淺析配電自動化的配網單相接地故障定位及其自愈

李四新

陜西省地方電力（集團）有限公司扶風縣供電分公司 陜西 扶風 722200

引言

隨著我國社會經濟的不斷發展，對于電網穩定的要求也越來越高。配網穩定運行關系著用戶對電網服務的滿意度，其中的關鍵在于配網故障的迅速定位以及檢修。配電網絡覆蓋面積大，各地區的設備差異明顯，在城市建設與發展的高峰期，用電負荷處于較高水平，配網故障發生率也相對較高。但是由于配網設備復雜，檢測定位難度較大，單相接地故障的處理也停留在故障選線的層面，具有較為明顯的不足。在配網自動化的基礎上，采用單相接地故障定位與自愈技術，能夠迅速精準定位故障，及時改善電網質量，提升配網服務水平。

1 配電自動化與單相接地概述

1.1 配電自動化定義

配電自動化是采用現代電子和通信網絡技術，整合配電網中的配電網數據、線數據、電網結構、用戶數、地圖信息等信息，形成完善的自動化系統，能夠對配電網的線路、設備進行實時監控、保護，并且能夠及時預警設備與網絡故障，保護相應設備。配電自動化主要是對電網中的配電線路元器件的監控，包括變壓器、柱上開關、電纜分支箱、小型開閉站等設備。從縱向關系來看，配電自動化屬于配電管理的子系統，與變電站自動化、電力MIS以及調度自動化的聯系緊密[1]。配電自動化應該覆蓋配電網中的所有配電設備，為了避免調度自動化與配電網自動化的重復投入，可以在已有的調度自動化的基礎上，實現配電自動化體系的建設。

1.2 配電自動化構成

配電自動化需要對配電網的設備進行監控與協調，同時應該具備故障識別和控制功能，以實現對配電網中的工況、網絡進行監控與重構，為了滿足配電網中用戶的需求，需要強大的多系統接口能力。配電自動化系統結構包括主站系統、通信系統與用戶終端，具體如下：主站系統是配電自動化的核心，采用以太網雙機配置，符合國際工業標準的硬件設備和接口，通過數據庫軟件，滿足數據查詢、數據儲存等功能；通信系統是將各個子系統連接起來的環節，完善的通信網絡對于配電網的設備實時監測與控制十分重要，配電自動化的通信系統主要包括主站與其他系統的通信、主站與配電終端的通信；配電終端是監控、檢測電力網絡和設備，包括數據的采集、終端設備的控制、故障識別與隔離、配網優化等功能。

2 配電自動化單相接地故障定位

相比于輸電網絡，配電網雖然是閉環結構卻是開環運行的，因此在配網故障的定位與檢測中，需要由故障區域的饋線故障點和首端節點共同決定。當配電網發生故障時，監測終端判斷識別故障，分析電流連續頂被打斷的節點，根據其節點定位故障區域[2]。

2.1 單相接地故障識別

接地故障通常可分為大電流接地故障和小電流接地故障，小電流接地故障可以采用主動和被動定位。主動定位是主動給予系統一個信號，通過信號的反饋信息判斷故障點位置；被動式定位是對故障發生前后的電壓信號進行分析，判斷其改變情況而判斷故障點。主動定位方法包括中電阻法、S注入法、交直流綜合投入法；被動式定位方法包括阻抗法、行波法、穩態零序無功功率方向法等方法。

配電自動化系統中，當配網發生故障時，其故障點會發出相應的故障信號。單相接地故障是常見的故障之一，當發生單相接地故障時，其故障信號傳輸到配電自動化系統中，系統對故障信息進行解讀，首先確定故障區域以及故障類型。如果系統檢測故障區域的斷路器跳閘，則視為該控制器的線路失電，如果在2s內能夠自動合閘則為暫時性故障，如果超時后依然未能自動合閘，則為永久性故障，

2.2 線路故障檢測

在對單相接地故障進行初步判斷，且其斷路器未能合上時，確定為永久性故障后，需要對故障區域進行進一步檢測分析。設定QF1為首端節點，設定QS11、QS12、QS13、S11與S12為檢測點，斷路器斷開的情況存在三種情況：①QF1合閘，當QS11沒有通電，QF11跳閘，則可以確定L11為故障線路，故障線路上的QS11無任何負荷信號反饋；②對QF1進行合閘處理，發現QF11合閘，雖然成功通電，但是相關的電壓發生了明顯的變化，則發生故障的線路為L12；L12發生故障后L11有反饋信號；③QF1合閘后，發現同屬一條線路的QS11個QS1也發生合閘，成功通電但是電壓正常時間超過設定時間，表明合閘成功，但是QS13在設定時間無反饋信號，而且QF1發生跳閘，表明線路L13發生故障。

2.3 單相接地故障選線問題

發生單相接地故障后，故障線路的相關參數都會發生較大變化，其暫態零序電流會達到最大幅度，而且其電流極限與非故障線路的電流暫態分布相反。利用單相接地故障的暫態零序電流參數，能夠對故障情況進行進一步的分析。暫態零序電流擁有諸多頻率分量，當頻率處于疊加狀態時，會提升識別難度，因此可以采用過離散小波變化快速算法識別故障。通過分解復雜的頻率信號，完成對系數的重構，并且將此作為線路故障判斷依據。當某一條線路細節分量較小而且與其他線路至相反則該線路為故障線路；所有線路符號相同且細節分量較小，可以判定母線為故障線路。對于小接地系統，暫態零序電流是正常線路接地電容電流之和，故障點下方的電流值應該與接地電容電流相等，零序電流最大的幾個監測點中的大小差值最大的位置為故障發生點。

2.4 故障精準定位方法

在判斷故障線路的基礎上，采用行波故障定位法準確定位故障點。通過將檢測元件置于線路故障段的斷路器處，能夠檢測線路的暫態電流。通過分析暫態波從而確定故障點。常用的行波法包括單端測距和雙端測距，該方法的精準度高，但是故障點的反射波識別存在困難。雙端測距的方法可靠性較高，應用較為普遍。通過斷路器兩端設置測距裝置，測距裝置發射暫態行波信號，采用過濾的方法提升故障點定位的精確性，通過往返時間計算最終距離，定位故障點。

3 配電自動化單相接地故障自愈策略

自愈功能是配電自動化的核心功能，在發生單相接地故障后，需要采用有效的方式實現快速自愈。

3.1 集中式饋線自動化

集中式配電自動化主要是采用終端設備的測試電流識別故障，并且將故障信息傳送給主機，通過分析檢測故障部分，由主機控制開關動作實現隔離，解除故障后恢復供電。集中式饋線自動化中主站和饋線自動化處于關鍵地位，如果存在多個故障，則會采用轉供的方式確保電網穩定。該方法能夠在對故障進行全面檢測的情況下，實現優化分析，保障電網穩定運行。但是相應的隔離處理時間較長[3]。

3.2 智能分布式饋線自動化

智能分布式饋線自動化是通過終端之間的通信完成故障定位，并且通過智能終端完成故障隔離與恢復等操作，智能終端起著關鍵作用。該方法反應迅速，能夠及時恢復電網穩定，但是受到終端設備的影響，其投資成本較大，而且不適于復雜線路的應用，一旦動作失敗，將會影響整個電網的自動化水平。

4 結束語

綜上所述，針對配電自動化的單相接地故障，可以采用故障識別、診斷、定位等方式，精準定位故障點，同時選用合適的自愈策略，提升配電自動化運行效率。通過單向故障定位和自愈的技術，能夠確保配電自動化安全運行，促進電網事業的快速發展。