基于多角度的配網(wǎng)接地選線技術(shù)探索與實踐

國網(wǎng)吐魯番供電公司 何鑫齡 胡陽 崔宏宇 上海海澤鑫電力科技股份有限公司 張玉新

山東山大電力技術(shù)股份有限公司 高峰

1 引言

配電網(wǎng)單相接地尋找故障線路的方法是常見的方法，主要是把饋線逐一進行斷開，在線路接地信號消失的時候，饋線就是故障線路。這種斷線檢查方法還需要逐一停電各路饋線，對供電可靠性有著較大影響，人員操作勞動量大。多角度選線方式，主要是應(yīng)用計算機技術(shù)對配電網(wǎng)運行狀態(tài)進行信息融合，在線檢測其零序電流、諧波、暫態(tài)電流，并且進行綜合地分析，必要的時候增加諧波電流，進而增大檢測信號，提高選線的準確率。本文主要從多角度入手，分析配電接地選線技術(shù)。

2 小電流接地系統(tǒng)配網(wǎng)接地選線原理

目前，新疆電網(wǎng)10～35kV 電力系統(tǒng)主要是小電流接地系統(tǒng)，主變中性點不接地、經(jīng)消弧線圈、經(jīng)中阻接地，目的是提升供電可靠性。小電流接地系統(tǒng)在出現(xiàn)單相接地故障的時候，只有零序電壓、零序電流出現(xiàn)變化，并且零序電流變化不明顯，接地選線率較低。選線原理是嚴格按照零序電流基波、諧波的穩(wěn)態(tài)量、暫態(tài)量進行開展的，因為受到穩(wěn)態(tài)相量法的選線方法受到系統(tǒng)運行影響，所以暫態(tài)法的選線受到接地電阻大小、接地瞬間電壓影響，調(diào)度人員憑借電網(wǎng)運行經(jīng)驗，辨識配網(wǎng)接地設(shè)備，或是在辨識單相接地故障后，采用短暫的安全運行時間裕度，憑借著經(jīng)驗進行逐一試拉線路，排除引起單相接地故障的設(shè)備。但是應(yīng)用這種方法所耗費的時間、精力、人力比較多，降低了試拉成功效率、準確率，延長故障排除的時間，較大的沖擊系統(tǒng)，降低供電系統(tǒng)的可靠性，不滿足當代電網(wǎng)高度自動化的要求[1-3]。

2.1 穩(wěn)態(tài)相量法原理

在小接地電流系統(tǒng)中出現(xiàn)單相接地故障時，穩(wěn)態(tài)基波、諧波零序電流的特點是故障線路零序電流大于非故障線路的零序電流，故障線路零序電流滯后零序電壓90°，非故障線路的零序電流超前零序電壓90°，進而構(gòu)成基于穩(wěn)態(tài)零序電流相量、有功功率的穩(wěn)態(tài)法選線原理。穩(wěn)態(tài)基波零序電流相量選線適用在中性點不接地系統(tǒng)，采用穩(wěn)態(tài)諧波零序電流選線適合中性點經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)，采用穩(wěn)態(tài)有功功率的相量選線適用非經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)。

2.2 暫態(tài)法原理

應(yīng)用故障穩(wěn)態(tài)分量選線方法存在著電氣量輔值小的問題。在小電流接地系統(tǒng)出現(xiàn)單相接地故障的時候，有著一個暫態(tài)的過程。電氣量中有著豐富的高頻分量、直流分量。電流量大，接地電容電流暫態(tài)分量比穩(wěn)態(tài)值大幾倍到幾十倍，容易進行測量。消弧線圈對暫態(tài)量中豐富的高頻信號就相當于開路，中性點不接地系統(tǒng)與經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)暫態(tài)的過程是一樣的，構(gòu)成基于暫態(tài)的選線原理。暫態(tài)特征量在引入暫態(tài)算法種類，對暫態(tài)缺陷的完善，確保選線的正確。

3 多角度配網(wǎng)接地選線技術(shù)應(yīng)用分析

3.1 建立系統(tǒng)完善的主配協(xié)同小電流接地智能選線機制

小電流接地傳統(tǒng)試拉選線流程復(fù)雜，需經(jīng)歷多次低壓出線的分合開關(guān)工作，單純結(jié)合歷史經(jīng)驗，依靠人工經(jīng)驗、傳統(tǒng)試拉的方式，無法高效快速查找故障接地線路，試拉過程導(dǎo)致配網(wǎng)用戶停電次數(shù)增加。

為提高隔離接地線路的效率和準確性，結(jié)合電網(wǎng)實際運行情況，建立系統(tǒng)完善的小電流接地智能選線機制系統(tǒng)，在系統(tǒng)出現(xiàn)單相接地故障時，可以盡快對頻繁和瞬時的接地動作作出判斷，鎖定故障點，給出拉路序列操作順序，通過人工、半自動的控制方式實現(xiàn)迅速判斷接地故障，將接地設(shè)備從系統(tǒng)中切除。

一方面，在主站側(cè)主網(wǎng)系統(tǒng)根據(jù)消弧線圈的不同調(diào)諧度（無補償、欠補償和過補償），采用不同的排序策略（IQ綜合法、零序電流法、綜合Q和零序電流法等），生成合理的拉路序列。同時結(jié)合站端選線裝置上送的接地選線信息以及配網(wǎng)接地感知系統(tǒng)的接地選線告警信息，綜合提供主配協(xié)同的接地選線結(jié)果；另一方面，將拉路序列推送至不同的序列操作控制模式（開環(huán)、半閉環(huán)和閉環(huán)）中，完成有效的實時狀態(tài)監(jiān)視和選線結(jié)果辨識［4-5］。

3.2 可以促進各級單位、部門的協(xié)同配合

基于D5000 主配一體化系統(tǒng)和站端小電流接地選線裝置的規(guī)范化信息上送機制，強化主站與站端一體化自動交互以及主網(wǎng)與配網(wǎng)接地選線信息的深度交互。

完善的主配協(xié)同小電流接地智能選線機制和規(guī)范的試拉操作標準，明確智能決策試拉選線的操作流程節(jié)點，加強小電流接地選線系統(tǒng)與試拉遙控系統(tǒng)的溝通配合，促使各環(huán)節(jié)的順暢銜接和專業(yè)管理水平的全面提升，顯著減輕調(diào)度人員的工作量，提高接地選線的準確性及快速性以及智能選線輔助決策的合理性和可靠性。

4 實現(xiàn)多角度配網(wǎng)接地選線技術(shù)的措施

4.1 接地故障的智能化判斷和類型辨識

按照設(shè)定的監(jiān)控目標、母線實時運行情況，智能化地判斷是否存在著單相接地的故障，及時向調(diào)度員提示“單相接地”信號。接收總召數(shù)據(jù)之后，獲取接地前后的電流、無功、時間差等，辨識是否頻繁和瞬時接地，進而輔助調(diào)度員進一步完成決策分析工作。單相接地故障判斷主要采用監(jiān)測母線三相電壓的穩(wěn)態(tài)值大小進行篩選，滿足三相及線電壓采集正常，且兩相電壓升高至線電壓1.2倍，一相電壓下降至線電壓0.8倍，即可判斷為該母線局部為單相接地故障的源發(fā)點。對單相接地輔助決策來說，如何正確地區(qū)分有效接地故障至關(guān)重要，直接影響后續(xù)決策的可靠性。故在進行輔助決策之前，需要剔除瞬時接地故障，并區(qū)分頻繁接地故障。瞬時接地故障和頻繁接地故障均采用時間量進行并行判斷，頻繁接地直接影響后續(xù)拉路策略中故障前數(shù)據(jù)是否選取上次接地的故障前數(shù)據(jù)，而瞬時接地則直接影響本次接地監(jiān)控流程的是否可以直接退出。

4.2 多源信息分析以及拉路策略智能生成

充分利用D5000 系統(tǒng)主站側(cè)的相電流、無功功率以及配網(wǎng)零序電流量測采集量，消弧線圈補償度辨識，核實小電流接地系統(tǒng)模型中是否在接地變中性點處存在消弧線圈，若存在，需要判斷消弧線圈的補償度。通過計算脫諧度V 來描述補償程度，如式（1）所示，區(qū)分全補償、過補償和欠補償。在正確辨識補償度后，需要針對是否存在消弧線圈以及補償程度，綜合選取不同的拉路控制策略。

對不存在消弧線圈或者消弧線圈欠補償?shù)那闆r，單一電氣量很難準確定位故障設(shè)備，結(jié)合多種電氣特征量（零序電流I0、故障相電流I 和無功功率Q），選用雙流一功選線法如式（2）所示，計算母線關(guān)聯(lián)出線發(fā)生單相接地的故障概率，提供拉路序列。保障重要用戶負荷的原則，降低故障概率排序。綜合考慮上述三種因素的影響，為分配合適的權(quán)重系數(shù)x、y、z，母線關(guān)聯(lián)線路i 綜合故障概率pi 表示為n 代表母線關(guān)聯(lián)線路數(shù)目，必須保證x+y+z=1，權(quán)重系數(shù)根據(jù)量測準確度和消弧線圈補償度進行人工調(diào)整。

對消弧線圈過補償甚至全補償?shù)那闆r，根據(jù)推送的交互式信息窗（包含補償電流和電容電流信息），依靠實際經(jīng)驗，人工選擇推薦試拉設(shè)備。主要借助零序電流值或無功變化量進行判斷。

4.3 主配選線信息交互協(xié)同

嚴格按照D5000 系統(tǒng)的零序電流等配網(wǎng)信息采集量，獲取上述主網(wǎng)側(cè)小電流接地選線概率及排序信息（概率越大，排序越?。?。此外，考慮配網(wǎng)系統(tǒng)接地告警信息、站端接地選線裝置選線信息，采用加權(quán)平均法，綜合疊加考慮主網(wǎng)、配網(wǎng)、主站端等選線因素，從而多源信息互補、有效提升接地選線命中率，如式（3）所示。為分配合適的權(quán)重系數(shù)a、b、c（其中a+b+c=1），配網(wǎng)設(shè)備綜合故障概率p綜合概率表示為式（3）：

以上綜合故障概率分析，需要考慮主配網(wǎng)間的選線設(shè)備一致性及匹配性，故在此采用低壓側(cè)范圍的局部拓撲分析技術(shù)，同步感應(yīng)380V范圍內(nèi)低壓配電網(wǎng)設(shè)備與主網(wǎng)低壓負荷設(shè)備的關(guān)聯(lián)，維持接地設(shè)備概率綜合評判基準。

5 實際應(yīng)用效果

小電流接地智能選線系統(tǒng)主要是按照所設(shè)定的監(jiān)控目標、母線運行情況，智能排除瞬時接地的故障，區(qū)分頻繁接地情況，迅速定位接地故障信息，向調(diào)度員發(fā)出告警信息。智能辨識系統(tǒng)消弧線圈補償度，按照相電流、無功、配網(wǎng)零序電流采集量，采用雙流一功選線方法，生成拉路順序，消除故障，強化主站和站端一體化自動交互、主配網(wǎng)信息的深度交互。按照配網(wǎng)零序電流的采集量、站端接地選線信息、配網(wǎng)感知接地告警信息，強化綜合評估措施，全面提升接地選線命中效率。

5.1 優(yōu)化小電流接地智能選線系統(tǒng)，提高效率及準確率

開展多角度的配網(wǎng)接地選線技術(shù)研究工作后，在實際應(yīng)用建設(shè)過程中，依托D5000 實時平臺，優(yōu)化小電流接地選線模式后，可以實時監(jiān)視母線電壓變化情況，當兩相電壓升高，一相降低滿足設(shè)定判據(jù)后，彈出告警窗，迅速定位故障點。以往傳統(tǒng)的選線過程經(jīng)常依賴調(diào)度員的歷史工作經(jīng)驗，耗費大量的人力與精力的同時，無法確保選線效率及準確性。完善小電流接地智能選線機制后，可以利用雙流一功選線法（零序電流選線法、IQ 綜合選線法等）快速進行故障選線，提升故障處理的效率，豐富了電網(wǎng)運行管控的手段，綜合考慮配網(wǎng)零序電流采集量、站端接地選線信息以及配網(wǎng)感知接地告警信息等3 方面因素，強化綜合評估方式，提高接地選線第一命中率。

5.2 避免操作煩瑣的人工試拉，通過多角度精準選擇接地線路，迅速消除接地故障

傳統(tǒng)的人工試拉方式主要是靠經(jīng)驗，已經(jīng)無法適應(yīng)當前電網(wǎng)運行的高度復(fù)雜性，不能保障電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行，通過主配協(xié)同小電流接地選線后，調(diào)度員可以根據(jù)多角度接地選線系統(tǒng)判斷結(jié)果，決定線路試拉操作具體方案，提高試拉過程靈活性。

5.3 歷史記錄存儲，完善管理系統(tǒng)

傳統(tǒng)系統(tǒng)選線試拉操作記錄基本通過人工方式記錄，無法保障記錄的全面性。建立小電流接地智能選線系統(tǒng)后，自動存儲接地故障及拉路策略信息，方便調(diào)度人員進行日后的總結(jié)分析與統(tǒng)計工作，也可以在故障消除后，通過分析故障前后的功率突變，防止接地故障恢復(fù)后配電用戶停電未察覺的情況。

6 結(jié)語

電網(wǎng)運行情況的不同，電網(wǎng)參數(shù)會出現(xiàn)變化，單一的接地選線方法有一定局限性。本文基于多角度配網(wǎng)接地選線技術(shù)在D5000 系統(tǒng)上的進行高級應(yīng)用，實現(xiàn)多方面信息整合。本文多角度的接地選線主要是應(yīng)用計算機快速巡檢、儲存、運算、分析判斷，進而實現(xiàn)各選線方式的相互補充，聯(lián)合分析判斷，采用信息融合、數(shù)理統(tǒng)計方法，集合各主要選線方法優(yōu)缺點，全面提高選線準確性和適應(yīng)性。