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基于配电自动化的接地故障判别 |
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| 基于配电自动化的接地故障判别 |
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作者：佚名 文章来源：不详 点击数： 更新时间：2008-9-24 9:19:30  |
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1 山东省德州供电公司 2 国电自动化研究院 于本洲1 吴福保2
摘 要：该文针对我国10 kV配电线路单相接地的现状，介绍了采用基于配电自动化技术的配电网接地故障检测方案。该方案不但可以提高配电线路接地故障选线的精度，同时还使自动寻找接地故障点，隔离接地区域成为可能。
关键词：配网自动化；单相接地；接地选线
中图分类号：TM76 文献标志码：A 文章编号:1003-0867(2006)02-0015-02
目前我国的配电网主要的接地模式为中性点不接地方式，少部分大中城市采用经消弧线圈接地或小电阻接地方式。配电线路运行故障统计表明，电网接地故障约占配电线路总故障率的80%左右。在系统采用中性点不接地或经消弧线圈接地方式下，系统发生单相接地故障，允许带故障运行2小时，以便运行人员寻找故障线路和故障点。但在实际中不仅影响了用户的正常供电，而且可能产生过电压，烧坏设备，甚至引起相间短路而扩大事故；在小电阻接地方式下，接地故障会导致线路的立刻停电。因此快速的寻找接地故障点，隔离故障区域，对提高供电的可靠性，确保电网的安全运行有重大的意义。但目前安装于变电站内的接地选线装置在不同接地模式下，特别是小电流接地或消弧线圈接地方式下，选线精度不高，许多供电公司仍然采用传统的人工试拉线路选择、巡线登杆摇测等处理办法来查找故障点。
随着配网自动化技术的推广，利用分布安装于10 kV馈线线路各节点上的FTU，对线路电压、电流等进行实时采集，并通过光纤、无线、载波等通讯方法将检测的各种接地特征电气量上送到配电自动化子站或主站。在子站/主站上，全盘考虑，综合应用整个配电线路各节点的特征量，通过模糊技术、人工智能技术、小波技术等方法，寻找故障点，并通过通讯方法控制开关，隔离故障区域，从而大大提高了配电线路接地故障特别是小电流接地故障的检测精确性。
1 基于配电自动化的接地故障检测方案
由于配电自动化“三遥”改造的需要，在10 kV馈线线路上按照负荷分配的要求，分段安装配电终端FTU并进行实时通讯。通过这些FTU检测线路故障下的信息特征量，来进行接地故障的判别。如图1所示的配电线路，在各节点安装FTU，并构成图2所示的配电自动化系统。
配电线路的FTU具备如下与接地故障检测相关的特性：
·FTU可快速采集三相电流、三相电压，并从中分解出各种相关的特征量；
·FTU可同时监测故障电流及正常负荷电流，并具有较高的精度，一般可达到0.2%～0.5%；
·FTU在检测到故障或测量值变化的情况下，能够主动地向子站/主站传送变化量。
·配电主站/子站可通过对时命令，使分散于各处的FTU的时间保持一致。
·配电主站/子站通过通讯可以获得任意点FTU的信息，并综合比较，通过分析FTU处的接地特征量，确定出故障线路及故障区段。
对于大电流接地系统，其故障接地点的判断较为容易，可以把故障电流作为检测接地的特征量。如图1中的FTU2、FTU3之间发生接地故障，则FTU1、FTU2均可检测到较大的接地电流，而FTU3未检测到此电流。这些信息上送到子站后，可较为方便地判断出接地故障点在FTU2、FTU3之间，并能够指出某相发生接地故障。主/子站下发命令，使FTU2、FTU3控制的开关跳闸，隔离故障区域，使接地故障不影响非故障区域的供电。
对小电流接地系统，系统发生单相接地后，零序电压升高。但对于配电线路，特别是架空线路，零序电流通常较小，为了提高故障判断的准确性，需要从中提取其他的辅助特征量。
2 FTU检测的接地故障特征量
在配电自动化系统中，接地选线/点，一般采用FTU采集的信息，主/子站判断故障接地区段。FTU采集信息的多少及准确性关系到系统判别的准确性。在FTU中可以采集到下述的各种特征量，并可以提供稳态情况下及瞬态情况下的信息。
2.1 装置采集量
FTU通过输入的三相电压、三相电流，采用DFT计算可分解出如下的矢量： Ua(1…13）、Ub（1…13) 、Uc(1…13) 、Ia(1…13)、Ib(1…13) 、Ic(1…13) 。（1…13）表示1到13次谐波分量。
2.2 零序电压特征量
该特征是基于线路在小电流接地情况下，系统零序电压上升的特点而提出。
U0 = Ua(1) + Ub(1) + Uc(1)
在线路故障下，线路上相关的FTU均检测到零序电压超过整定值，此时主/子站可以用此判据启动系统的接地故障判别程序；同时FTU记录超过定值前后一段时间的电压、电流的波形并上传主/子站。
2.3 零序电流特征量
该特征是基于故障支路零序电流大于非故障支路零序电流的特点而提出。
在线路电容电流较大的情况下，如10 kV电缆线路，架空出线支路较多的情况下，此特征具有较高的精度；且在故障点前后所检测到的零序电流有较大的变化，通过此点可检测出接地故障点。
2.4 零序功率方向特征量
该特征是基于故障线路零序电流滞后零序电压90°，非故障线路零序电流超前零序电压90°的特点而提出。
Q = |U0|×|I0|×cosa
式中 a——U0、I0的夹角。
若某条线路上FTU检测到的零序无功为正，而其他FTU为负，则表明故障在该线路上。
2.5 五次谐波特征量
该特征是基于线路发生单相接地后故障点处电压突变量、五次谐波电流增大的特点提出。
I0(5) = Ia(5) + Ib(5) + Ic(5)
△I0(5)＞Iset；△U＞Uset
3 主站或子站启动判断故障
在配电自动化系统中的各FTU检测到的信息通过通讯上报后，由主站或子站全盘考虑整个配电自动化系统的故障信息，决定是否发生故障及接地区域。其启动量主要有：
·变电站3U0突变；
·配电网单点接地状态突变；
·配电网多点接地状态突变。
主站判断系统故障区域的算法可根据实际的通讯方法及电网接地方式、结构来编制不同的接地算法。这些算法主要有：
·小波变换；
·模糊算法；
·人工智能算法。
4 结论
利用目前配电自动化系统中数量众多的分布安装的FTU及快速的通讯，通过主站系统的全局综合分析判断系统接地情况，使得精确解决小电流接地问题已成为可能。相比传统的接地选线方法，基于配电自动化的接地区域检测具有的较高性能，在技术上能够很好地解决困扰配电网运行的小电流接地问题。
参考文献：
[1] 颜庆津. 数值分析[M]. 北京:航空航天大学出版社,1996.
[2] 唐轶, 陈奎. 小电流接地系统单相接地电流安全测量方法[J]. 电力系统自动化,2000,24(18).
[3] 陈炯聪, 齐郑. 基于模糊理论的小电流单相接地选线装置[J]. 电力系统自动化,2004,28(8).
[4] 贾清泉, 杨以涵. 应用证据理论实现配电网单相接地故障选线保护[J]. 电力系统自动化,2003,(27)21.
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