夏 旺
(國網(wǎng)甘肅省電力公司平?jīng)龉╇姽?,甘肅 平?jīng)?744000)
目前,我國應(yīng)用的中壓配電網(wǎng)多采用架空線的建設(shè)模式,其中包含數(shù)量較多的小電流系統(tǒng),其產(chǎn)生的單向接地故障占電網(wǎng)故障總比的60%以上,但由于目前配網(wǎng)自動化系統(tǒng)中缺乏針對接地故障區(qū)段的定位功能,致使配電網(wǎng)自動化系統(tǒng)的整體穩(wěn)定運行受到影響。因此對配網(wǎng)自動化系統(tǒng)中接地故障區(qū)段的定位方法進行研究和應(yīng)用具有重要意義。
通常情況下,配電網(wǎng)會采取閉環(huán)設(shè)計、開環(huán)運行的建設(shè)模式,不同系統(tǒng)線路在雙電源的連接下與開關(guān)相連并形成環(huán)形結(jié)構(gòu)。在配電網(wǎng)正常運行使用過程中,雙電源處的連接開關(guān)斷開,配電線路自變電站引出開始進行開環(huán)運行,此時輻射型連線方式呈現(xiàn)樹狀結(jié)構(gòu),這是現(xiàn)階段我國配電網(wǎng)系統(tǒng)較為普遍的一種接線模式[1]。
非有效接地系統(tǒng)中若出現(xiàn)接地故障,非故障會從原本的地電壓變?yōu)榫€電壓,尤其是當(dāng)間接性弧光接地出現(xiàn)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(dǎo)致弧光接地過電壓威脅線路絕緣,持續(xù)情況下會進一步發(fā)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(chǎn)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(xù)依據(jù)故障信息特征對故障區(qū)間進行定位,并準(zhǔn)確找到發(fā)生故障支路的過程,其描述示意圖(見圖1)。在配網(wǎng)線路上合理設(shè)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(zhǔn)確定位線路區(qū)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(wǎng)上設(shè)置的檢測點作用也存在差異性,變電站配網(wǎng)母線上的檢測點應(yīng)用于零序電壓向量的獲取,這類功能的檢測點若僅應(yīng)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(yīng)用于饋線控制則將其稱之為特殊線路檢測點[2]。當(dāng)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(qū)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(qū)間是區(qū)。
1.3.1 中性點不接地系統(tǒng)故障特征
當(dāng)輻射型接線結(jié)構(gòu)線路中產(chǎn)生小電流接地故障時,其不穩(wěn)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(wǎng)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(jiān)測受到信號衰減的影響較少。當(dāng)中性點不接地系統(tǒng)中某定點出現(xiàn)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(jīng)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(dāng)未出現(xiàn)故障現(xiàn)象時零序電壓應(yīng)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(shè)為α,當(dāng)流經(jīng)零序電壓超過這一規(guī)定值則視為小電流接地故障的發(fā)生并運行故障定位功能。
1.3.2 消弧線圈接地系統(tǒng)故障特征
消弧線圈接地故障是接地故障的又一重要表現(xiàn)形式,在整個電力運行系統(tǒng)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(jīng)的零序電流相位,相比于未出現(xiàn)故障部位的線路相位并未呈現(xiàn)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(wǎng)線路產(chǎn)生故障后,其電網(wǎng)仍可在一定時間范圍內(nèi)繼續(xù)使用,電網(wǎng)將針對消弧線圈的運行模式加以持續(xù)干預(yù)控制,線圈在此期間不斷呈現(xiàn)過度補償和缺乏補償?shù)臓顟B(tài),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(wǎng)自動化系統(tǒng)實現(xiàn)對零序電壓、零序電流等相關(guān)參數(shù)的采集和整理,在自動化終端的智能運行下將相關(guān)數(shù)據(jù)參數(shù)分類整理并錄入數(shù)據(jù)庫內(nèi)儲存,使后續(xù)的故障分析有據(jù)可循。
完成高效數(shù)據(jù)參數(shù)采集工作后,工作人員可以利用GPS或GPRS技術(shù)確保相量數(shù)據(jù)采集的同步性和實時傳輸性,開展各檢測點相位差實際數(shù)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(shù)據(jù)進行結(jié)合即可獲取故障特征信息。
故障分段定位法可以實現(xiàn)各檢測點零序電流相量參數(shù)的自動采集和收集,并及時判斷出產(chǎn)生故障的線路段位得出分析結(jié)論。在單電源輻射結(jié)構(gòu)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(nèi)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(jīng)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(zé)零序電壓相量參數(shù)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(jié)點作為假設(shè)檢測點時,故障點一定位于葉節(jié)點的上游。
為進一步將故障定點具體到某一區(qū)域內(nèi),工作人員需要充分了解配電線路系統(tǒng)中的各項數(shù)據(jù)參數(shù),立足于線路實際情況構(gòu)建對應(yīng)故障分區(qū)的定位模型,接地故障分區(qū)定位模型(見圖2)。為保證故障定位區(qū)域的準(zhǔn)確性,首先應(yīng)在負荷開關(guān)相關(guān)區(qū)域內(nèi)設(shè)置檢測點,并用D代表一區(qū)域的相鄰矩陣,用t代表標(biāo)識相量,用A代表開關(guān)部分檢測點的總數(shù),用B代表其余部分的檢測點總數(shù),因此配電網(wǎng)系統(tǒng)中全部檢測點的數(shù)量就等于A+B+1。在上述設(shè)定的基礎(chǔ)上開展故障邊界線節(jié)點計算,從而明確故障分區(qū)的對應(yīng)邊界位置[3]。
圖2 接地故障分區(qū)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(wǎng)的新能源電力系統(tǒng)物理模擬平臺,利用先進技術(shù)實現(xiàn)單相接地故障模擬實驗的構(gòu)建,得到的數(shù)據(jù)詳情如表1所示。
表1 物理模擬實驗數(shù)據(jù)表
不同檢測點相位差數(shù)據(jù)、差異提示和故障段邊界節(jié)點在配網(wǎng)自動化系統(tǒng)接地故障中具有重要意義,以上述參數(shù)為基礎(chǔ)可有效提升故障定位的準(zhǔn)確性。
在配網(wǎng)自動化系統(tǒng)中發(fā)生接地故障時,發(fā)現(xiàn)故障現(xiàn)象后工作人員可以利用配電自動化技術(shù),并通過AFFABN算法的輔助明確故障邊界節(jié)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(wǎng)實驗的方式對配電系統(tǒng)運行情況做出全面檢測和分析。以某電力企業(yè)小電流接地故障處理方案為例,經(jīng)過掛網(wǎng)實驗測試結(jié)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(tài),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(fā)現(xiàn)其零序電流狀態(tài)與1號相同,當(dāng)接地故障排除解決后各檢測點則無明顯異常,因此掛網(wǎng)實驗的應(yīng)用對精準(zhǔn)定位配電自動化系統(tǒng)故障具有極高的應(yīng)用價值。
實現(xiàn)配網(wǎng)自動化系統(tǒng)接地故障定位的高效化和精準(zhǔn)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(wǎng)自動化系統(tǒng)中提升接地故障定位技術(shù)可以有效推動配電系統(tǒng)自動化和智能化建設(shè),實現(xiàn)整個系統(tǒng)的穩(wěn)定良好運行。