基于斜率距離差異的單相接地故障定位研究

王輝 李秀英

摘?要：課題引用一種基于斜率距離差異的單相接地故障定位方法，從而實現(xiàn)故障定位。在此基礎(chǔ)上，對故障定位工程實現(xiàn)進行介紹，利用110kV馬場地金屬性接地對故障定位法進行了研究，研究表明：該方案能夠準(zhǔn)確、快速地進行故障區(qū)段定位。

關(guān)鍵詞：斜率距離差異;故障定位;單相接地

配電網(wǎng)線路的接地方式通常為小電流系統(tǒng)接地，當(dāng)系統(tǒng)內(nèi)存在單相接地故障時，系統(tǒng)的接地電流相對較小，且非故障相電壓升至線電壓，其單相接地對系統(tǒng)供電質(zhì)量影響較小，因此在沒有特殊規(guī)定運行方式的情況下系統(tǒng)容許帶接地運行1h至2h，為線路工在有限的時間內(nèi)能夠迅速查找故障點并進行帶電處理或者隔離，大大地增加了系統(tǒng)的供電可靠性。而在接地時間過長時，系統(tǒng)容易再次發(fā)生接地現(xiàn)象或者接地點有放弧現(xiàn)象，其易造成線路跳閘，甚至保護越級擴大停電范圍，用戶側(cè)非計劃停產(chǎn)、電壓互感器炸裂、小車開關(guān)柜燒毀，發(fā)電廠機組解列等現(xiàn)象，因此為防止故障擴大化，增加電網(wǎng)供電可靠性，如何快速地查找接地點并切除故障點成為技術(shù)難點。課題將結(jié)合阿拉善電網(wǎng)實際運行情況，并結(jié)合國內(nèi)外先進配電網(wǎng)技術(shù)，研究和分析快速查找接地的方法，以保證人身、設(shè)備、電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行。

1?基于斜率距離差異的故障定位法

系統(tǒng)內(nèi)出現(xiàn)單相接地現(xiàn)象后，系統(tǒng)主站將收集到相關(guān)的故障信息，同時啟動配電網(wǎng)的終端，收集配電網(wǎng)絡(luò)中每個監(jiān)測點的零模電流信息，系統(tǒng)終端將故障發(fā)生的時間、零模電流的波形、幅值以及頻率記錄下來，并將形成比較正確的時間序列數(shù)據(jù)。

1.1?基于斜率距離的零模電流

將終端采集到的零模電流信息利用斜率距離進行分析，以此判斷相鄰兩個檢測點的零模電流波形的相似程度，其表達式如公式（1）所示。

DK（i01，i02）=∑mi=2（ti-ti-1）ditm（1）

式中：DK（i01，i02）—兩個相鄰監(jiān)測處零模電流相似度;m—零模電流的數(shù)據(jù)長度;?i01，i02—相鄰2個監(jiān)測處的零模電流;di—分段直線斜率距離;tm—時間序列終止時刻;ti—第i段分段直線起始時刻;ti1—第i段分段直線起始時刻;

當(dāng)DK（i01，i02）DsetK時，表示兩個相鄰監(jiān)測處零模電流相似度較差;

根據(jù)零模電流相似性分析能夠得出，兩個相鄰監(jiān)測處零模電流相似度較好時，則兩個檢測點均在故障點的同一側(cè)，兩個相鄰監(jiān)測處零模電流相似度較差時，兩個檢測點分別在故障點兩側(cè)，這樣就可以確定接地點在哪一個區(qū)間段。

1.2?定位判據(jù)

系統(tǒng)中出現(xiàn)單相接地現(xiàn)象時，主站通過配電網(wǎng)絡(luò)中配備的饋線終端收集各個零模電流信息，并以零模電流突變量為啟動條件，并通過分析系統(tǒng)的暫態(tài)及工頻有效值，選取接地故障線路，配電網(wǎng)絡(luò)中采集終端將接地點前后工頻周期20ms的波形上傳至系統(tǒng)主站，并構(gòu)成零模電流時間序列。利用斜率距離計算相關(guān)區(qū)段的DK（i01，i02），并通過分析DK（i01，i02）來判斷相鄰兩區(qū)段的零模電流相似度，以此確定接地點所在的區(qū)間。

暫態(tài)零模電流斜率距離差異定位的步驟為：（1）故障指示器匯集單元利用采集到的電流信息，獲取暫態(tài)零模電流;（2）根據(jù)暫態(tài)零模電流計算相鄰兩個時間序列波形的斜率值，并將計算結(jié)果上傳至主站，主站通過根據(jù)斜率距離分析判斷故障線路及接地點所在故障線路的故障區(qū)段。圖1為基于斜率距離的暫態(tài)零模電流接地故障定位流程圖。

2?故障定位工程實現(xiàn)及實際數(shù)據(jù)定位研究

2.1?故障定位工程實現(xiàn)

暫態(tài)錄波型故障指示器是當(dāng)前較為常用的配電終端，主要由采集單元、匯集單元兩部分構(gòu)成其特點在于不僅能夠?qū)崿F(xiàn)遙信的上傳，而且能夠檢測運行線路中有關(guān)電流、電壓等有關(guān)信息。與常規(guī)的配電終端相比，暫態(tài)錄波型故障指示器能夠在系統(tǒng)不同接地方式下進行較為準(zhǔn)確的不同類型單相接地故障定位。在線路三相各側(cè)均配置采集單元，實時采集線路對地電場、三相電流，當(dāng)電流或者對地電場出現(xiàn)異常情況時，觸發(fā)故障錄波，并將故障發(fā)生前后的相關(guān)數(shù)據(jù)匯集處理后，將數(shù)據(jù)上傳至配電自動化主站后對故障實現(xiàn)定位。采集單元的時鐘通過匯集單元的時鐘進行校正，其三相同步誤差一般相對較低，基本上低于100μs，因此能夠進行各相同步數(shù)據(jù)采樣。同時，采樣單元的采集頻率通常選擇高于4kHz的采樣頻率，以獲取小電流接地故障的暫態(tài)電流數(shù)據(jù)，匯集單元利用軟件得到線路有關(guān)的零序電流，圖2為暫態(tài)錄波型故障指示器結(jié)構(gòu)圖。

采集單元同常規(guī)的故障指示器外形相似，易于帶電拆裝，主要構(gòu)件有電源、通信模塊、電流互感器、電場傳感器等。利用電流互感器采集線路三相電流，電場傳感器采集線路對地電場情況，采集單元檢測到電流或者對地電場存在異常情況，觸發(fā)故障錄波后利用通信模塊將數(shù)據(jù)包上傳至匯集單元。

匯集單元主要是將采集單元上傳的數(shù)據(jù)信息經(jīng)處理后送至系統(tǒng)主站，同時實時檢測采集單元的異常情況，實時對其進行時間校正，以提高定位的準(zhǔn)確度，一般由電源模塊、超級電容、控制芯片等組成。匯集單元在線路桿塔上進行安裝，其機箱、外側(cè)構(gòu)件應(yīng)進行防銹蝕措施，并且要求符合戶外運行要求。

2.2?實際數(shù)據(jù)定位研究

110kV馬場地變發(fā)生A相接地，其相電壓分別為Ua=01kV、Ub=10.1kV、Uc=9.8kV，951敕勒Ⅰ回的3個配電終端將故障數(shù)據(jù)上傳至故障錄波裝置中，利用上述數(shù)據(jù)進行了故障定位方法的研究與分析。對波形進行濾波處理后，選取0.2S的故障錄波器波形圖，圖3為951敕勒I回主干23#號桿和主干27#號桿的零模電流故障波形圖。

從圖3中，可以看出951敕勒Ⅰ回主干23#號桿和主干27#號桿的零模電流故障波形存在明顯的差異性，且極性相反。圖3為951敕勒Ⅰ回主干19#號桿和主干23#號桿的零模電流故障波形圖。

從圖4中，可以看出951敕勒Ⅰ回主干23#號桿和主干27#號桿的零模電流故障波形基本相同，且極性一致。根據(jù)第三章中斜率距離的計算公式求取D（19#，23#）、D（23#，27#）結(jié)果分別為D（19#，23#）=0.0012，D（23#，27#）=6.13，通過比較得出：D（19#，23#）Dsetk，得出951敕勒Ⅰ回A相接地點所在主干23#號桿和主干27#號桿之間。經(jīng)巡線人員確定故障原因為主干24號桿三支分所變壓器噴油，匯報故障已隔離，不影響系統(tǒng)運行，進一步驗證了定位的正確性。

3?結(jié)論

本文以單相故障定位為研究對象，引用了一種基于暫態(tài)零模電流斜率距離差異的故障定位方法，提高判斷零序電流的斜率距離差異進行故障快速定位。在此基礎(chǔ)上，對故障定位工程實現(xiàn)與應(yīng)用進行了研究，通過110kV馬場地變A相金屬性接地，驗證了該方案的有效性，提高了系統(tǒng)運行成本，降低作業(yè)人員工作任務(wù)，增加了系統(tǒng)的安全穩(wěn)定性。

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