周健科，沈佩琦

（國網(wǎng)浙江省電力公司舟山供電公司，浙江 舟山 316000）

0 引言

非有效接地電網(wǎng)對提高供電可靠性非常有利，我國的中低壓配電網(wǎng)普遍采用這種接地方式。配電線路故障，尤其是單相接地故障的快速、準(zhǔn)確定位，不僅對修復(fù)線路和保證可靠供電十分重要，而且對保證整個電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定和經(jīng)濟(jì)運行都有十分重要的作用。對于線路的相間短路故障，由于會伴隨出現(xiàn)過流現(xiàn)象，一般比較容易檢測。但當(dāng)非有效接地電網(wǎng)發(fā)生單相接地故障時，由于故障電流非常小，常規(guī)繼電保護(hù)無法檢測到故障線路，需要采取其他手段或技術(shù)。

目前國內(nèi)有眾多企業(yè)對此展開研究，提出各具特色的辦法。主要可以概括為2類：以檢測故障線路中注入信號的路徑和特征來實現(xiàn)故障定位的信號注入法，和利用戶外故障探測器檢測故障點故障信息來確定故障區(qū)段的電容電流法。

本文分析了這兩類故障定位原理及優(yōu)缺點，在此基礎(chǔ)上闡述綜合法的原理，并探討了可實現(xiàn)四遙功能的LIU（配電線路自動化遠(yuǎn)方終端）裝置的開發(fā)和應(yīng)用。

1 架空線路故障定位原理

1.1 信號注入法

文獻(xiàn)[1-3]介紹的信號注入法是利用電網(wǎng)母線的接地電壓互感器注入交流信號電流，通過檢測故障線路中注入信號的路徑和特征來實現(xiàn)故障測距和定位。發(fā)生接地故障后，通過三相電壓互感器的中性點向接地線路注入特定頻率的電流信號，注入信號會沿著故障線路經(jīng)接地點注入大地，用信號尋跡原理即可實現(xiàn)故障選線并確定故障點。

信號注入法的最大優(yōu)點在于其適合于永久性接地故障，缺點是：

（1）注入信號的強度受變壓器容量限制。

（2）接地電阻較大時，線路上的分布電容會使注入信號分流，給選線和定點造成干擾。

（3）如果接地點存在間歇性電弧現(xiàn)象，注入的信號在線路中將不連續(xù)，使檢測較為困難。

（4）尋找故障點花費時間較長，有可能在此期間引發(fā)系統(tǒng)的第2點接地，造成線路跳閘。

1.2 電容電流法

電容電流法是通過戶外故障指示器檢測電網(wǎng)發(fā)生單相接地故障瞬間的暫態(tài)接地電流來實現(xiàn)故障定位的方法。

以中性點經(jīng)消弧線圈接地的系統(tǒng)為例，在故障瞬間，流過故障點的暫態(tài)接地電流既有工頻分量，也有高頻振蕩分量。流過故障點的暫態(tài)接地電流是由故障相對地電容的放電電流、非故障相對地電容的充電電流和消弧線圈的暫態(tài)電感電流疊加而成，兩者在頻率和幅值上都不相同，其特征根據(jù)兩者的具體情況而定。在故障初始階段，暫態(tài)接地電流的特征主要由暫態(tài)電容電流特征確定。在中性點經(jīng)電阻接地系統(tǒng)和中性點直接接地系統(tǒng)中，不存在消弧線圈的電感電流部分。因此，其暫態(tài)接地電流的特征與經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)相似。

可見電容電流法適用于：中性點經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)；中性點經(jīng)電阻接地系統(tǒng)/中性點不接地系統(tǒng)、中性點直接接地系統(tǒng)。

電容電流法的優(yōu)點是成本低，施工簡單。其缺點是：

（1）目前只能實現(xiàn)“一遙”功能。

（2）供電系統(tǒng)不能滿足長年限運行。

（3）受測量環(huán)節(jié)的精度限制，準(zhǔn)確率稍低。

1.3 綜合法

由于配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，單相接地故障又具有多樣性，可利用的故障電流通常很小，相對信噪比很低，再加上測量環(huán)節(jié)的精度限制，使得現(xiàn)有的選線裝置不能很好地滿足實際需要。

處理非有效接地電網(wǎng)故障定位問題應(yīng)該從客觀實際情況出發(fā)，根據(jù)非有效接地電網(wǎng)單相接地故障的各種狀態(tài)，可以得出這樣的結(jié)論：僅憑1種選線方式或者僅憑1種故障特征量并不能對各種單相接地狀況做出正確判斷，應(yīng)該盡可能多地挖掘和利用單相接地故障的各種特征表現(xiàn)，研究更有效的辦法來抽取和識別這些特征，形成綜合選線系統(tǒng)，才能達(dá)到精確選線的目的。

綜合法是根據(jù)多年來對接地故障檢測研究經(jīng)驗得出的一種獨特有效的接地故障檢測方法。綜合法主要是將采集到的多種線路特征參數(shù)按照設(shè)定的算法進(jìn)行綜合分析，從而實現(xiàn)對接地故障的判定。這些特征參數(shù)包括：暫態(tài)電容電流、負(fù)荷電流、對地電壓等，也就是在電容電流法的基礎(chǔ)上疊加負(fù)荷電流、對地電壓的判據(jù)，以避免測量精度對故障定位的影響。

與其它單一條件的檢測法相比，綜合法可以有效防止因電磁干擾、涌流、諧波等造成的誤動，對接地故障的判定更準(zhǔn)確，適用于中性點接地系統(tǒng)、中性點不接地系統(tǒng)和經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)。

2 配電線路自動化遠(yuǎn)方終端

從上述對信號注入法、電容電流法、綜合法的原理和優(yōu)缺點的綜合分析可知，綜合法有一定優(yōu)勢，但配電網(wǎng)自動化建設(shè)的最終目標(biāo)是在配電網(wǎng)實現(xiàn)四遙功能，即遙測、遙信、遙控和遙調(diào)。從目前配電網(wǎng)實際情況看，架空線路的數(shù)據(jù)實時采集和架空線路故障定位成為困擾配電網(wǎng)自動化實現(xiàn)的重要因素。

建立配電網(wǎng)SCADA（實時數(shù)據(jù)采集）系統(tǒng)，全面掌握配網(wǎng)線路運行的參數(shù)和狀態(tài)，是實現(xiàn)配電自動化的基礎(chǔ)，在此基礎(chǔ)上才能實現(xiàn)配網(wǎng)的負(fù)荷預(yù)測、狀態(tài)估計、故障隔離和網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)等高級應(yīng)用。目前，配電架空線路上的運行參數(shù)一般都是通過變電站內(nèi)的饋線開關(guān)和線路上安裝的帶有智能控制器的柱上開關(guān)來獲得，但由于柱上開關(guān)數(shù)量有限，帶有控制器的開關(guān)就更少，而架空線路分支較多，主干線路也較長，管理部門難以全面掌握線路數(shù)據(jù)，因此架空線路的故障定位更難實現(xiàn)。配電線路是最容易發(fā)生故障的系統(tǒng)之一，短路故障和單相接地故障是最常見的故障形式。發(fā)生故障后，如何快速定位故障位置，指導(dǎo)線路運行部門及時搶修故障、恢復(fù)供電，將是今后配網(wǎng)自動化工作中要重點解決的難題。國家電網(wǎng)公司于2009年11月編制的《配網(wǎng)自動化試點建設(shè)與改造技術(shù)方案》中明確指出，在架空線路上可采用帶通信功能的故障檢測終端，實現(xiàn)故障類型、故障位置等遙信量的上傳。

為了解決上述技術(shù)問題，需要開發(fā)一種全新的適用于架空線路的配電線路自動化遠(yuǎn)方終端，即LTU。為此，在綜合法基礎(chǔ)上研發(fā)了由配電線路自動化遠(yuǎn)方終端控制器、電子式互感器、戶外單相變壓器和通信模塊組成的LTU，具有四遙功能，是實現(xiàn)架空線路自動化的高效解決方案。

2.1 LTU的功能及特點

LTU具有以下特點：

（1）實現(xiàn)架空線路遙測。實時采集線路的電流、電壓、功率、諧波等數(shù)據(jù)，采集的數(shù)據(jù)可以每秒鐘上傳1次，為配電自動化提供數(shù)據(jù)支持。

（2）實現(xiàn)架空線路遙信。準(zhǔn)確檢測線路發(fā)生的故障情況，包括相間短路、過電流、單相接地、過電壓、欠電壓、缺相、斷電等故障或者異常狀態(tài)，并及時上傳。實現(xiàn)了故障精確定位，為提高供電可靠性提供了技術(shù)支持。

（3）實現(xiàn)架空線路遙控。LTU可以與線路已經(jīng)安裝的柱上開關(guān)相配合，后臺軟件可以通過LTU遠(yuǎn)程控制柱上開關(guān)的分合。當(dāng)確定了故障精確范圍后，通過遙控柱上開關(guān)，將故障區(qū)段隔離出來，恢復(fù)其他無故障區(qū)段的供電，提高了經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

（4）實現(xiàn)架空線路遙調(diào)。架空線路所帶負(fù)載變動大，線路改造頻繁，線路的輸送功率和供電方向經(jīng)常變動，因此判斷故障的判據(jù)需要隨之改動，這些改動都可以通過后臺軟件遠(yuǎn)程實現(xiàn)，使用靈活。

2.2 電子式電流/電壓互感器的應(yīng)用

電子式互感器是LTU的重要組成部分，是采集配電架空線路三相電壓和電流的一次設(shè)備。電子式互感器與傳統(tǒng)的電磁式互感器相比具有很多優(yōu)勢，非常適合在LTU中使用。

電子式電流/電壓互感器應(yīng)用在LTU中有以下優(yōu)勢：

（1）測量范圍廣。電子式互感器的頻響范圍寬、測量線性范圍廣、線性度好，在有效量程內(nèi)，電流互感器精度可達(dá)到0.2S/5P級，電壓互感器測量精度可達(dá)到0.2/3P級。

（2）應(yīng)用方式靈活。電子式互感器輸出的都是小電壓信號，一般為1.5～4 V，可方便地與數(shù)字式儀表、微機(jī)測控保護(hù)設(shè)備接口，無需進(jìn)行二次轉(zhuǎn)換，從而可以降低系統(tǒng)應(yīng)用的復(fù)雜度和測量誤差，提高了設(shè)備的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確度。

（3）安全可靠。電子式互感器均不含鐵芯（或含小鐵芯），不會出現(xiàn)飽和現(xiàn)象。即使電流互感器二次開路也不會產(chǎn)生高電壓，電壓互感器二次短路時也不會產(chǎn)生大電流，無過電流擊穿的危險，也不會產(chǎn)生鐵磁諧振，從而保證了人身及設(shè)備的安全。

（4）體積小，功耗低。電子式互感器體積小、重量輕，能有效節(jié)省空間，功耗極小，節(jié)電效果十分顯著，具有環(huán)保產(chǎn)品的特征。

（5）多用途。電子式電流互感器集測量和保護(hù)于一身，能快速、完整、準(zhǔn)確地將一次信息傳送給計算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，或與數(shù)字化儀表等測量、保護(hù)裝置相連接，完成計量、測量、保護(hù)、控制、狀態(tài)監(jiān)測。還可作為帶電顯示裝置實現(xiàn)一次電壓數(shù)字化在線監(jiān)測。

（6）使用壽命長。由于電子式互感器自身是低功耗的，自身線圈不會產(chǎn)生發(fā)熱，保證了互感器的使用壽命。安裝使用簡單方便，運行無需維護(hù)，使用壽命大于30年。

3 結(jié)語

目前，架空線路實現(xiàn)配電自動化的難題是架空線路的數(shù)據(jù)實時采集和架空線路故障定位。

新型配電線路自動化終端采用電子式互感器和綜合法有效解決了以上難題，可以實現(xiàn)靈活的配網(wǎng)自動化，在主站系統(tǒng)應(yīng)用后使配電網(wǎng)管理的效率大大提高。

[1]桑在中，潘貞存，李磊，等.小電流接地系統(tǒng)單相接地故障選線測距和定位的新技術(shù)[J].電網(wǎng)技術(shù)，1997，21（10）∶50-52.

[2]王新超，桑在中.基于“S注入法”的一種故障定位新方法[J].繼電器，2001，29（7）∶9-11.

[3]桑在中，張慧芬，潘貞存，等.用注入法實現(xiàn)小電流接地系統(tǒng)單相接地選線保護(hù)[J].電力系統(tǒng)自動化，1996，20（2）∶11-12.

[4]張慧芬，潘貞存，桑在中.基于注入法的小電流接地系統(tǒng)故障定位新方法[J].電力系統(tǒng)自動化，2004，28（3）∶64-66.

[5]李福壽.中性點非有效接地電網(wǎng)的運行[M].北京：水利電力出版社，1992.