小電流接地選線系統(tǒng)技術(shù)分析

曹艷 CAO Yan；李洪 LI Hong

（國網(wǎng)湖北省電力有限公司黃石供電公司，黃石 435000）

0 引言

近年來，隨著社會發(fā)展日新月異，人民生活水平日益提高，對電力的需求也不斷提升，如何保證安全、持續(xù)、穩(wěn)定的電能供給成為當(dāng)前電網(wǎng)，尤其是配網(wǎng)的一大難點?，F(xiàn)今，針對小電流接線系統(tǒng)單相接地故障選線問題，國內(nèi)外進(jìn)行了多樣化的研究分析，并提出了具有一定運(yùn)用效果的選線方法，目前主流的選線方法主要分為：拉路查找法[1]、合環(huán)查接地法、利用暫態(tài)信號選線分析法[2]、利用注入信號分析法[3]、智能算法[4]等。目前黃石配網(wǎng)采用選線方法多為拉路查找法，通過調(diào)度員對接地母線上的所有出線進(jìn)行逐條拉停并觀察接地故障是否消失，從而確認(rèn)接地線路[5]。這種方法執(zhí)行簡單，不需加裝選線裝置或改造變電站設(shè)備，適用于所有接地情況，但是操作步驟多，效率低下，影響范圍廣，會造成正常運(yùn)行線路的短時停電，引起停電投訴，并且頻繁的拉合出線開關(guān)會造成母線電壓波動，影響專線用戶電能質(zhì)量，嚴(yán)重的還會產(chǎn)生操作過電壓和諧振過電壓，破壞電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。找到故障線路后暫時送電進(jìn)行帶電查找故障點，在進(jìn)一步查找接地故障區(qū)段的過程又需要逐段線路停電，所以帶接地故障運(yùn)行并沒有提高供電可靠性，相反還造成接線線路重復(fù)停電，降低了用戶的用電體驗，并增加頻繁停電投訴風(fēng)險。因此為了減少用戶停電次數(shù)，提升供電服務(wù)質(zhì)量，對小電流選線裝置和零序CT 問題進(jìn)行梳理整改，讓其真正發(fā)揮實效作用具有較為重大的實際意義。

1 黃石電網(wǎng)接地情況

2020 年黃石配網(wǎng)（含大冶、陽新）共發(fā)生接地故障177次（城區(qū)、高新區(qū)11 次，大冶108 次，陽新58 次），拉路查找接地造成的短時停電次數(shù)更是數(shù)倍以上。其中8 月份發(fā)生的接地故障最高達(dá)到34 次，平均每天處理1.1 次接地故障，通過傳統(tǒng)的“拉路法”每次選出接地線路平均耗時24 分鐘，選線準(zhǔn)確率差效率低下。全網(wǎng)接地次數(shù)如圖1所示。

圖1 黃石電網(wǎng)2020 年接地次數(shù)統(tǒng)計

按接地故障類型統(tǒng)計，電纜故障占38.5%，接地后跳閘占14.4%，架空線路故障占2.9%，配電開關(guān)故障占11.5%，用戶故障占7.7%，自然恢復(fù)占10.6%，其他情況占11.5%。電纜故障主要有：中間接頭故障、外破、泡水等問題造成。若發(fā)生電纜故障，故障點的快速準(zhǔn)確定位及處置一直是焦點問題，此類故障處置時間較長，一般需要4-8 小時。接地故障類型占比如圖2 所示。

圖2 黃石電網(wǎng)2020 年接地次數(shù)統(tǒng)計接地故障類型占比

因此在新型的供電服務(wù)壓力下，當(dāng)配網(wǎng)運(yùn)行方式比較復(fù)雜時發(fā)生接地故障，使用拉路法所耗費的時間就會遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過接地選線平均時間。本文會通過分析與梳理黃石配電網(wǎng)小電流接地選線、零序電流互感器（CT）或測保裝置應(yīng)用情況，根據(jù)黃石地區(qū)各類廠站情況，并結(jié)合當(dāng)前黃石配網(wǎng)實際接地故障發(fā)生情況，對黃石地區(qū)現(xiàn)有的選線方法做簡單描述和比較，并從技術(shù)使用人員角度提出整改建議，減少調(diào)度員在拉路過程中的接地選線時間。

2 黃石電網(wǎng)接地故障選線技術(shù)原理和特點

目前，黃石地區(qū)可采取2 種方法實現(xiàn)接地故障選線，平均選線次數(shù)為1-2 次，平均選線時間為3-5 分鐘。最常用的為小電流接地選線系統(tǒng)（綜合診斷及錄波系統(tǒng)）[6]和基于數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控（SCADA）系統(tǒng)的小電流接地選線方法[7]?；阡洸ǚ椒ǖ男‰娏鞴收线x線需保護(hù)自產(chǎn)零序電流或加裝零序CT，且在綜合自動化系統(tǒng)中加裝整套小電流接地選線裝置，對調(diào)度的需求來說，需要在SCADA 系統(tǒng)中直觀顯示接地線路，有條件的可在SCADA 系統(tǒng)中直觀顯示零序電流值?；赟CADA 系統(tǒng)的小電流接地選線需保護(hù)自產(chǎn)零序電流或加裝零序CT，對調(diào)度的需求來說，需要在SCADA 系統(tǒng)中直觀顯示零序電流值。基于錄波方法的小電流故障選線方法優(yōu)先于基于SCADA 系統(tǒng)的小電流接地選線方法，接地故障選線方法如表1 所示。

2.1 小電流接地選線系統(tǒng)（綜合診斷及錄波系統(tǒng)）

基于錄波方法的小電流故障選線方法[6]本質(zhì)上是通過高頻錄波裝置記錄故障前后的零序電壓、零序電流，然后通過裝置中選線算法對故障前后暫態(tài)、穩(wěn)態(tài)零序電流進(jìn)行分析，從而選出故障線路。電氣接線如圖3 所示。

圖3 變電站型小電流接線選線系統(tǒng)電氣接線示意

變電站型小電流選線裝置適用于變電站內(nèi)，集中安裝于立地式的IPS 控制箱里。電源取自變電站直流屏，零序電流取自零序CT，也可以由線路三相CT 計算得出，由選線裝置將選線結(jié)果上傳主站，一般拉路1 次可以得出結(jié)果。綜合診斷選線優(yōu)點主要有三點：①通過消弧線圈投入前的電流特征進(jìn)行選線，排除了消弧線圈補(bǔ)償?shù)母蓴_，選線可靠性較高；②提取高頻分量進(jìn)行分析，適用于金屬性接地、高電阻接地以及部分諧振接地的場合，適用范圍廣；③選線算法全面，可以根據(jù)變電站線路條數(shù)以及線路長度、型號進(jìn)行調(diào)整。

綜上所述，小電流選線系統(tǒng)主要組件分為兩主體和三接線構(gòu)成。兩主體為小電流選線裝置和零序CT，三接線為：①PT 和零序CT 到小電流選線裝置連線；②小電流選線裝置連線到電源屏連線；③小電流選線裝置到遠(yuǎn)動機(jī)連線。

2.2 基于SCADA 系統(tǒng)的小電流選線方法

基于SCADA 系統(tǒng)的小電流選線方法[7]不需要對現(xiàn)有配網(wǎng)中性點接線方式進(jìn)行改造，不需要在變電站端加裝新的裝置，需保護(hù)自產(chǎn)零序電流或加裝零序CT，將各條饋線的零序電流接入SCADA 系統(tǒng)，并上傳主站用一個簡單的判斷方法進(jìn)行選線，準(zhǔn)確率高，實用、易用。該選線方法通過較小的技術(shù)改進(jìn)解決了電網(wǎng)運(yùn)行中的大問題，開拓了小電流接地系統(tǒng)選線的新思路并成功實踐，有效提升了選線的準(zhǔn)確率和效率。

基于SCADA 系統(tǒng)的小電流選線方法主要分為兩種。一是不接地系統(tǒng)選線方法，利用故障線路零序電流等于所有非故障線路零序電流之和。因此，故障線路零序電流最大。通過比較各條線路零序電流大小，最大零序電流線路即為故障線路，一般拉路1 次可以得出結(jié)果。二是經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)選線方法，任意斷開一條線路，此時其他非故障線路零序電流基本保持不變，而故障線路零序電流將隨著斷開線路零序電流的消失而發(fā)生變化，并且斷開線路的零序電流越大，故障線路零序電流的變化量越大，最多拉路2 次可以得出結(jié)果。

3 設(shè)備現(xiàn)狀分析與整改措施

3.1 設(shè)備現(xiàn)狀

本部分?jǐn)?shù)據(jù)臺賬來源于設(shè)備資產(chǎn)精益管理系統(tǒng)（PMS系統(tǒng)）。黃石各類選線條件與廠站類別統(tǒng)計表如表2 所示，其中條件一和條件二是必備條件，條件三和條件四最少需滿足一項，才可以滿足選線條件。本文將相關(guān)廠站分成6類情況開展分析：A+類廠站可以在SCADA 系統(tǒng)中直觀顯示接地線路和零序電流值，選線操作最為便捷，改造方向為保護(hù)人員需對此類廠站接地信號進(jìn)行核查校驗。A-類廠站可以在SCADA 系統(tǒng)中直觀直觀顯示接地線路，選線操作較為便捷，改造方向為加用零序CT 且保護(hù)人員需對此類廠站接地信號進(jìn)行核查校驗。B 類和C 類廠站可以在SCADA 系統(tǒng)中直觀顯示零序電流值，需要調(diào)度員對相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析研判，改造方向為自動化人員需在SCADA系統(tǒng)中做相應(yīng)算法和界面、加用小電流選線裝置并上傳主站。A+類、A-類、B 類、C 類滿足調(diào)度員選線需求，但需根據(jù)設(shè)備實際情況進(jìn)行核查校驗整改。D、E 類均不滿足，需要進(jìn)一步改造，改造難度由易到難遞進(jìn)。

表2 黃石地區(qū)各類廠站分布情況統(tǒng)計表

按地域劃分，黃石地區(qū)所轄共計83 座廠站（黃石31座、大冶27 座、陽新25 座）。A 類（含A+類和A-類）廠站32 座，占比38.55%，B 類廠站7 座，占比8.43%，C 類廠站20 座，占比24.1%，D 類廠站8 座，占比9.64%，E 類廠站16座，占比19.28%。黃石城高新區(qū)、大冶、陽新A 類（含A+類和A-類）廠站分別對應(yīng)本地區(qū)比例，占比分別為35.48%、48.15%、32%，大冶A 類廠站情況較好。黃石城高新區(qū)B類廠站有6 座、陽新1 座，大冶無此類廠站，B 類廠站完成相關(guān)改造后可以進(jìn)化成A 類。C、D、E 類廠站需要進(jìn)行整改完善相關(guān)硬件設(shè)備。相關(guān)廠站情況具體如表2所示。

黃石城高新區(qū)A 類廠站11 座，分別是：延安路、明泉、圣水泉、陳家灣、楓葉山、游家、貓嘰港、橋洞、大王、新下陸、七約山。大冶A 類廠站13 座，分別是：殷祖、湛月、車橋、陳貴、銅山口、余房、前進(jìn)、毛鋪、永勝、仲元、新葉、保安、洋湖。陽新A 類廠站8 座，分別是：白沙、網(wǎng)湖、仙島湖、東源、陽新、?？?、洋港、排市。A 類廠站可以安排先期整改，修校試合格后可以安排上線運(yùn)行。

黃石城高新區(qū)B 類廠站6 座，分別是：南湖、王家坳、團(tuán)城山、涼山、汪仁、長樂山。B 類廠站整改后將接地信號上傳主站，實現(xiàn)在SCADA 系統(tǒng)中直觀顯示接地線路，需繼電保護(hù)人員和自動化人員配合完成。C、D、E 類廠站需納入技改項目，完善相關(guān)硬件設(shè)備實現(xiàn)零序電流和選線信號的采集上傳。相關(guān)廠站情況具體如表3 所示。

3.2 整改措施

為了更好、更快、更準(zhǔn)確地排查出接地故障，保障供電系統(tǒng)的穩(wěn)定和安全，提高電力系統(tǒng)的可靠性與供電質(zhì)量，在對變電站零序CT 和接地選線裝置整改期間，應(yīng)遵循下面的六大原則進(jìn)行摸排整改。

①先排查、再分類、后整改。對相關(guān)廠站設(shè)備健康水平進(jìn)行評估和診斷，按照評估結(jié)果對配置零序CT 或測保裝置進(jìn)行分級分類，對未配置零序CT 或測保裝置不具備自產(chǎn)零序電流的，在日常停電檢修過程中進(jìn)行技改完善有關(guān)功能。

②按照先黃石，后大冶、陽新的原則。對黃石城高新區(qū)的相關(guān)廠站情況好于大冶、陽新，前期安排黃石城高新區(qū)進(jìn)行變電站零序CT 和接地選線裝置摸排整治，檢查零序CT 和接地選線裝置是否安裝，并排查對已安裝的檢測裝置是否上傳主站信號等，可以提升和積累相關(guān)技改經(jīng)驗。

③優(yōu)先整改配置齊全、等級高的廠站。軟硬件設(shè)備條件好的廠站整改難度相對較小，可以在較短時間內(nèi)提升A、B 類廠站上線率以及選線效果。

④將零序CT 和接地選線裝置整改情況納入電網(wǎng)問題清單進(jìn)行督辦，根據(jù)實際情況確定最終的時間節(jié)點。合理安排人員、材料、停電等條件，倒排廠站整改計劃和整改進(jìn)度表，制定一站一策整改方案，列出缺陷清單進(jìn)行閉環(huán)管理。

⑤對接地選線效果建立“一事一分析”。對于選線結(jié)果不正確的情況，建立缺陷閉環(huán)機(jī)制。發(fā)生的錯誤原因不分析清楚不放過，并制定整改措施。

⑥確保小電流接地選線系統(tǒng)日常運(yùn)維。將零序CT 極性校驗、變比核查等內(nèi)容列入斷路器日常修校試項目中，定期開展小電流接地選線裝置的修校試。滾動修編變電站現(xiàn)場運(yùn)行規(guī)程，將小電流接地選線系統(tǒng)列入日常運(yùn)行維護(hù)項目。

在完善期間，整改的實施步驟應(yīng)按照下列四大步驟進(jìn)行實施。

①完善零序CT、小電流選線裝置或測保裝置（帶零序電流），檢查已安裝裝置信號是否上傳主站。

②采集零序電流（加裝小電流選線裝置和零序CT、保護(hù)裝置自產(chǎn)的零序電流）。

③鋪設(shè)相應(yīng)的二次接線，修改遠(yuǎn)動點表，將零序電流量和接地信號接入遠(yuǎn)動系統(tǒng)。

④零序電流和接地信號在SCADA 系統(tǒng)中展示出來。

4 結(jié)語

作為國家經(jīng)濟(jì)和工業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)，電力系統(tǒng)的安全與穩(wěn)定關(guān)乎國計民生。小電流系統(tǒng)作為我國配電網(wǎng)中主要部分，其故障時接地選線的準(zhǔn)確性直接影響電力系統(tǒng)的可靠性與供電質(zhì)量，但小電流接地系統(tǒng)的故障選線仍是尚未完全解決的技術(shù)難題。文章通過對黃石配電網(wǎng)小電流接地選線應(yīng)用情況與黃石地區(qū)各類廠站情況進(jìn)行梳理與分析，對現(xiàn)有的選線方法做簡單描述和比較，通過對配置零序CT或測保裝置自產(chǎn)零序電流、接地選線裝置從技術(shù)使用人員角度提出建議，促進(jìn)黃石地區(qū)小電流接地選線裝置的完善與發(fā)展。