基于零序電流檢測的0.4 kV配電網故障研判研究及應用

郭晶 唐冬來 喻梅

摘? 要：我國的0.4 kV配電網缺少監測手段，供電公司僅依靠客戶報修被動發現故障。該文提出了基于零序電流監測的0.4 kV配電網故障研判設備及系統，首先，設備通過基于零序電流檢測技術發現配電網的故障點;其次，復用用采通道將故障信息傳輸到主站;最后，建立配網健康狀態評估模型，預測可能會出現的故障，提醒臺區經理進行故障消缺。項目應用后，實現了配電網狀態監控、預警、故障研判及決策分析，降低配電網故障搶修時間，提高供電可靠性。

關鍵詞：0.4 kV配電網;故障研判;態勢感知決策;零序電流檢測

中圖分類號：TM762? ? ? ? ? ? ? 文獻標志碼：A

0 引言

長期以來，我國電網公司一直沿用低效的定期檢修制度對配電網網設備進行檢修和被動式的搶修，當配電網設備出現故障后，依靠配電網檢修人員的設備巡視和用電客戶的報修電話才知道，不能主動發現配電網設備發生的故障和異常預警。目前，我國的電網公司對配電網設備狀態缺乏監測手段影響了供電服務效率和可靠性，因此，亟需研發0.4 kV配電網設備故障研判系統，利用智能終端采集配電設備的電氣狀態數據，建立起0.4 kV配電網設備大數據分析模型，采用零序電流檢測技術定位單相接地故障，通過電流監測判斷短路故障等，實現對0.4 kV配電網異常故障主動實時告警和故障診斷;通過0.4 kV配電網健康狀態評估，實現0.4 kV配電網異常狀態提前預警，為0.4 kV配電網設備的狀態檢修工作提供技術支持，從而提升電網企業的經濟效益。

1 系統關鍵技術

0.4 kV配電網設備故障研判系統的關鍵技術包括4部分，具體內容如下。

1.1 配電網監測數據解析算法

由于0.4 kV配網自動化設備設計的算法的跨專業性與集成性，需要對各類監測算法進行深入分析，完成各類監測數據的高效解析，保證各類監測算法的有效性，避免TTU、智能總保、戶表等配電網各類監測設備僅完成數據采集，而無法進行數據高級分析的處理。

1.2 配電網故障定位模型

基于零序電流檢測的0.4 kV配電網故障定位模型，能夠監測線路運行參數，檢測各類短路、接地故障，監測裝置分A、B、C三相監測裝置單元，分別監測配電網線路中的A、B、C三相線路。0.4 kV配電網線路故障指示器可以在線路發生故障時快速準確地識別故障區域并遠傳故障信息，大大縮短了故障查找時間，為快速排除故障、恢復正常供電提供了有力保障。在正常運行時，通過0.4 kV配電網線路故障指示器可以實時監測0.4 kV配電網的運行狀況，可為配電網運行方式的優化提供支撐。

1.3 多源異構的配電網監測終端數據采集及傳輸技術

研究多源異構數據采集設備，實現了配電網多種監控設備之間的數據聚合、智能路由和高速傳輸。包括實現對不同配電網監測設備的不同作用模式分析，對TTU、無功補償裝置等不同的監測終端應用的數據結構、功能架構進行研究和設計;研究監測類型管理（切換到相應的監測方式，應用將自動切換通信方式）、檢測基本參數管理、數據管理，實現了數據聚合和智能路由，突破了配電網傳統數據傳輸技術輪詢周期長、適應性差的局限，有效地解決了0.4 kV配電網多種監控設備之間的數據聚合、智能路由和高速傳輸的問題。

1.4 配電網設備健康狀態評估模型

針對0.4 kV配電網設備的特點，建立基于0.4 kV配電網線路的數據模型，將地理信息、設備位置、設備臺賬和健康狀態檢測數據等進行集中呈現，統一調度;并對0.4 kV配電網設備在狀態、風險和經濟等多個角度進行評估，做到對0.4 kV配電網設備的故障研判及狀態預警。

2 基于零序電流的故障定位技術

采用“零序電流基波幅值法”對0.4 kV配電網故障進行判斷，首先，在0.4 kV配電網中安裝三相的零序電流互感器;其次，實時監測A、B、C三相的零序電流，當出現單相故障接地時，接地相零序電流增加，通過判斷零序電流增加項即可判斷故障發生相位。

在我國的三相供電0.4 kV配電網中，不對稱的三相向量可分解為正序分量、負序分量、零序分量。

設三相相量分量分別為Fa、Fb、Fc，角標2、1、0分別代表正序分量、負序分量、零序分量，即：

Fa= Fa1+ Fa2+ Fa0

Fb= Fb1+ Fb2+ Fb0

Fc= Fc1+ Fc2+ Fc0 （1）

在0.4 kV配電網運行時，正常情況下，系統中只存在正序分量。當系統發生接地故障時，則系統保護3種不對稱分量，零序分量在發生接地故障后出現，向量關系如圖1所示。

例如，當配電網在D點發生單相接地故障時，接地的相位為A相，則UDa=0;另外，在配電網D點處，三相對地的電阻不同，配電網的三相電壓、電流也不對稱，產生了ID0配電網線路的零序電流，如圖2所示。

對于配電網中的接地點故障，當D點發生故障時，配電網A相的零序電流分量的計算如下：

UDa=0;IDb=0;IDc=0? ? ? （2）

據式（2）所示，配電網D點發生故障后，電壓的方程式入式（3）所示：

UDa=-ZD0×ID0? （3）

在0.4 kV配電網線路發生單相接地故障時，由于故障點前后的零序電流相位相反，通過裝在故障點前后的配電網故障監測裝置，采集故障點前后零序電流的相位關系，對照出兩者相反的情況，即可判斷配電網故障發生的區間范圍。

當0.4 kV配電網線路發生故障時，該系統可以及時確定故障區段、發出故障報警指示（或信息）并上報主站，大幅縮短了故障區段查找時間。

3 應用成效

0.4 kV配電網設備狀態監測設備與分析系統在四川某地市公司上線運行2年以來，能夠有效發現0.4 kV配電網存在的單相接地故障、短路等停電等故障，解決了以往0.4 kV配電網單相接地故障點發現難的問題，為0.4 kV配電網運維搶修提供了豐富的問題分析手段，并能及時通過短信通知配電網運維搶修人員處理問題，依托該系統實現了0.4 kV配電網設備狀態全景監測，實現了配電網狀態監控、預警、故障研判及決策分析，降低0.4 kV配電網故障搶修時間，提高供電可靠性，支撐配電網經濟、穩定運行。

4 結語

綜上所述，基于零序電流檢測的0.4 kV配電網設備故障研判系統實現了對0.4 kV配電網設備狀態的全景監控，實現對0.4 kV配電網設備故障的告警。故障研判及決策分析，精準定位故障點及故障發生原因，能通過對0.4 kV配電網設備歷史數據的變化分析，進行配電網健康狀態評估，提前消除配電網故障隱患。配電網設備故障研判系統降低配電網故障發生率及處理時間，發揮在電力物聯網對配電網的支撐作用，確保我國電網公司的配電網可靠、經濟、穩定的運行。

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