周耀輝 ，李 永 ，梁學良 ，高 虎 ，李勛濤

（1.國網(wǎng)陜西安康供電公司 陜西 安康 725000；2.國網(wǎng)陜西省電力公司 陜西 西安 710000）

小電流接地系統(tǒng)中，單相接地是一種常見的臨時性故障，多發(fā)生在潮濕、多雨天氣。發(fā)生單相接地后，故障相對地電壓降低，非故障兩相的相電壓升高，但線電壓卻依然對稱，因而不影響對用戶的連續(xù)供電，系統(tǒng)可運行1～2 h，這也是小電流接地系統(tǒng)的最大優(yōu)點。但是若發(fā)生單相接地故障時電網(wǎng)長期運行，因非故障的兩相對地電壓升高1.732倍左右，可能引起絕緣的薄弱環(huán)節(jié)被擊穿，發(fā)展成為相間短路，使事故擴大，影響用戶的正常用電。還可能使電壓互感器鐵心嚴重飽和，導致電壓互感器嚴重過負荷而燒毀。同時弧光接地還會引起全系統(tǒng)過電壓，進而損壞設(shè)備，破壞系統(tǒng)安全運行，我局曾多次發(fā)生因單相接地導致的電壓互感器或站用變損壞的情況。安康地區(qū)的雷雨、潮濕天氣較多，發(fā)生單相接地故障的幾率較大，據(jù)調(diào)控中心監(jiān)控班的統(tǒng)計，在日常監(jiān)控運行工作中，處理受控變電站母線單相接地，進行接地推拉占到了日常監(jiān)控工作量的1/6，因此，迫切需要一種發(fā)生接地后能快速、正確地尋找出故障線路的手段進行故障檢測。

1 傳統(tǒng)單相接地故障檢測方法

1.1 單相接地故障的判定

常見母線出現(xiàn)電壓異常的原因及故障信息：

1)高壓熔絲熔斷。在一相、二相高壓熔絲熔斷時，熔斷相二次電壓將顯著降低，電壓互感器二次側(cè)開頭三角形輸出的零序電壓升高，現(xiàn)場的小電流接地選線裝置會據(jù)此發(fā)出“母線接地”信號。在未完全熔斷時，可能不會發(fā)出“母線接地”信號。

2)單相接地。當單相接地時，接地相電壓接近于0，其余兩相相電壓升高為線電壓，電壓互感器二次側(cè)開頭三角形輸出的零序電壓升高，現(xiàn)場的小電流接地選線裝置會據(jù)此發(fā)出“母線接地”信號。

3)現(xiàn)場小電流接地選線裝置發(fā)出的選線信號。小電流接地選線裝置根據(jù)故障線路和正常線路的零序電流方向相反的特點進行選線。故障線路流過的零序電流是全系統(tǒng)的電容電流減去自身的電容電流，而非故障線路流過的零序電流僅僅是該線路的電容電流。故障線路的零序電流是從線路流向母線，而非故障線路的零序電流是從母線流向線路。

實際運行中監(jiān)控人員發(fā)現(xiàn)某變電站母線電壓異常或接地報警信號后，根據(jù)該變電站的母線線電壓、各相相電壓及接地信號動作情況，根據(jù)上述特征來判斷是否發(fā)生單相接地。

1.2 接地故障線路的檢測

監(jiān)控員在判定受控變電站發(fā)生單相接地故障后，根據(jù)《地區(qū)電網(wǎng)監(jiān)控運行規(guī)程》處理原則，結(jié)合小電流接地選線裝置選出的接地饋路和母線接地報警信號，通過對該母線供電線路按單相接地試拉序位表進行試拉，來檢測出發(fā)生接地故障的線路。

舉例：110 kV關(guān)廟變的10 kV部分一次接線圖如圖1所示。監(jiān)控員根據(jù)歷史運行經(jīng)驗編制該站的10 kV單相接地試拉序位表見表1，對于曾經(jīng)頻繁發(fā)生接地的線路，其拉路序號排在前面，首先進行接地推拉，對于小水電或重要專線、保電用戶等饋路的拉路序號靠后，例如169金州變線路就是給330 kV金州變備用站用變供電的線路，線路質(zhì)量好，發(fā)生接地的概率小，供電可靠性要求高，排在拉路序位表的最后。假設(shè)關(guān)廟變10 kVⅠ母上的某一條出線發(fā)生A相接地。

1.2.1 故障后的監(jiān)控信息

圖1 關(guān)廟變10 kV部分一次接線圖Fig.1 GuanMiao substation10 kV wiring diagram

表1 關(guān)廟變10 kV單相接地試拉序位表Tab.1 GuanM iao substation 10 kV single-phase grounding test sequence Atab le

遙測信息：10 kVⅠ母電壓 U ab、U bc、U ca=10 kV；U a=0 kV；U b、U c=10 kV；遙信信息“小電流接地_10 kVⅠ母接地”等信號動作。監(jiān)控員根據(jù)上述監(jiān)控信息，可判斷發(fā)生單相接地。

1.2.2 試拉線路

監(jiān)控員向調(diào)度匯報發(fā)生單相接地，調(diào)度許可進行推拉試驗后，監(jiān)控員按圖1核對運行方式，結(jié)合表1的拉路序位表，逐條線路進行拉路試驗。試拉流程：監(jiān)控遙控“拉開XX線路開關(guān)”—監(jiān)控觀察接地信號及母線電壓是否恢復正常—監(jiān)控遙控“合上XX線路開關(guān)”。按試拉線路順序，反復進行上述試拉流程，直到試拉XX線路時接地瞬間消失，即可判定該線路為故障線路。

1.3 傳統(tǒng)檢測方法存在的問題

1)傳統(tǒng)檢測方法依賴于現(xiàn)場小電流選線裝置的正常工作。由于零序電流較小、干擾大、配網(wǎng)運行方式變化頻繁、電容電流波形不穩(wěn)定等原因，導致約60%變電站的小電流接地選線裝置難以準確選線，在國網(wǎng)公司最新的典型監(jiān)控信息表中，已將具體饋路的接地信號不再列入監(jiān)控員的監(jiān)控范圍，要求依據(jù)母線接地信號進行推拉試驗；甚至部分變電站的小電流現(xiàn)場裝置故障或現(xiàn)場無此裝置，難以判斷出母線接地故障，需要監(jiān)控員依據(jù)遙測數(shù)據(jù)的變化判斷是否發(fā)生單相接地故障，工作壓力大。

2）逐條線路推拉耗時較長。在單相接地故障檢測過程中，監(jiān)控員進行操作需進行反復發(fā)令、匯報，監(jiān)控每次進行遙控操作均需輸入操作人、監(jiān)護人密碼。根據(jù)估算，將一條線路推拉一次，整個報警、匯報、判定、排序、試拉過程至少需2min，對于一條有9條出線的關(guān)廟變，推拉一次約需要20min左右，耗時較長。

2 單相接地故障研判高級應(yīng)用模塊

2.1 單相接地故障研判自動試拉模塊的支撐環(huán)境

隨著變電站監(jiān)控信息接入工作的開展，目前已有50座變電站的自動化信息接入安康電網(wǎng)調(diào)度自動化系OPEN3000系統(tǒng)；結(jié)合狀態(tài)估計遙測合格率指標提升活動的開展，OPEN3000系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)模型和參數(shù)日益完善；加強自動化缺陷處置，基礎(chǔ)數(shù)據(jù)質(zhì)量不斷提升，系統(tǒng)的可觀測性和量測冗余度也大大提高，保證了系統(tǒng)的實用性、準確性和安全性，從而具備了開發(fā)單相接地故障研判模塊所需要的數(shù)據(jù)和模型基礎(chǔ)。

2.2 單相接地故障研判模塊的功能

該模塊能夠?qū)崿F(xiàn)自動監(jiān)視母線電壓，當判斷母線單相接地時報警；實現(xiàn)自動搜索出該故障母線所關(guān)聯(lián)的開關(guān)，并按調(diào)度人員預先設(shè)定的選擇原則及試拉序位生成遙控序列；實現(xiàn)按生成的試拉序列進行開關(guān)按序分、合操作；實現(xiàn)在分、合操作過程中快速確定故障線路。

2.2.1 母線單相接地的判定

該模塊啟動以后，系統(tǒng)自動監(jiān)視所有網(wǎng)絡(luò)建模范圍內(nèi)低壓（35 kV、10 kV）母線，并結(jié)合監(jiān)控責任區(qū)功能，設(shè)置了母線表的預留域值3，設(shè)置只顯示本責任區(qū)的低壓母線。顯示觀察母線線電壓、三相電壓的遙測值。根據(jù)1.1所述單相接地表象特征，按運行經(jīng)驗設(shè)定電壓判據(jù)（任一相相電壓降低至標準值的50%以下，其他兩相相電壓升高至線電壓的80%以上），與母線3Uo動作信號建立與門邏輯關(guān)系，來判定該母線發(fā)生單相接地故障，并通過狀態(tài)描述提示“單相接地”，如圖2所示。

圖2 單相接地監(jiān)視程序界面Fig.2 Single-phase groundingmonitor interface

2.2.2 生成試拉遙控序列

利用網(wǎng)絡(luò)拓撲生成試拉遙控序列：根據(jù)設(shè)備圖元對象的端點坐標位置自動搜索確定原始拓撲關(guān)系,即設(shè)備圖元的連接關(guān)系，基于連接規(guī)則和節(jié)點融合的快速拓撲分析算法,根據(jù)原始拓撲關(guān)系確定各支路與母線的連接情況。

以關(guān)廟變?yōu)槔?，利用OPEN3000系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓撲功能，該模塊可以實現(xiàn)在系統(tǒng)自動搜索出該母線所關(guān)聯(lián)的開關(guān) （合閘狀態(tài)），如圖1所示。為了保證生成的試拉遙控序列過濾掉不在試拉序列表（表1）中的開關(guān)（如主變、電容器開關(guān)等），可以事先按變電所單相接地試拉序位表將對應(yīng)的線路開關(guān)指定域進行序位設(shè)定，通過建立應(yīng)用模塊與開關(guān)指定域的關(guān)聯(lián)，過濾掉未設(shè)定序位的開關(guān)，并根據(jù)開關(guān)指定域的序位自動生成該母線試拉遙控序列，如圖3所示。

圖3 單相接地監(jiān)視程序控制界面Fig.3 Single-phase groundingmonitor control interface

2.2.3 遙控序列執(zhí)行

應(yīng)用模塊生成試拉遙控序列后，由運行人員決定是否按序列執(zhí)行（可通過選項屏蔽重要線路不試拉，如保電線路等）。運行人員執(zhí)行遙控，一次性輸入密碼后將通過SCADA進行批量遙控。每條試拉線路開關(guān)進行分、合操作一次（間隔10秒），以便于模塊實時進行檢測接地母線的接地信號、電壓變化，來判斷該線路是否接地。如判斷該線路接地，模塊將在控制界面的狀態(tài)描述顯示“該線路接地”。每條線路開關(guān)試拉后，SCADA會請求進行下一條線路開關(guān)試拉操作，運行人員可根據(jù)應(yīng)用模塊的狀態(tài)描述決定是否繼續(xù)，如狀態(tài)描述顯示 “該線路接地”，則可選擇“遙控取消”，終止后續(xù)的操作，如圖4所示。

圖4 批量遙控操作界面Fig.4 Batch remote control interface

2.3 單相接地故障研判模塊評價

該模塊在系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障后，利用遙測數(shù)據(jù)作為判據(jù)，研判定位故障母線并報警。執(zhí)行查找故障線路，除在執(zhí)行批量遙控時需一次性輸入遙控密碼外，基本不需要人為干預。整個處理流程中避免了人為的疏忽，同樣以關(guān)廟變?yōu)槔?，整個過程執(zhí)行預計不超過7分鐘。

3 結(jié)束語

針對無人值守集中監(jiān)控運行中出現(xiàn)的單相接地故障漏判和接地推拉工作量大等問題，充分利用安康電網(wǎng)調(diào)度自動化OPEN3000系統(tǒng)采集的實時信息和計算分析功能，結(jié)合安康電網(wǎng)小電流接地系統(tǒng)單相接地故障處理原則及運行經(jīng)驗。提出了基于調(diào)度自動化系統(tǒng)集中進行單相接地故障研判和自動拉路的方案，開發(fā)了基于OPEN3000平臺的高級應(yīng)用模塊。該高級應(yīng)用模塊在電網(wǎng)發(fā)生接地故障后，利用遙測數(shù)據(jù)變化研判定位故障母線，通過監(jiān)控運行人員的輔助決策，能正確、快速地尋找出發(fā)生單相接地故障的線路，從而縮短電網(wǎng)故障時間，保障電網(wǎng)穩(wěn)定運行和設(shè)備安全。對于結(jié)構(gòu)復雜、線路較多且發(fā)生單相接地故障概率較高的10 kV配網(wǎng)，單相接地故障研判高級應(yīng)用模塊有著廣泛的應(yīng)用空間。

[1]周耀輝.不停電進行變電站綜自系統(tǒng)聯(lián)調(diào)的方法[J].電子設(shè)計工程，2012(2):45-46.ZHOU Yao-hui.Not power substation heald since system alignmentmethod[J].Journal of Electronic Design Engineering,2012(2):45-46.

[2]黃少鋒.不同接地系統(tǒng)的單相接地故障統(tǒng)一分析方法[J].電氣電子教學學報,2013(2):75-76.HUANG Shao-feng.Different grounding system of singlephase grounding fault unified analysismethod[J].Journal of Electrical and Electronics Teaching,2013(2):75-76.

[3]李志勇.農(nóng)網(wǎng)線路的單相接地與保護 [J].農(nóng)村電工,1996(2):21-22.LI Zhi-yong.Rural electric circuit of the single phase grounding and protection [J].Rural Electrician,1996(2):21-22.

[4]徐丙垠.小電流接地故障選線技術(shù)綜述[J].電力設(shè)備,2005(4):42-43.XU Bing-yin.The small currentgrounding fault line selection technology review[J].Electric Power Equipment,2005(4)::42-43.

[5]陳靈根.單相接地故障識別新原理的研究[J].中國電力教育,2010(10):37-38.CHEN Ling-gen.The new principle of single-phase earth fault recognition[J].China Power Education,2010(10):37-38.

[6]劉道兵,基于配電自動化系統(tǒng)的單相接地故障定位[J].電力系統(tǒng)自動化,2010(5):29-30.LIU Dao-bing.Based on the single-phase grounding fault location of distribution automation system [J].Automation of Electric Power Systems,2010(5):29-30.