幅縮短了故障區(qū)段查找時(shí)間。

3 應(yīng)用成效

0.4 kV配電網(wǎng)設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)設(shè)備與分析系統(tǒng)在四川某地市公司上線運(yùn)行2年以來，能夠有效發(fā)現(xiàn)0.4 kV配電網(wǎng)存在的單相接地故障、短路等停電等故障，解決了以往0.4 kV配電網(wǎng)單相接地故障點(diǎn)發(fā)現(xiàn)難的問題，為0.4 kV配電網(wǎng)運(yùn)維搶修提供了豐富的問題分析手段，并能及時(shí)通過短信通知配電網(wǎng)運(yùn)維搶修人員處理問題，依托該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了0.4 kV配電網(wǎng)設(shè)備狀態(tài)全景監(jiān)測(cè)，實(shí)現(xiàn)了配電網(wǎng)狀態(tài)監(jiān)控、預(yù)警、故障研判及決策分析，降低0.4 kV配電網(wǎng)故障搶修時(shí)間，提高供電可靠性，支撐配電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)、穩(wěn)定運(yùn)行。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，基于零序電流檢測(cè)的0.4 kV配電網(wǎng)設(shè)備故障研判系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)0.4 kV配電網(wǎng)設(shè)備狀態(tài)的全景監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)對(duì)0.4 kV配電網(wǎng)設(shè)備故障的告警。故障研判及決策分析，精準(zhǔn)定位故障點(diǎn)及故障發(fā)生原因，能通過對(duì)0.4 kV配電網(wǎng)設(shè)備歷史數(shù)據(jù)的變化分析，進(jìn)行配電網(wǎng)健康狀態(tài)評(píng)估，提前消除配電網(wǎng)故障隱患。配電網(wǎng)設(shè)備故障研判系統(tǒng)降低配電網(wǎng)故障發(fā)生率及處理時(shí)間，發(fā)揮在電力物聯(lián)網(wǎng)對(duì)配電網(wǎng)的支撐作用，確保我國(guó)電網(wǎng)公司的配電網(wǎng)可靠、經(jīng)濟(jì)、穩(wěn)定的運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)

[1]趙慶周，李勇，田世明，等.基于智能配電網(wǎng)大數(shù)據(jù)分析的狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障處理方法[J].電網(wǎng)技術(shù)，2016，40（3）：774-780.

[2]袁浩，屈剛，莊衛(wèi)金，等.電網(wǎng)二次設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)內(nèi)容探討[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2014，38（12）：100-106.

[3]張世帥，朱亞軍，唐成虹，等.基于GOOSE通信技術(shù)的微電網(wǎng)故障定位及隔離[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2015，39（12）：179-183.

[4]薛永端，李天友，李偉新，等.小電流接地故障暫態(tài)分析及區(qū)段定位新方法[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2014，14（23） ：101-107.

[5]張曉，李偉，高明慧，等.基于樹模型的電力監(jiān)控系統(tǒng)鏈路信息管理[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2016，40（11）：126-131.

[6]郭偉洪.基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的配電系統(tǒng)故障定位研究[J].電氣技術(shù)，2012（10）：78-80.

[7]王繼業(yè)，季知祥，史夢(mèng)潔，等.智能配用電大數(shù)據(jù)需求分 析與應(yīng)用研究[J]. 中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2015（8）：3-10.