配網自動化系統中接地故障區段定位方法研究

黎力葦 劉翔

摘 要：配網自動化系統分為通信層、主站層、子站層及終端層，依托其特有的“四遙”功能實現對配電設備的動態化、持續化監控，及時發現并妥善處理線路故障。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。本文就此展開了分析。

關鍵詞：配網自動化;自動化系統;接地故障;區段定位

1配網故障定位模式

1.1基于重合器的故障定位

基于重合器的故障定位主要指在配電線路斷路器上專業規范地裝配一個重合器，提前設定新裝置的動作次數，保證配電線路開關運行正常，有效發揮其控制、保護功能，并且保證新裝配的重合器的閉鎖、自動復位這兩項功能正常。根據圖1能夠了解到，在電網保持穩定安全的運行狀態時，聯絡開關R0分閘，而剩下的開關則保持合閘狀。如果配電線路L1上k1點出現問題或者故障，那么出線開關R1就會馬上斷開，此時，線路L1也不再有電流經過，由此造成分段開關S1、S2、S3斷開。待過了t1時間后，R1重合。1）如果k1屬于瞬時故障，R1重合后，S1、S2首次有效重合，S3合閘，故障排除，繼續供電。2）如果k1屬于永久性故障，R1重合后，S1、S2首次有效重合，R1會由于故障而斷開，執行1）動作。需要注意的是，因故障電流并未徹底清除，加之出線開關、分段開關已提前設定具體的重合閘次數，它們無法無限制地不斷重合閘，在提前設定的次數是兩次的情況下，若S1、S3重合兩次均以失敗告終，就會自動閉鎖，S3繼續分閘，所以，S2、S3能夠有效隔離故障點。一定延時后，聯絡開關R0動作合閘，R0-S3段這一正常區域不受影響，保持正常通電狀。對于基于重合器的故障定位模式來講，它最突出的特征和最大優勢是無需啟動和應用配電自動化系統，分段開關、聯絡開關與重合器之間協同合作即可完成對現有故障點的準確判定及快速隔離，恢復非故障區間的供電。此模式經濟性強、結構簡潔，非常適合通信設施較為落后的地區。此模式在實際應用過程中，整條線路的穩定運行高度依賴于配電線路出線開關的重合操作，可靠性有所欠缺。另外，由于尚不具有通信功能，不能對電網負荷的變化情況進行實時持續監控，故難以快速有效地確定最優故障處理方案。

1.2基于FTU的故障定位

FTU是裝配于配電網中柱上開關的智能終端，而DTU則裝配在電纜環網柜上，能夠全面監控并精準采集線路信息，比如電壓、電流等，借助通信模塊實現和主站的穩定化、持續化通信，主站會根據獲取到的各種數據信息判斷并隔離故障，實現對配電線路的控制和保護。根據圖1能夠了解到，所有開關都配備了FTU。如果k1運行過程中突發異常，那么出線開關R1的FTU則立即啟動并快速切斷故障線路L1。主站將結合獲取到的各種信息對當前出現的故障問題進行嚴格準確地判定，比如明確其具體類型、所在地點等，借助遙控功能向S2、S3快速下達遙控分閘命令，實現對故障點高效精準隔離，之后合閘遙控出線開關R1、聯絡開關R0，R0-S3、R1-S1保持正常運行。

2配網自動化系統中接地故障區段定位方法

2.1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[1]。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。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。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。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。

2.2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。

2.3獲取接地故障特征信息

2.3.1中性點不接地系統故障特征

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[2]。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。

2.3.2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[3]。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。

2.4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[4]。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。

結語：

綜上所述，現如今，智能配電網的覆蓋范圍不斷擴大，環狀結構得到廣泛應用。配電自動系統的核心功能是根據實際情況實時優化配電網，使其始終保持穩定安全的運行狀態，一旦線路出現異常，便于電網調度工作人員高效精準地鎖定并排除故障。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。

參考文獻：

[1]陳彥雄. 配網自動化系統中接地故障區段定位方法[J]. 機電工程技術，2018，47（06）：151-153.

[2]程睿，王明雨，王洋，李浩天. 配網自動化系統中接地故障區段定位方法研究[J]. 中國新通信，2020，22（16）：90.

[3]劉志文，董旭柱，鄒林，吳爭榮，李杰，曾德輝. 基于零序電流衰減周期分量的高阻接地故障區段定位[J]. 電力系統自動化，2020，44（07）：161-168.

[4]楊耿杰，許曄，高偉，洪翠，郭謀發. 基于能量譜相似度自適應聚類的配電網接地故障區段定位方法[J]. 電力自動化設備，2021，41（03）：25-32.