故障指示器線路故障區間定位測試系統及測試方案設計

劉 霡，張彥兵

（1.三峽大學國際文化交流學院，湖北宜昌 443000；2.許昌開普檢測研究院股份有限公司，河南許昌 461000）

0 引言

配電線路故障指示器的設計初衷是解決中性點非有效接地的配網線路發生單相接地故障時故障區間定位困難的問題[1-3]。相對而言，暫態錄波型、外施信號型、零序電壓啟動高精度錄波型以及電場啟動型高精度錄波型故障指示器具有一定的應用效果。現階段故障指示器的測試主要以單套故障指示器的性能試驗為主，而實現線路故障區間的定位需要主站系統綜合處理故障指示器所上傳的數據，實現故障區間的辨識[4-7]。配電線路故障指示器組網性能測試，是評判配電線路故障區間定位正確率的有效測試手段。

電力系統數字實時仿真，相對物模試驗環境而言，具有試驗便捷、建模靈活、成本風險可控等優勢。電力系統實時仿真系統、功率放大器、升流器、升壓器相結合，可以搭建測試功能完善的試驗環境[8-10]。

設計配電網接地方式自動切換、故障點及故障類型自動觸發、故障角度自由可控、外施信號源集成開發、電能質量極端工況模擬、接地電阻自動切換的仿真測試系統，完成配電網運行工況建模。歸納了配電網常規類型的接地故障試驗項目，設計了特殊類型的接地故障試驗項目，為多套故障指示器組網實現單相接地故障區間定位提供了參考試驗項目。

1 測試系統設計

10 kV配電系統主接線如圖1所示，10 kV母線有多條出線，配電系統經母線安裝的接地變引出中性點，控制中性點斷路器的通、斷狀態，并匹配相應的線路長度，模擬配電網不同的中性點接地運行方式。P1、P2、P3、P4為安裝在不同線路區段的故障指示器。K1、K3、K8為不同區段的區內故障點，K2、K7為區外故障點，分別模擬區、內外故障點發生單相接地故障，可用于考核故障區間定位系統的性能優劣。

圖1 10 kV配電系統主接線圖

系統中性點接地方式有不接地、經消弧線圈接地、經10Ω小電阻接地3中方式，接地方式的選擇依據配網對地電容電流的大小而定，也可根據實際需求進行調整。如：當不接地系統對地電容電流小于10A時，系統接地方式分為不接地；當不接地系統對地電容電流為10 A～30 A時，系統接地方式為經消弧線圈接地，消弧線圈為預調諧方式，補償度為過補償5%；當不接地系統對地電容電流大于30A時，系統接地方式為經小電阻接地，小電阻阻值選10 Ω。線路負荷大小可根據實際需求進行模擬，如重載、輕載、空載等運行工況。

測試系統組成如圖2所示，分別由電力系統實時仿真器、功率放大器、升壓裝置、故障指示器懸掛安裝架組成。在實時仿真器中模擬10kV配電系統不同運行工況下發生單相接地故障、模擬非故障工況下的擾動工況，并將故障指示器安裝處系統的線路電流、電場值以小信號的形式實時發送給RTIO智能接口單元，經功率放大器、電流升流器、電壓升壓器變換，將電力系統的一次值實時反饋給待測試的故障指示器裝置。

圖2 測試系統組成

該測試系統可以實現不同安裝位置的故障指示器的電場、電流及零序電壓的同步輸出。通過仿真系統的深度建模，可以實現故障角度可控、過渡電阻可調、中性點運行方式自動切換、故障自動觸發、外施信號源集成、不平衡運行工況模擬、斷線故障模擬、弧光故障模擬等。為基于故障指示器實現故障區間定位的主站系統提供靈活、便捷、高效、優質的測試環境。

2 測試方案設計

配電網線路的運行工況復雜多變，單相接地故障影響因子較多。對各影響因子進行排列組合，模擬配網線路不同工況下發生接地故障，能夠為配網線路故障區間定位系統提供一個全方位考核的平臺，有助于系統算法的改進及性能的提升。表1所示為配網線路單相接地故障影響因子。

表1 配網線路單相接地故障影響因子

配電網線路故障區間定位系統主要依靠線路故障前后零序電壓、零序電流的關系特征值作為判據，配電網網架結構及故障類型的不同對零序電壓、零序電流均具有較大的影響。常規的故障指示器測試方案中，所考慮的變量主要為中性點接地方式、接地故障電阻、故障類型及故障觸發角度。實際配電網線路運行工況更為復雜，如：負載電流不對稱、線路電壓不對稱工況下，系統存在零序電流和零序電壓；線路負載輕重程度不一、諧波含量不一、多個接地故障點等都將會對故障區間判別算法造成影響，容易引起故障定位系統的誤判。傳統的繼電保護測試儀測試方法，不具備上述復雜工況的便捷模擬，無法為故障區間定位系統算法的調試、改進搭建試驗平臺，而采用本文所述的測試系統，可以解決上述困擾。

基于圖1所示的配網系統進行配網線路故障區間定位測試平臺的搭建，參照表1所示內容進行配網線路故障工況的全方位的模擬，對故障定位系統的動作正確率進行統計，表2所示為所設計的配網線路故障區間定位試驗統計表格。

表2 配網線路故障區間定位試驗統計表

基于表2所示的線路故障區間定位統計結果，可以體現線路故障定位系統性能優劣，對設備的開發調試具有良好的促進作用。

3 結語

基于電力系統實時仿真器所建設的配網線路故障模擬系統，可以為故障指示器配線故障區間定位系統提供全方位的測試環境。有助于諸如零序電壓啟動精確錄波型故障指示器、電場啟動型精確錄波故障指示器通過組網相互配合實現配電線路故障區間的定位。所提出的綜合測試系統建設方法、配網線路單相接地故障影響因子歸納及測試記錄統計表格，均具有良好的實用性。對故障指示器生產廠家、測試機構均具有一定的參考價值。