配网自动化系统中接地故障区段定位方法研究

黎力苇 刘翔

摘 要：配网自动化系统分为通信层、主站层、子站层及终端层，依托其特有的“四遥”功能实现对配电设备的动态化、持续化监控，及时发现并妥善处理线路故障。在配网自动化系统中提升接地故障定位技术可以有效推动配电系统自动化和智能化建设，实现整个系统的稳定良好运行。本文就此展开了分析。

关键词：配网自动化;自动化系统;接地故障;区段定位

1配网故障定位模式

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电线路断路器上专业规范地装配一个重合器，提前设定新装置的动作次数，保证配电线路开关运行正常，有效发挥其控制、保护功能，并且保证新装配的重合器的闭锁、自动复位这两项功能正常。根据图1能够了解到，在电网保持稳定安全的运行状态时，联络开关R0分闸，而剩下的开关则保持合闸状。如果配电线路L1上k1点出现问题或者故障，那么出线开关R1就会马上断开，此时，线路L1也不再有电流经过，由此造成分段开关S1、S2、S3断开。待过了t1时间后，R1重合。1）如果k1属于瞬时故障，R1重合后，S1、S2首次有效重合，S3合闸，故障排除，继续供电。2）如果k1属于永久性故障，R1重合后，S1、S2首次有效重合，R1会由于故障而断开，执行1）动作。需要注意的是，因故障电流并未彻底清除，加之出线开关、分段开关已提前设定具体的重合闸次数，它们无法无限制地不断重合闸，在提前设定的次数是两次的情况下，若S1、S3重合两次均以失败告终，就会自动闭锁，S3继续分闸，所以，S2、S3能够有效隔离故障点。一定延时后，联络开关R0动作合闸，R0-S3段这一正常区域不受影响，保持正常通电状。对于基于重合器的故障定位模式来讲，它最突出的特征和最大优势是无需启动和应用配电自动化系统，分段开关、联络开关与重合器之间协同合作即可完成对现有故障点的准确判定及快速隔离，恢复非故障区间的供电。此模式经济性强、结构简洁，非常适合通信设施较为落后的地区。此模式在实际应用过程中，整条线路的稳定运行高度依赖于配电线路出线开关的重合操作，可靠性有所欠缺。另外，由于尚不具有通信功能，不能对电网负荷的变化情况进行实时持续监控，故难以快速有效地确定最优故障处理方案。

1.2基于FTU的故障定位

FTU是装配于配电网中柱上开关的智能终端，而DTU则装配在电缆环网柜上，能够全面监控并精准采集线路信息，比如电压、电流等，借助通信模块实现和主站的稳定化、持续化通信，主站会根据获取到的各种数据信息判断并隔离故障，实现对配电线路的控制和保护。根据图1能够了解到，所有开关都配备了FTU。如果k1运行过程中突发异常，那么出线开关R1的FTU则立即启动并快速切断故障线路L1。主站将结合获取到的各种信息对当前出现的故障问题进行严格准确地判定，比如明确其具体类型、所在地点等，借助遥控功能向S2、S3快速下达遥控分闸命令，实现对故障点高效精准隔离，之后合闸遥控出线开关R1、联络开关R0，R0-S3、R1-S1保持正常运行。

2配网自动化系统中接地故障区段定位方法

2.1故障选线与定位

非有效接地系统中若出现接地故障，非故障会从原本的地电压变为线电压，尤其是当间接性弧光接地出现的情况下，受到电荷的限制，中性点无法有效释放通路，从而导致弧光接地过电压威胁线路绝缘，持续情况下会进一步发展成为相间短路，此时就需要及时快速地定位故障线路，并排除故障。故障选线具体是指从同一母线下连的多条线路中，识别选择产生接地故障线路并进行进一步判断的过程[1]。故障定位具体是指继续依据故障信息特征对故障区间进行定位，并准确找到发生故障支路的过程，其描述示意图。在配网线路上合理设置故障检测点，将相邻的多个检测点相连形成的边界线可进一步准确定位线路区间，提升故障接线和故障定位的效率。不同类型的配电网上设置的检测点作用也存在差异性，变电站配网母线上的检测点应用于零序电压向量的获取，这类功能的检测点若仅应用于故障定位则将其称之为普通线路检测点，若这类功能检测点同时应用于馈线控制则将其称之为特殊线路检测点。当相邻的检测点中包括普通线路检测点，那么以之为边界线所确定的线路区间是段，相邻检测点均为特殊线路检测点，那么以之为边界线确定的线路区间是区。

2.2辐射性接线方式

通常情况下，配电网会采取闭环设计、开环运行的建设模式，不同系统线路在双电源的连接下与开关相连并形成环形结构。在配电网正常运行使用过程中，双电源处的连接开关断开，配电线路自变电站引出开始进行开环运行，此时辐射型连线方式呈现树状结构，这是现阶段我国配电网系统较为普遍的一种接线模式。

2.3获取接地故障特征信息

2.3.1中性点不接地系统故障特征

基于配网线路支路繁杂、距离较远的特点，进行人工巡线故障定位具有一定的难度，这时选择固定检测点进行故障零序电流的监测受到信号衰减的影响较少。当中性点不接地系统中某定点出现了单相接地故障，就如同在这一定点处增加了零序電压源，线路感抗较低且经过的零序电流偏小，整个线路上承受的零序电压基本相等[2]。从理论角度分析，当未出现故障现象时零序电压应为0，但零序电压同时还受到不对称线路等其他因素的干扰，因此将线路零序电压故障阀值设为α，当流经零序电压超过这一规定值则视为小电流接地故障的发生并运行故障定位功能。

2.3.2消弧线圈接地系统故障特征

消弧线圈接地故障是接地故障的又一重要表现形式，在整个电力运行系统中，因消弧线圈带有补偿性能（过补偿），在其影响下故障处线路流经的零序电流相位，相比于未出现故障部位的线路相位并未呈现出明显差异。但若将两处的电流幅值进行测试对比，则可显示出故障处零序电流幅值比较低的问题[3]。在配网线路产生故障后，其电网仍可在一定时间范围内继续使用，电网将针对消弧线圈的运行模式加以持续干预控制，线圈在此期间不断呈现过度补偿和缺乏补偿的状态，此时通过观察零序电流相量即可察觉其变化。

2.4故障分段定位

法故障分段定位法可以实现各检测点零序电流相量参数的自动采集和收集，并及时判断出产生故障的线路段位得出分析结论。在单电源辐射结构线路中，包含普通线路检测点的相连检测点将其划分为不同的段，一个段内可能同时存在2个或多个检测点对其进行界定和判断[4]。其中，单电源辐射线路故障段流经的零序电流具有一定的方向，在进行故障段的定位处理过程中变电站根测点只负责零序电压相量参数的采集工作，其中故障点一定位于这一根测点的下游;而将叶节点作为假设检测点时，故障点一定位于叶节点的上游。

结语：

综上所述，现如今，智能配电网的覆盖范围不断扩大，环状结构得到广泛应用。配电自动系统的核心功能是根据实际情况实时优化配电网，使其始终保持稳定安全的运行状态，一旦线路出现异常，便于电网调度工作人员高效精准地锁定并排除故障。实现配网自动化系统接地故障定位的高效化和精准化可为维修检测人员带来极大的便利，并为馈电线路的控制和保护提供了极富价值的理论参考。因此在配网自动化系统中提升接地故障定位技术可以有效推动配电系统自动化和智能化建设，实现整个系统的稳定良好运行。

参考文献：

[1]陈彦雄. 配网自动化系统中接地故障区段定位方法[J]. 机电工程技术，2018，47（06）：151-153.

[2]程睿，王明雨，王洋，李浩天. 配网自动化系统中接地故障区段定位方法研究[J]. 中国新通信，2020，22（16）：90.

[3]刘志文，董旭柱，邹林，吴争荣，李杰，曾德辉. 基于零序电流衰减周期分量的高阻接地故障区段定位[J]. 电力系统自动化，2020，44（07）：161-168.

[4]杨耿杰，许晔，高伟，洪翠，郭谋发. 基于能量谱相似度自适应聚类的配电网接地故障区段定位方法[J]. 电力自动化设备，2021，41（03）：25-32.