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        淺談基于饋線自動(dòng)化的單相接地故障處理

        2014-03-06 07:11:16張秀媛
        機(jī)電信息 2014年6期
        關(guān)鍵詞:配電網(wǎng)故障系統(tǒng)

        張秀媛

        (天津市澎宇機(jī)電設(shè)計(jì)事務(wù)所,天津300384)

        0 引言

        在我國的配電網(wǎng)中,接地系統(tǒng)的接線方式大部分為中性點(diǎn)不接地,或者是經(jīng)消弧線圈接地[1]。單相接地故障在總故障中所占的比例極大,當(dāng)前,對于此類故障的解決方案通常是:采用相應(yīng)的接地選線裝置,在發(fā)生故障的情況下自動(dòng)將故障線路挑選出來,并實(shí)現(xiàn)故障隔離。這種方法會(huì)導(dǎo)致非故障區(qū)域也停電,恢復(fù)供電所需時(shí)間較長。如果基于饋線自動(dòng)化進(jìn)行單相接地故障處理,則能直接將故障區(qū)域兩端的開關(guān)跳開,不會(huì)影響非故障區(qū)域的供電,反應(yīng)速度極快。本文即對此進(jìn)行研究,并比較了幾種不同的實(shí)現(xiàn)方案。

        1 饋線自動(dòng)化系統(tǒng)中單相接地故障處理的可行性分析

        近年來,城鄉(xiāng)電網(wǎng)改造的步伐在不斷加快,改造過程中重要的一環(huán)就是進(jìn)行配網(wǎng)結(jié)構(gòu)以及一次設(shè)備的改造,此外,配網(wǎng)自動(dòng)化建設(shè)的力度也在加大,從而提高了整個(gè)電力系統(tǒng)的運(yùn)行管理水平?;陴伨€自動(dòng)化,對電網(wǎng)中的單相接地故障處理進(jìn)行研究時(shí),要注意其與常規(guī)故障處理的區(qū)別:(1)在饋線自動(dòng)化系統(tǒng)中,常常會(huì)在開關(guān)處安裝相應(yīng)的電流互感器,這樣一來,即可在配電終端采集需要的電流信息,因而故障處理的電氣特征量選擇更加多樣化。(2)通信是饋線自動(dòng)化的核心,只要通信系統(tǒng)的性能足夠好,對于子站而言,就能夠方便地獲取所需要的電氣特征量。這樣一來,故障信息的冗余度就更高,故障定位也更加準(zhǔn)確。(3)在饋線自動(dòng)化系統(tǒng)中有完善的配電終端,芯片技術(shù)的發(fā)展也促使配電終端更加強(qiáng)大,因而電氣特征量的提取變得更加方便。(4)真空滅弧技術(shù)的出現(xiàn)大大降低了斷路器的成本,這種斷路器逐漸取代了負(fù)荷開關(guān),為直接控制配電終端提供了途徑。

        2 實(shí)現(xiàn)方案

        首先,對饋線系統(tǒng)的保護(hù)原理進(jìn)行研究,它是一種終端監(jiān)控式的饋線自動(dòng)化方式,與完善的通信網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合,采用分布式配電終端,能夠?qū)崿F(xiàn)全線速動(dòng)。圖1給出了一個(gè)手拉手式的配電網(wǎng)結(jié)構(gòu),對其基本組成進(jìn)行分析:分段開關(guān)為斷路器,即圖中的A~C和E~G,聯(lián)絡(luò)開關(guān)由D表示,在正常運(yùn)行的情況下,D是斷開的;M表示變電站,它與手拉手線路的A~D部分相對應(yīng);在變電站側(cè)的饋線系統(tǒng)中,UR1~UR4組成了相應(yīng)的保護(hù)單元,對開關(guān)A~D進(jìn)行控制;通過總線式快速網(wǎng)絡(luò),這些配電終端連接在一起。

        圖1 手拉手配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)示意圖

        假設(shè)在F1處發(fā)生了單相接地故障,故障電流將會(huì)在A、B處出現(xiàn),而C處不會(huì)出現(xiàn)故障電流,但是此處的電壓會(huì)降低;對應(yīng)地,饋線系統(tǒng)的保護(hù)單元會(huì)執(zhí)行相應(yīng)的動(dòng)作,其具體流程如圖2所示?;诟邏壕€路的縱聯(lián)保護(hù)原則,饋線系統(tǒng)保護(hù)在通信方案上很大部分采用了全分布式母線保護(hù)的原理[2],從而實(shí)現(xiàn)了選擇性保護(hù),能夠一次性完成故障的識別和隔離,進(jìn)行重合閘動(dòng)作和故障的自動(dòng)化恢復(fù)。其主要優(yōu)點(diǎn)在于:對故障進(jìn)行一次性處理,非故障段的供電不會(huì)受到影響,故障能夠被快速切除,不會(huì)對電動(dòng)機(jī)類負(fù)荷的供電質(zhì)量造成不良影響等。

        圖2 饋線系統(tǒng)保護(hù)單元執(zhí)行動(dòng)作流程

        下面對基于饋線自動(dòng)化的單相接地故障處理的3種具體方案進(jìn)行分析:

        2.1 主站監(jiān)控式饋線自動(dòng)化

        這種模式屬于集中處理模式,在這種模式下進(jìn)行單相接地故障的處理時(shí),主要步驟為:當(dāng)出現(xiàn)單相接地故障時(shí),在相應(yīng)的饋線子站上有零序電壓啟動(dòng),從而進(jìn)行自動(dòng)化的故障錄波,并且進(jìn)行電氣特征量的計(jì)算;對于主站而言,將會(huì)對終端的故障信息進(jìn)行定時(shí)召喚和綜合判斷,從而定位故障線路和區(qū)域,最后發(fā)出故障隔離以及供電恢復(fù)等命令。這一方案在傳統(tǒng)的配電自動(dòng)化系統(tǒng)中使用較為適宜,主要不足在于:自動(dòng)化程度低,反應(yīng)速度不理想,主站軟件十分復(fù)雜。

        2.2 子站監(jiān)控式饋線自動(dòng)化

        這種模式進(jìn)行了相應(yīng)的分層,在子站層中包含有主站層的部分功能。這種模式下的單相接地故障處理主要特點(diǎn)為:電氣特征量是在子站中采集的,并且在子站中進(jìn)行故障線路的判別和隔離。在該方案中,主站的部分功能下放給子站,因此,其處理速度明顯提高了。

        2.3 饋線系統(tǒng)保護(hù)

        與上面講述的2種方案不同,饋線系統(tǒng)保護(hù)中的緊急控制功能被放到了智能終端設(shè)備上,能夠?qū)崿F(xiàn)分布式控制[3]。采用此方案進(jìn)行單相接地故障處理時(shí),其流程為:如圖1所示,當(dāng)F1處發(fā)生了單相接地故障時(shí),M饋線上的FTU將會(huì)進(jìn)行零序電壓啟動(dòng),實(shí)現(xiàn)故障錄波。對于饋線來說,相鄰的FTU可以進(jìn)行通信并綜合比較接收到的故障信息,從而得到動(dòng)作條件,UR2即按照相應(yīng)的要求實(shí)現(xiàn)故障隔離。在這種方案中,故障判別在配電終端上實(shí)現(xiàn),有效減小了子站的壓力,處理速度更快;另外,由于只需要進(jìn)行縱向上的比較,其封裝性能較好。

        3 電氣特征量的選擇

        3.1 暫態(tài)分量

        運(yùn)行實(shí)踐表明,配電網(wǎng)中的大部分單相接地故障是瞬時(shí)性故障,而造成這種故障的原因是多種多樣的。其中,最為常見的一種原因是:系統(tǒng)中存在絕緣的薄弱點(diǎn),在高電壓的作用下出現(xiàn)絕緣擊穿,而這種擊穿常常發(fā)生在相電壓經(jīng)過最大值的瞬間。此時(shí),零序電流暫態(tài)分量很大,干擾對其的影響可以忽略,因此較容易測量,可以將其作為故障特征量。當(dāng)相電壓過零時(shí)發(fā)生故障,對于不接地系統(tǒng)而言,基本上是不存在暫態(tài)過程的。如果過渡電阻足夠大,任何時(shí)候發(fā)生故障都不會(huì)形成強(qiáng)暫態(tài)過程。

        3.2 穩(wěn)態(tài)分量

        當(dāng)配電網(wǎng)中發(fā)生單相接地故障時(shí),故障點(diǎn)處的零序和負(fù)序電流是相同的。如果變電站中的出線為電纜,在微機(jī)選線裝置中,故障特征量通常采用零序電流,它是通過零序電流互感器測得的,不會(huì)受到三相負(fù)荷不平衡的影響。但是對于饋線自動(dòng)化系統(tǒng)而言,則應(yīng)與實(shí)際相結(jié)合,采用合適的特征量。在電纜網(wǎng)絡(luò)中,可以通過環(huán)網(wǎng)柜中的電流互感器采集到零序電流;對于架空線路,通過三相電流的疊加得到零序電流。負(fù)序電流是從故障點(diǎn)出發(fā),經(jīng)過母線向系統(tǒng)流動(dòng)的,并且?guī)缀醪粫?huì)朝著非故障線路流動(dòng)。在饋線自動(dòng)化系統(tǒng)中,采集到三相電流之后,可以通過相應(yīng)的相量計(jì)算出負(fù)序電流,此時(shí)的負(fù)序電流會(huì)受到三相負(fù)荷不平衡的影響,同時(shí)也會(huì)受到電流互感器不平衡的影響。

        4 結(jié)語

        研究饋線自動(dòng)化系統(tǒng)的單相接地故障處理具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。本文對3種單相接地故障處理方案進(jìn)行了分析,得出了以下結(jié)論:在終端監(jiān)控饋線自動(dòng)化模式中,縱向比較法十分適宜;而在主站監(jiān)控式以及子站監(jiān)控式饋線自動(dòng)化模式中,則適宜采用橫向比較法。

        [1]焦邵華.電網(wǎng)智能保護(hù)新技術(shù)的研究[D]:[博士學(xué)位論文].北京:華北電力大學(xué),2000

        [2]焦邵華,焦燕莉,程利軍,等.饋線自動(dòng)化的最優(yōu)控制模式[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化,2002(21)

        [3]曾祥君,尹項(xiàng)根,陳德樹,等.適應(yīng)配電自動(dòng)化的饋線接地保護(hù)研究[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化,2000(15)

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