基于配電自動化的配網(wǎng)單相接地故障定位與自愈

夏 爽

（深圳供電局有限公司，廣東 深圳 518000）

0 引 言

配網(wǎng)單相接地故障會對配電自動化系統(tǒng)的應(yīng)用效果產(chǎn)生影響，要結(jié)合系統(tǒng)應(yīng)用過程和標準落實精準的故障定位機制，從而及時解決故障問題，配合自愈處理機制，共同提升供電質(zhì)量。

1 配電自動化的意義

第一，配電自動化技術(shù)的推廣極大程度上提高了供電的可靠性和質(zhì)量，對于電力系統(tǒng)而言，配網(wǎng)系統(tǒng)是關(guān)鍵的電力輸送系統(tǒng)，是進一步實現(xiàn)全過程電力資源調(diào)度管控的基礎(chǔ)。配電自動化發(fā)展能利用更加精準的分析機制和管控平臺，及時檢索問題并解決，為供電可靠性的提升提供保障[1]。

第二，配電自動化處理是提升供電能力的關(guān)鍵，能為配電供電以及調(diào)度工作的智能化發(fā)展予以支持，及時分析用電峰值和谷值，從而輔助整個電力系統(tǒng)更好地實現(xiàn)電能分配以及電能調(diào)度處理，在減少線路能耗的基礎(chǔ)上提高綜合供電管控水平，為滿足用電需求提供保障。

2 配網(wǎng)單相接地故障定位

2.1 單相接地故障特征量

對于配電自動化線路而言，一般是采取分段開關(guān)的處理方式，對應(yīng)的開關(guān)就是配電網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)節(jié)點，并且要在開關(guān)位置安裝電壓互感器（Potential Transformer，PT） 或 者 是 電 流 互 感 器（Current Transformer，CT）監(jiān)控開關(guān)的配電開關(guān)監(jiān)控終端（Feeder Terminal Unit，F(xiàn)TU），以便于能及時匯總和管控本段落的首端電壓和電流數(shù)據(jù)，確保整個配電網(wǎng)能依據(jù)既定功能實現(xiàn)計算分析和數(shù)據(jù)處理，及時實現(xiàn)配電自動化監(jiān)管。而一旦配電網(wǎng)出現(xiàn)單相故障問題，就會出現(xiàn)以下問題。

2.1.1 零序電流無功分量

發(fā)生單相故障問題時，非故障線路中各個線段流經(jīng)的零序電流都是從線段首端到線路的末端，此時顯示為對地電容電流，方向為母線流向方向。而對應(yīng)故障段的零序電流是全系統(tǒng)非故障線路對地電容電流的總和，因此必然會出現(xiàn)流過分段開關(guān)零序電流數(shù)值超標的現(xiàn)象?；诖?，在評估配網(wǎng)單相接地故障時，利用零序電流無功分量對中性點不接地系統(tǒng)的金屬性接地故障就成為了重要的評估標準。

2.1.2 零序電流有功分量

若配網(wǎng)采取的是中性點經(jīng)消弧線圈接地處理系統(tǒng)，一旦中性點經(jīng)消弧線圈串（并）電阻出現(xiàn)接地，就表示單相接地故障，有功分量會從單相故障的故障點集中到前側(cè)流向消弧線圈，并且各個監(jiān)控點都能檢測到零序有功電流的分量。值得一提的是，零序電流自身的有功分量也會受到接地過渡電阻形成的作用，要想提升靈敏度，一般需要在消弧線圈上并聯(lián)電阻，從而增加故障電流的有功分量。

2.1.3 暫態(tài)零序電流特征頻段分量

依據(jù)電網(wǎng)運行標準可知，常規(guī)化的配電線路分布參數(shù)特性可按照如圖1所示的等值電路進行分析，若是忽略電阻，則線路的串聯(lián)諧振頻率按照進行計算，其中L表示線路長度，C表示電容大小。一旦出現(xiàn)接地故障問題，因為暫態(tài)零序電流頻率分量較大，所以會出現(xiàn)分量變化和衰減增速的問題，從而影響整個配電網(wǎng)運行的安全性[2]。

圖1 配電線路等值電路

2.2 單相接地故障定位

相較于輸電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，盡管配網(wǎng)本身是閉環(huán)應(yīng)用模式，但其運行過程卻屬于開環(huán)狀態(tài)。因此，要想對故障予以定位和檢測，就要綜合評估故障區(qū)域的饋線故障點和首端節(jié)點，建立完整的定位分析機制，從而更好地提升故障評估效果。

2.2.1 單相接地故障識別

較為常見的接地故障主要分為大電流接地故障和小電流接地故障兩種。其中，小電流接地故障會利用主動定位和被動定位兩種方式予以判定。主動定位就是主動給予系統(tǒng)相應(yīng)的定位信號，借助信號評估反饋信息的具體內(nèi)容，從而更加順利且及時地實現(xiàn)故障點的位置管理。較為常見的方法主要包括電阻分析法、S注入法以及交直流綜合投入法。被動定位要集中分析和評估故障發(fā)生前后的電壓信號，從而判定故障點。較為常見的是阻抗分析法與穩(wěn)態(tài)零序無功功率方向分析法[3]。

與此同時，針對故障點的故障信號建立健全完整的故障信息管控機制，確定故障區(qū)域后評估故障類型，并且集中檢測區(qū)域內(nèi)是否存在斷路器跳閘的現(xiàn)象，若存在，則判定控制器線路有失電的可能性，若在2 s內(nèi)沒有自動合閘，就視為暫時性故障。一旦故障時間嚴重超出域限數(shù)值，就將其認定為永久性故障。

2.2.2 線路故障檢測

為了保證定位工作順利落實，要結(jié)合實際情況完善線路故障分析機制，并且在評估斷路器質(zhì)量的基礎(chǔ)上確定故障類型，若為永久性故障，就要對故障區(qū)域予以檢測分析。

首先，進行如圖2所示的集中型饋線自動化故障檢測分析。一旦C段出現(xiàn)了故障問題，變電站內(nèi)CB1檢測電流保護機制就會形成跳閘狀態(tài)，并且在CB1跳開前，PVS2、PVS3對應(yīng)FTU檢測故障電流，有效完成饋線自動化邏輯分析，確保線路故障檢測的規(guī)范效果[4]。

圖2 集中型饋線自動化檢測

其次，進行混合型饋線自動化檢測。結(jié)合線路故障區(qū)間完成判定，按照電壓型線路故障區(qū)間判定原理完成初步判斷，確定最大區(qū)間范圍，并對區(qū)間范圍內(nèi)電流型開關(guān)上送故障信號予以分析，若是存在信號，則依據(jù)電流型開關(guān)故障信號完成最終的故障區(qū)間確定處理。

2.2.3 故障定位方法

在初步對配電網(wǎng)應(yīng)用狀態(tài)和可能存在問題進行分析后，就要借助故障精準定位處理機制對故障點予以精準化評估和判定，以便于能更好地維護配電網(wǎng)運行質(zhì)量。目前，較為常見的方式中，單端測距和雙端測距應(yīng)用效果較好，尤其是雙端測距。雙端測距在實際應(yīng)用中，無論是可靠性還是精準度都具有一定的優(yōu)勢。借助斷路器兩端完成測距裝置的設(shè)置和配合處理，并且在發(fā)射暫態(tài)行波信號的同時，借助過濾處理機制能改有更好地完成故障點定位處理，配合往返時間分析確定距離，從而提升故障點評估工作的準確性，保證相應(yīng)的評估結(jié)果能為后續(xù)電網(wǎng)控制處理工作的落實提供保障[5]。

3 配網(wǎng)單相故障自愈技術(shù)

在完成配網(wǎng)單相故障精準定位后，就要匹配自愈處理技術(shù)，充分發(fā)揮技術(shù)應(yīng)用優(yōu)勢，提升故障解決效率，為配網(wǎng)可持續(xù)發(fā)展運行提供支持和保障。定位和自愈過程如圖3所示。

圖3 定位和自愈過程

3.1 接地選線

在配網(wǎng)出現(xiàn)單相接地故障后，就會在故障點位置測試出行波，一旦故障行波傳輸?shù)綔y量點的母線位置，此時依據(jù)物理反射和折射原理就能全面評估。正確選擇單相接地線路，確保單相故障接地選線工作順利開展。與此同時，要結(jié)合小電流選線后獲取的結(jié)果，實時分析相應(yīng)數(shù)據(jù)信息之間的關(guān)聯(lián)度，從而保證配電網(wǎng)自動化系統(tǒng)遙控處理能實現(xiàn)出線開關(guān)的優(yōu)選。啟動接地故障倒計時，保證故障點位于線路上，斷路器CB1就能完成分閘后故障點的切除處理，最大程度上提升自愈處理效果，實現(xiàn)接地報警信號的消失，為程序自動下行提供保障[6]。

3.2 識別區(qū)段

在配電自動化配網(wǎng)分析工作中，要想實現(xiàn)故障線路和設(shè)備的合理性隔離，就要全面評估和分析故障區(qū)段，基礎(chǔ)性的接地選線技術(shù)僅僅是初步判定，無法精準確定線路的故障范圍，此時就要利用相鄰行波選線技術(shù)[7]。

若線路兩端存在電壓不平衡的問題，則證明線路段就是故障段。若線路兩測的電壓處于平衡狀態(tài)，則證明檢測區(qū)段不在測試范圍內(nèi)。

3.3 故障隔離和自愈

在完成故障區(qū)域評估和分析工作后，需借助技術(shù)方案對故障區(qū)域予以精準性隔離處理，避免其影響正常運行電路區(qū)間的運行質(zhì)量，打造更加完整的自愈控制處理機制。目前，較為常見的集中型智能開關(guān)都會設(shè)置FTU，能夠合理地檢測開關(guān)的電壓信息、電流信息以及分合閘狀態(tài)信息等，并及時反饋到相應(yīng)的終端平臺中，保證配電自動化主站有效了解相關(guān)信息內(nèi)容和運行動態(tài)。如圖3所示，CB1和CB2本身都具備三段式電流保護模式，其中S1到Sn表示的是線路1中集中型智能化分段開關(guān)，而對應(yīng)的Sb1到Sb3表示的是智能化分段開關(guān)。若是整個線路中F點出現(xiàn)了單相接地故障，則變電站A就會檢測出母線電壓存在不平衡的問題，且小電流選線裝置還能判定故障點處于線路1上，能夠配合自愈處理模式完成故障自愈[8-10]。

4 結(jié) 論

為了保證電力系統(tǒng)運行穩(wěn)定和電能質(zhì)量，在積極推進配電自動化發(fā)展進程的同時，要完善自動化功能模塊的應(yīng)用結(jié)構(gòu)，打造更加合理的應(yīng)用平臺，維持配網(wǎng)系統(tǒng)的可靠性和安全性，發(fā)揮自愈技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢，及時實現(xiàn)故障定位和自愈，共同優(yōu)化配網(wǎng)自動化處理效能。