配電網接地短路故障定位技術綜述

摘 要：在智能電網中，配電自動化對于提高供電可靠性，增供擴能，實現電網的高效經濟運行有深遠意義。為解決電網兩相接地短路故障處理問題，對配電網兩相接地短路的情況下故障定位與供電恢復進行了現象分析論述。

關鍵詞：配電自動化；接地短路；故障定位；

中圖分類號： TD611+.2 文獻標識碼：A

1 配電網兩相接地短路故障區域定位

1.1 故障現象

若一個中性點非有效接地的開環運行配電網發生了兩相接地短路，其故障現象如下。

變電站10KV母線的零序電壓超過閾值。

對于發生接地的兩相，在其接地點上游的開關經歷對應相的故障。

在發生接地的兩相，其接地點上游至少有一臺斷路器跳閘遮斷故障電流。

圖1（a）至（d）給出了幾種典型的兩相接地短路情況下的故障現象，其中：假設按照建議了一種繼電保護與配電自動化配合的配電網故障處理策略的方法配置了繼電保護方案，各級保護的整定時間在圖中圓括號內標出；故障現象在尖括號內標出。

對于圖1（a）的情形，因斷路器S1和 S2的保護整定時間相同，因此兩相接地短路發生后，S1和S2同時跳閘遮斷故電流。

對于圖1（b）的情形，因斷路器J的保護整定時間比S1和S2短，因此兩相接地短路發生后，J跳閘遮斷故障電流，而S1和S2維持原狀態。

對于圖1（c）的情形，因斷路器E的保護整定時間比S1短，因此兩相接地短路發生后，E跳閘遮斷故障電流，而S1維持原狀態。

對于圖1（d）的情形，兩相接地短路發生后，S1跳閘遮斷故障電流。

1.2故障區域定位判據

（1）啟動條件：對于一個中性點有效接地的開環運行配電網，若觀測到1.1節中的3個現象，則可判定發生了兩相接地短路故障，應啟動兩相接地短路故障區域定位程序。

（2）兩相接地短路故障區域定位判據：若一個中性點非有效接地的開環運行配電網發生了χ，y（x，y□{a，b，c}）兩相接地短路故障，則χ相接地發生在以最末一個監測到χ相過流的開關為端點的下游區域y相接地發生在以最末一個監測到y相過流的開關為端點的下游區域。

例如，對于圖1（a）的情形，根據開關S1和A經歷了a相過流而其他節點未經歷a相過流，可以判定a相接地發生在以開關A為端點的下游區域，即由開關A，B，C圍成的區域，類似地，根據開關S2，G，K經歷了b相過流而其他開關未經歷b相過流，可判定b相接地發生在以開關K為端點的下游區域，即由開關K和M圍成的區域。

1.3故障信息采集需求

（1）地調自動化系統需向配電自動化系統傳送10KV母線零序電壓超閾值信息、出線斷路器的分相過流信息、保護動作及斷路器狀態信息。

（2）饋線上的饋線終端單元（FTU）、開閉所終端設備（DTU）和故障指示器需向配電自動化系統傳送所監測處的分相過電流信息及所監測開關的狀態信息。

目前，已建成的配電自動化系統在監測處（終端、故障指示器等）的一次電流互感器和二次電流互感器沒有三相都配置，一般只配置了兩相；而且終端的過流信息沒有分相上報，而是合成一個過流信息上送。這些問題都會影響兩相接地短路故障定位，需要加以完善。

2配電網兩相接地短路故障處理

2.1兩相接地短路故障隔離

在發生了兩相接地短路故障后，雖然有斷路器跳閘遮斷了故障電流，但是一般沒有將接地故障隔離在最小范圍，需要由配電自動化主站根據兩相接地短路故障定位結果采用遙控方式進行故障隔離。

為了隔離一個接地故障區域，只需將作為該區域端點的所有開關分斷即可，對于圖1（a）的情形，要隔離a相接地區域只需分斷開關A，B，C即可。

根據相關規程，對于中性點非有效接地的配電網，允許其在單相接地狀態運行一段時間，但是在此期間，另外兩相對地電壓升高威脅其絕緣。

因此，在允許單相接地運行時，2處接地區域只需要隔離一個即可，究竟隔離哪一個，則需要選取供電恢復后負荷能夠得到最大限度恢復方案。

對于由于單相接地狀態運行過程中因另一相發生對地絕緣擊穿而導致的兩相接地短路故障的情形，則不宜再允許單相接地運行，而需要將2處接地區域全部隔離。

2.2兩相接地短路故障的供電恢復策略

兩相接地短路故障的供電恢復原則是使受影響的負荷能夠最大限度地恢復供電。

2.2.1不允許單相接地運行的情形

對于不允許單相接地運行的情形，為獲取供電恢復策略及開關操作順序可執行下列步驟。

步驟1：獲取當前各個開關所處的狀態人數組W1和W2中， 表示開關j處于分閘狀態，表示開關j處于合閘狀態。

步驟2：將隔離2處接地區域所對應的開關在W1和W2中對應的狀態設置為分閘，并將相應的待分閘開關放入開關操作隊列SW中。

步驟3：若有能夠由原來電源恢復供電的處于失電狀態的健全區域，則將對應的開關在W1和W2中的狀態設置為合閘，并將相應的待合閘開關按照合閘后恢復負荷量由大到小的順序放入開關操作隊列SW中。

步驟4：若不能由原電源恢復供電的受影響區域與其他饋線間存在聯絡開關，則將這些聯絡開關在W2中對應的狀態設置為合閘；否則進行步驟8。

步驟5：若目前的運行方式存在閉環，則在環路上選擇分閘后不會造成孤島的開關，將其在W2中對應的狀態設置為分閘，直至不存在閉環為止。

步驟6：根據一種基于改進禁忌搜索算法的以甩負荷最小為目標的網絡重構算法，并給出了一種開關操作順序生成方法。在與兩相接地短路故障饋線不能由原電源恢復供電的受影響區域相連的配電子網絡中，進行以甩負荷最小為目標的網絡重構，并根據結果修改W2中對應開關狀態。

步驟7：根據W1和W2中開關狀態的差異，采用一種基于改進禁忌搜索算法的以甩負荷最小為目標的網絡重構算法，并給出了一種開關操作順序生成方法，生成從當前運行方式過渡到目標方式的開關操作順序，將排列好的待操作開關按順序放入開關操作隊列SW中。

步驟8：輸出開關操作隊列Sw并退出。

2.2.2允許單相接地運行的情形

對于允許單相接地運行情形，為獲取供電恢復策略可執行下列步驟。

步驟1：獲取當前各個開關所處的狀態存入數組W1和W2中。如果只存在一個單相接地區域（即兩處接地發生在同一個區域中），則處理方法與步驟1完全相同；否則進行下一步。

步驟2：任選一處接地區域，將隔離該接地區域所對應的開關在W1和W2中對應的狀態設置為分閘，并將相應的待分閘開關放入開關操作隊列S W1中。

步驟3：執行2.2.1節中的步驟3—步驟7，得出一種供電恢復方案及開關操作順序，將排列好的待操作開關按順序放入開關操作隊列SW1中，其需要甩去負荷為L1，電源點的最大載流量為I1。

步驟4：選也另一處接地區域，將隔離接地區域所對應的開關在W1和W2中對應的狀態設置為分閘，并將相應的待分閘開關放入開關操作隊列S W2中。

步驟5：執行2.2.1節中步驟3—步驟7，得出另一種供電恢復方案及開關操作順序，將排列好的待操作開關按順序放入開關操作隊列S W2中，其需要甩去的負荷為L2，電源點的最大載流量為I2。

步驟6：若L1≠L2，則將甩去負荷少的方案作為最優供電恢復策略，并選擇相應的開關操作隊列；若L1= L2，則比較I1和I2，將電源點最大載流量小的方案作為最優供電恢復策略，并選擇相應的開關操作隊列。

步驟7：輸出開關操作隊列S w并退出。

3 案例分析總結

在以上的配電網兩相接地短路故障區域定位和故障處理的分析論述下，經進行案例分析之后，總結出幾點：

（1）在中性點非有效接地的配電網中發生兩相接地短路故障的現象并不罕見，其表現為變電站10KV母線的零序電壓超過閾值、各接地相在接地點上游的開關經歷相應相過電流、接地點上游至少有一臺斷路器跳閘遮斷故障電流。

（2）中性點非有效接地的開環運行配電網x，y（x，y□{a，b，c}）兩相接地短路故障定位判據為：x相接地發生在以最末一個監測到x相過流的開關為端點的下游區域；y相接地發生在以最末一個監測到y相過流的開關為端點的下游區域。

結語

配電網故障處理是配電自動化的核心內容，它包括：故障定位、故障隔離和健全區域恢復供電。經案例分析結果表明所提出的方法可以準確定位和隔離接地故障區域，可以使受影響的負荷最大限度地恢復供電。

參考文獻

[1] 顧秀芳.10kV配電網中性點不接地短路電流的分析 [J].繼電器，2008.

[2] 劉健， 張小慶， 張志華，趙樹仁.配電網兩相接地短路故障定位與供電恢復[J].電力系統自動化，2012.