淺析配電自動(dòng)化的配網(wǎng)單相接地故障定位及其自愈

李四新

陜西省地方電力（集團(tuán)）有限公司扶風(fēng)縣供電分公司 陜西 扶風(fēng) 722200

引言

隨著我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，對于電網(wǎng)穩(wěn)定的要求也越來越高。配網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行關(guān)系著用戶對電網(wǎng)服務(wù)的滿意度，其中的關(guān)鍵在于配網(wǎng)故障的迅速定位以及檢修。配電網(wǎng)絡(luò)覆蓋面積大，各地區(qū)的設(shè)備差異明顯，在城市建設(shè)與發(fā)展的高峰期，用電負(fù)荷處于較高水平，配網(wǎng)故障發(fā)生率也相對較高。但是由于配網(wǎng)設(shè)備復(fù)雜，檢測定位難度較大，單相接地故障的處理也停留在故障選線的層面，具有較為明顯的不足。在配網(wǎng)自動(dòng)化的基礎(chǔ)上，采用單相接地故障定位與自愈技術(shù)，能夠迅速精準(zhǔn)定位故障，及時(shí)改善電網(wǎng)質(zhì)量，提升配網(wǎng)服務(wù)水平。

1 配電自動(dòng)化與單相接地概述

1.1 配電自動(dòng)化定義

配電自動(dòng)化是采用現(xiàn)代電子和通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，整合配電網(wǎng)中的配電網(wǎng)數(shù)據(jù)、線數(shù)據(jù)、電網(wǎng)結(jié)構(gòu)、用戶數(shù)、地圖信息等信息，形成完善的自動(dòng)化系統(tǒng)，能夠?qū)ε潆娋W(wǎng)的線路、設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控、保護(hù)，并且能夠及時(shí)預(yù)警設(shè)備與網(wǎng)絡(luò)故障，保護(hù)相應(yīng)設(shè)備。配電自動(dòng)化主要是對電網(wǎng)中的配電線路元器件的監(jiān)控，包括變壓器、柱上開關(guān)、電纜分支箱、小型開閉站等設(shè)備。從縱向關(guān)系來看，配電自動(dòng)化屬于配電管理的子系統(tǒng)，與變電站自動(dòng)化、電力MIS以及調(diào)度自動(dòng)化的聯(lián)系緊密[1]。配電自動(dòng)化應(yīng)該覆蓋配電網(wǎng)中的所有配電設(shè)備，為了避免調(diào)度自動(dòng)化與配電網(wǎng)自動(dòng)化的重復(fù)投入，可以在已有的調(diào)度自動(dòng)化的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)配電自動(dòng)化體系的建設(shè)。

1.2 配電自動(dòng)化構(gòu)成

配電自動(dòng)化需要對配電網(wǎng)的設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控與協(xié)調(diào)，同時(shí)應(yīng)該具備故障識(shí)別和控制功能，以實(shí)現(xiàn)對配電網(wǎng)中的工況、網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行監(jiān)控與重構(gòu)，為了滿足配電網(wǎng)中用戶的需求，需要強(qiáng)大的多系統(tǒng)接口能力。配電自動(dòng)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)包括主站系統(tǒng)、通信系統(tǒng)與用戶終端，具體如下：主站系統(tǒng)是配電自動(dòng)化的核心，采用以太網(wǎng)雙機(jī)配置，符合國際工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的硬件設(shè)備和接口，通過數(shù)據(jù)庫軟件，滿足數(shù)據(jù)查詢、數(shù)據(jù)儲(chǔ)存等功能；通信系統(tǒng)是將各個(gè)子系統(tǒng)連接起來的環(huán)節(jié)，完善的通信網(wǎng)絡(luò)對于配電網(wǎng)的設(shè)備實(shí)時(shí)監(jiān)測與控制十分重要，配電自動(dòng)化的通信系統(tǒng)主要包括主站與其他系統(tǒng)的通信、主站與配電終端的通信；配電終端是監(jiān)控、檢測電力網(wǎng)絡(luò)和設(shè)備，包括數(shù)據(jù)的采集、終端設(shè)備的控制、故障識(shí)別與隔離、配網(wǎng)優(yōu)化等功能。

2 配電自動(dòng)化單相接地故障定位

相比于輸電網(wǎng)絡(luò)，配電網(wǎng)雖然是閉環(huán)結(jié)構(gòu)卻是開環(huán)運(yùn)行的，因此在配網(wǎng)故障的定位與檢測中，需要由故障區(qū)域的饋線故障點(diǎn)和首端節(jié)點(diǎn)共同決定。當(dāng)配電網(wǎng)發(fā)生故障時(shí)，監(jiān)測終端判斷識(shí)別故障，分析電流連續(xù)頂被打斷的節(jié)點(diǎn)，根據(jù)其節(jié)點(diǎn)定位故障區(qū)域[2]。

2.1 單相接地故障識(shí)別

接地故障通常可分為大電流接地故障和小電流接地故障，小電流接地故障可以采用主動(dòng)和被動(dòng)定位。主動(dòng)定位是主動(dòng)給予系統(tǒng)一個(gè)信號(hào)，通過信號(hào)的反饋信息判斷故障點(diǎn)位置；被動(dòng)式定位是對故障發(fā)生前后的電壓信號(hào)進(jìn)行分析，判斷其改變情況而判斷故障點(diǎn)。主動(dòng)定位方法包括中電阻法、S注入法、交直流綜合投入法；被動(dòng)式定位方法包括阻抗法、行波法、穩(wěn)態(tài)零序無功功率方向法等方法。

配電自動(dòng)化系統(tǒng)中，當(dāng)配網(wǎng)發(fā)生故障時(shí)，其故障點(diǎn)會(huì)發(fā)出相應(yīng)的故障信號(hào)。單相接地故障是常見的故障之一，當(dāng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，其故障信號(hào)傳輸?shù)脚潆娮詣?dòng)化系統(tǒng)中，系統(tǒng)對故障信息進(jìn)行解讀，首先確定故障區(qū)域以及故障類型。如果系統(tǒng)檢測故障區(qū)域的斷路器跳閘，則視為該控制器的線路失電，如果在2s內(nèi)能夠自動(dòng)合閘則為暫時(shí)性故障，如果超時(shí)后依然未能自動(dòng)合閘，則為永久性故障，

2.2 線路故障檢測

在對單相接地故障進(jìn)行初步判斷，且其斷路器未能合上時(shí)，確定為永久性故障后，需要對故障區(qū)域進(jìn)行進(jìn)一步檢測分析。設(shè)定QF1為首端節(jié)點(diǎn)，設(shè)定QS11、QS12、QS13、S11與S12為檢測點(diǎn)，斷路器斷開的情況存在三種情況：①Q(mào)F1合閘，當(dāng)QS11沒有通電，QF11跳閘，則可以確定L11為故障線路，故障線路上的QS11無任何負(fù)荷信號(hào)反饋；②對QF1進(jìn)行合閘處理，發(fā)現(xiàn)QF11合閘，雖然成功通電，但是相關(guān)的電壓發(fā)生了明顯的變化，則發(fā)生故障的線路為L12；L12發(fā)生故障后L11有反饋信號(hào)；③QF1合閘后，發(fā)現(xiàn)同屬一條線路的QS11個(gè)QS1也發(fā)生合閘，成功通電但是電壓正常時(shí)間超過設(shè)定時(shí)間，表明合閘成功，但是QS13在設(shè)定時(shí)間無反饋信號(hào)，而且QF1發(fā)生跳閘，表明線路L13發(fā)生故障。

2.3 單相接地故障選線問題

發(fā)生單相接地故障后，故障線路的相關(guān)參數(shù)都會(huì)發(fā)生較大變化，其暫態(tài)零序電流會(huì)達(dá)到最大幅度，而且其電流極限與非故障線路的電流暫態(tài)分布相反。利用單相接地故障的暫態(tài)零序電流參數(shù)，能夠?qū)收锨闆r進(jìn)行進(jìn)一步的分析。暫態(tài)零序電流擁有諸多頻率分量，當(dāng)頻率處于疊加狀態(tài)時(shí)，會(huì)提升識(shí)別難度，因此可以采用過離散小波變化快速算法識(shí)別故障。通過分解復(fù)雜的頻率信號(hào)，完成對系數(shù)的重構(gòu)，并且將此作為線路故障判斷依據(jù)。當(dāng)某一條線路細(xì)節(jié)分量較小而且與其他線路至相反則該線路為故障線路；所有線路符號(hào)相同且細(xì)節(jié)分量較小，可以判定母線為故障線路。對于小接地系統(tǒng)，暫態(tài)零序電流是正常線路接地電容電流之和，故障點(diǎn)下方的電流值應(yīng)該與接地電容電流相等，零序電流最大的幾個(gè)監(jiān)測點(diǎn)中的大小差值最大的位置為故障發(fā)生點(diǎn)。

2.4 故障精準(zhǔn)定位方法

在判斷故障線路的基礎(chǔ)上，采用行波故障定位法準(zhǔn)確定位故障點(diǎn)。通過將檢測元件置于線路故障段的斷路器處，能夠檢測線路的暫態(tài)電流。通過分析暫態(tài)波從而確定故障點(diǎn)。常用的行波法包括單端測距和雙端測距，該方法的精準(zhǔn)度高，但是故障點(diǎn)的反射波識(shí)別存在困難。雙端測距的方法可靠性較高，應(yīng)用較為普遍。通過斷路器兩端設(shè)置測距裝置，測距裝置發(fā)射暫態(tài)行波信號(hào)，采用過濾的方法提升故障點(diǎn)定位的精確性，通過往返時(shí)間計(jì)算最終距離，定位故障點(diǎn)。

3 配電自動(dòng)化單相接地故障自愈策略

自愈功能是配電自動(dòng)化的核心功能，在發(fā)生單相接地故障后，需要采用有效的方式實(shí)現(xiàn)快速自愈。

3.1 集中式饋線自動(dòng)化

集中式配電自動(dòng)化主要是采用終端設(shè)備的測試電流識(shí)別故障，并且將故障信息傳送給主機(jī)，通過分析檢測故障部分，由主機(jī)控制開關(guān)動(dòng)作實(shí)現(xiàn)隔離，解除故障后恢復(fù)供電。集中式饋線自動(dòng)化中主站和饋線自動(dòng)化處于關(guān)鍵地位，如果存在多個(gè)故障，則會(huì)采用轉(zhuǎn)供的方式確保電網(wǎng)穩(wěn)定。該方法能夠在對故障進(jìn)行全面檢測的情況下，實(shí)現(xiàn)優(yōu)化分析，保障電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行。但是相應(yīng)的隔離處理時(shí)間較長[3]。

3.2 智能分布式饋線自動(dòng)化

智能分布式饋線自動(dòng)化是通過終端之間的通信完成故障定位，并且通過智能終端完成故障隔離與恢復(fù)等操作，智能終端起著關(guān)鍵作用。該方法反應(yīng)迅速，能夠及時(shí)恢復(fù)電網(wǎng)穩(wěn)定，但是受到終端設(shè)備的影響，其投資成本較大，而且不適于復(fù)雜線路的應(yīng)用，一旦動(dòng)作失敗，將會(huì)影響整個(gè)電網(wǎng)的自動(dòng)化水平。

4 結(jié)束語

綜上所述，針對配電自動(dòng)化的單相接地故障，可以采用故障識(shí)別、診斷、定位等方式，精準(zhǔn)定位故障點(diǎn)，同時(shí)選用合適的自愈策略，提升配電自動(dòng)化運(yùn)行效率。通過單向故障定位和自愈的技術(shù)，能夠確保配電自動(dòng)化安全運(yùn)行，促進(jìn)電網(wǎng)事業(yè)的快速發(fā)展。