配網自動化系統中接地故障區段定位方法研究

夏 旺

(國網甘肅省電力公司平涼供電公司，甘肅 平涼 744000)

0 引言

目前，我國應用的中壓配電網多采用架空線的建設模式，其中包含數量較多的小電流系統，其產生的單向接地故障占電網故障總比的60%以上，但由于目前配網自動化系統中缺乏針對接地故障區段的定位功能，致使配電網自動化系統的整體穩定運行受到影響。因此對配網自動化系統中接地故障區段的定位方法進行研究和應用具有重要意義。

1 接地故障區段定位原理

1.1 輻射性接線方式

通常情況下，配電網會采取閉環設計、開環運行的建設模式，不同系統線路在雙電源的連接下與開關相連并形成環形結構。在配電網正常運行使用過程中，雙電源處的連接開關斷開，配電線路自變電站引出開始進行開環運行，此時輻射型連線方式呈現樹狀結構，這是現階段我國配電網系統較為普遍的一種接線模式[1]。

1.2 故障選線與定位

非有效接地系統中若出現接地故障，非故障會從原本的地電壓變為線電壓，尤其是當間接性弧光接地出現的情況下，受到電荷的限制，中性點無法有效釋放通路，從而導致弧光接地過電壓威脅線路絕緣，持續情況下會進一步發展成為相間短路，此時就需要及時快速地定位故障線路，并排除故障。

故障選線具體是指從同一母線下連的多條線路中，識別選擇產生接地故障線路并進行進一步判斷的過程。故障定位具體是指繼續依據故障信息特征對故障區間進行定位，并準確找到發生故障支路的過程，其描述示意圖(見圖1)。在配網線路上合理設置故障檢測點，將相鄰的多個檢測點相連形成的邊界線可進一步準確定位線路區間，提升故障接線和故障定位的效率。

圖1 故障定位描述示意圖

不同類型的配電網上設置的檢測點作用也存在差異性，變電站配網母線上的檢測點應用于零序電壓向量的獲取，這類功能的檢測點若僅應用于故障定位則將其稱之為普通線路檢測點，若這類功能檢測點同時應用于饋線控制則將其稱之為特殊線路檢測點[2]。當相鄰的檢測點中包括普通線路檢測點，那么以之為邊界線所確定的線路區間是段，相鄰檢測點均為特殊線路檢測點，那么以之為邊界線確定的線路區間是區。

1.3 獲取接地故障特征信息

1.3.1 中性點不接地系統故障特征

當輻射型接線結構線路中產生小電流接地故障時，其不穩定的零序電流相量受到線路端點母線位置的影響，無法明確其具體分布，且基于配網線路支路繁雜、距離較遠的特點，進行人工巡線故障定位具有一定的難度，這時選擇固定檢測點進行故障零序電流的監測受到信號衰減的影響較少。當中性點不接地系統中某定點出現了單相接地故障，就如同在這一定點處增加了零序電壓源，線路感抗較低且經過的零序電流偏小，整個線路上承受的零序電壓基本相等。

從理論角度分析，當未出現故障現象時零序電壓應為0，但零序電壓同時還受到不對稱線路等其他因素的干擾，因此將線路零序電壓故障閥值設為α，當流經零序電壓超過這一規定值則視為小電流接地故障的發生并運行故障定位功能。

1.3.2 消弧線圈接地系統故障特征

消弧線圈接地故障是接地故障的又一重要表現形式，在整個電力運行系統中，因消弧線圈帶有補償性能(過補償)，在其影響下故障處線路流經的零序電流相位，相比于未出現故障部位的線路相位并未呈現出明顯差異。但若將兩處的電流幅值進行測試對比，則可顯示出故障處零序電流幅值比較低的問題。

在配網線路產生故障后，其電網仍可在一定時間范圍內繼續使用，電網將針對消弧線圈的運行模式加以持續干預控制，線圈在此期間不斷呈現過度補償和缺乏補償的狀態，此時通過觀察零序電流相量即可察覺其變化。

1.3.3 獲取故障特征信息

為有效獲取故障特征信息，工作人員須充分利用配網自動化系統實現對零序電壓、零序電流等相關參數的采集和整理，在自動化終端的智能運行下將相關數據參數分類整理并錄入數據庫內儲存，使后續的故障分析有據可循。

完成高效數據參數采集工作后，工作人員可以利用GPS或GPRS技術確保相量數據采集的同步性和實時傳輸性，開展各檢測點相位差實際數值的計算，計算公式為：Δφi=φi-φ。公式中i表示測試點編號，φ表示絕對相位，其中φo表示變電站相位，運用這一公式進行具體計算可最終得到各檢測點間的相位差，同時與采集整理的零序電壓數據進行結合即可獲取故障特征信息。

1.4 故障分段定位法

故障分段定位法可以實現各檢測點零序電流相量參數的自動采集和收集，并及時判斷出產生故障的線路段位得出分析結論。在單電源輻射結構線路中，包含普通線路檢測點的相連檢測點將其劃分為不同的段，一個段內可能同時存在2個或多個檢測點對其進行界定和判斷。

其中，單電源輻射線路故障段流經的零序電流具有一定的方向，在進行故障段的定位處理過程中變電站根測點只負責零序電壓相量參數的采集工作，其中故障點一定位于這一根測點的下游；而將葉節點作為假設檢測點時，故障點一定位于葉節點的上游。

2 故障定位物理模擬實驗與掛網測試

2.1 故障定位物理模擬實驗

為進一步將故障定點具體到某一區域內，工作人員需要充分了解配電線路系統中的各項數據參數，立足于線路實際情況構建對應故障分區的定位模型，接地故障分區定位模型(見圖2)。為保證故障定位區域的準確性，首先應在負荷開關相關區域內設置檢測點，并用D代表一區域的相鄰矩陣，用t代表標識相量，用A代表開關部分檢測點的總數，用B代表其余部分的檢測點總數，因此配電網系統中全部檢測點的數量就等于A+B+1。在上述設定的基礎上開展故障邊界線節點計算，從而明確故障分區的對應邊界位置[3]。

圖2 接地故障分區定位模型

進行故障定位物理模擬實驗時可借助10 kV配電網的新能源電力系統物理模擬平臺，利用先進技術實現單相接地故障模擬實驗的構建，得到的數據詳情如表1所示。

表1 物理模擬實驗數據表

不同檢測點相位差數據、差異提示和故障段邊界節點在配網自動化系統接地故障中具有重要意義，以上述參數為基礎可有效提升故障定位的準確性。

2.2 掛網實驗

在配網自動化系統中發生接地故障時，發現故障現象后工作人員可以利用配電自動化技術，并通過AFFABN算法的輔助明確故障邊界節點的具體范圍，從而使故障及時有序地解決。為進一步確認接地故障是否排除成功，工作人員會采用掛網實驗的方式對配電系統運行情況做出全面檢測和分析。以某電力企業小電流接地故障處理方案為例，經過掛網實驗測試結果可知，在排除接地故障前1號檢測點的零序電流處于滯后狀態，零序電壓達到90°，再對2號和3號檢測點開展實驗測試可發現其零序電流狀態與1號相同，當接地故障排除解決后各檢測點則無明顯異常，因此掛網實驗的應用對精準定位配電自動化系統故障具有極高的應用價值。

3 結語

實現配網自動化系統接地故障定位的高效化和精準化可為維修檢測人員帶來極大的便利，并為饋電線路的控制和保護提供了極富價值的理論參考。因此在配網自動化系統中提升接地故障定位技術可以有效推動配電系統自動化和智能化建設，實現整個系統的穩定良好運行。