探析配网自动化系统小电流接地故障暂态定位技术及其实际应用价值

2016-08-09方赟朋

大科技 2016年31期

方赟朋

方赟朋

（国网浙江杭州市余杭区供电公司浙江杭州 311100）

在配电网运行过程中，接地故障占到配网故障的80%。虽然配网自动化系统在配电网运行管理过程中已基本普及，但是由于诸多因素干扰，在接地故障的快速准确定位方面仍存在欠缺。在本文里，我们就针对小电流接地故障的暂态特性及其暂态定位技术进行分析，深刻认识其对配网安全的重要意义。

配网自动化系统；小电流接地故障；暂态分析；故障定位

前言

配网自动化系统（DA）是将配电自动化与配电管理进行综合的系统，通过应用先进的电子技术、通信技术、计算机及网络技术，将配电网实时信息、电网结构参数、地理信息等数据进行集成，构成了一套完整的自动化控制系统，可实现对整个配电网系统的监测、保护、控制和管理等功能。DA在配电网运行管理过程中得到了广泛的应用，并且对于提高运行管理水平有着积极的推动作用。但是在实际应用过程中，我们发现对于小电流接地系统，当发生单相接地故障时，由于故障电流小，故障不稳定，持续时间短等原因，导致DA不能及时准确的对接地故障进行定位选线，严重制约着配电管理水平及供电质量的进一步提高。随着用户对于电能质量及供电安全稳定性要求的日益提高，如何避免、降低接地故障影响就成为供电公司当前需要迫切解决的重要问题。在下面文章里，我们就对配网自动化系统中小电流接地故障的暂态定位技术及其应用意义进行深入探讨。

1 小电流接地故障的暂态特征

对于中性点不接地或经消弧线圈接地的配电网，当发生单相接地故障时，接地电流很小，所以称为小电流接地故障。在小电流接地系统中，单相接地是一种较为常见的临时性故障，尤其在潮湿、多雨等天气情况下发生的更为频繁，当发生单相接地后，故障相电压降低，非故障相电压升高，但由于线电压保持对称，所以在规定时间内可不影响对用户的连续供电。但是带故障长时间运行，由于非故障相电压的升高会考验设备绝缘水平，严重时甚至会造成绝缘击穿，发展为短路事故。所以在发生单相接地故障时，故障的处理速度直接影响着电网安全稳定运行。

当配电网系统发生单相接地故障时，故障线路的电流会经历一个由稳态到暂态，再到稳态的过程，在过渡过程中暂态电流的波动幅度非常大。当发生实接地故障时，暂态持续时间较短，而发生虚接地故障时，暂态过程将频繁发生。通过建立基于分布参数的复合网络模型，并对线模及零模网络进行简化，我们最终得到小电流接地故障的简化模型，如图1所示。

图1 小电流接地故障简化模型

图1中uf代表故障点零序电压，大小等于故障相故障前的反相电压；R代表接地电流沿途总电阻，Lom、Lon和Com、Con分别代表故障点上、下游的零序等效电感和电容；Lk代表消弧线圈等效电感；iom和ion分别代表故障点上、下游的暂态零序电流。

通过对等效电路图的分析，当发生小电流接地故障时，系统暂态特征具体表现为：

（1）系统零序电压由线模阻抗与零序阻抗谐振产生，作用于故障点上游侧与下游侧的零序电压一致。

（2）故障点上游侧与下游侧零序电流极性相反；故障点上游侧零序电流由故障点流向母线，下游侧流向线路末端。非故障线路上零序电流由母线流向线路末端，与故障点下游侧流向一致。

（3）故障点前后零序电流的幅值和频率特征由各自的零模网络参数决定。

（4）故障点上、下游零序电流大小均与距故障点距离大小呈反比，其中在母线处零序电流等于正常线路零序电流之和，线路末端处零序电流近似为零。[1]

2 接地故障暂态定位技术

2.1 定位理论基础

根据单相接地故障时暂态特征的进一步分析，我们发现当发生单相接地，故障点两侧零序电流相似度低，而在正常运行情况下，该点两侧暂态零序电流基本相似。根据这一特性，我们提出通过对相邻检测点相关系数的计算来比较两个电流波形的相似度，进而判断这两个检测点间是否存在接地故障。但是通过仿真分析发现当电流互感器极性反接、或是由于FTU未能启动时，会出现判断失误，为此我们结合故障线路暂态和工频电流的极性特征，对相邻两个检测点暂态和工频电流极性进行比较，作为暂态电流相似定位算法的补充，两种算法的综合，可以有效的提高故障定位的准确性。

2.2 定位系统整体结构

图2为定位系统的整体结构示意图。