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        配電網(wǎng)單相接地選線試驗(yàn)技術(shù)

        2017-12-28 10:01:59楊博拓新路
        關(guān)鍵詞:配電網(wǎng)特征故障

        楊博 拓新路

        (1.國(guó)網(wǎng)陜西省電力公司電力科學(xué)研究院 2.國(guó)網(wǎng)陜西省電力公司檢修公司)

        配電網(wǎng)單相接地選線試驗(yàn)技術(shù)

        楊博1拓新路2

        (1.國(guó)網(wǎng)陜西省電力公司電力科學(xué)研究院 2.國(guó)網(wǎng)陜西省電力公司檢修公司)

        單相接地故障是配電網(wǎng)故障率最高的故障類型,對(duì)配電網(wǎng)供電可靠性產(chǎn)生顯著影響。準(zhǔn)確識(shí)別故障線路是盡快修復(fù)故障的關(guān)鍵途徑,因此本文對(duì)配電網(wǎng)單相接地故障選線試驗(yàn)技術(shù)進(jìn)行了探討。

        配電網(wǎng);單相接地;故障選線

        0 引言

        從故障類型上分類,配電網(wǎng)故障可分為相間短路故障(AB、BC、CA、ABC)和接地故障(AG、BG、CG、ABG、BCG、CAG,其中G表示地)。接地故障發(fā)生頻率遠(yuǎn)高于相間短路故障,尤其是單相接地故障占到配電網(wǎng)故障總數(shù)的80%以上[1]。

        我國(guó)電力系統(tǒng)中,110kV及以上線路一般采用中性點(diǎn)有效接地方式,即中性點(diǎn)直接接地或經(jīng)低阻抗接地,因?yàn)榘l(fā)生接地故障時(shí),故障電流很大,故也稱為大電流接地;110kV以下線路則采用中性點(diǎn)非有效接地方式,即中性點(diǎn)不接地或經(jīng)消弧線圈接地(也稱為諧振接地)、經(jīng)高阻抗接地,發(fā)生接地故障時(shí),因不構(gòu)成短路回路,接地電流較小,故也稱為小電流接地[2]。35kV和66kV電網(wǎng)主要采用中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地方式,6~10kV電網(wǎng)主要采用中性點(diǎn)不接地方式。但隨著電力系統(tǒng)容量的增長(zhǎng),單相接地故障點(diǎn)的電容電流也在變大,為了抑制接地電流,10kV配電網(wǎng)采用中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地方式越來(lái)越多。由于接地故障電流不大,而且三相線電壓仍保持對(duì)稱關(guān)系,所以允許帶故障運(yùn)行1~2h。但長(zhǎng)時(shí)間帶故障運(yùn)行可能使故障發(fā)展為相間短路或多點(diǎn)接地故障,危及電網(wǎng)安全,故而單相接地故障應(yīng)當(dāng)盡快處理[3]。

        故障準(zhǔn)確定位是排除故障的前提,故障定位分為故障選線、區(qū)段定位和故障測(cè)距三個(gè)階段[4],選線是查找故障點(diǎn)的第一步,也是其他兩步的基礎(chǔ),其重要性不言而喻,因此本文對(duì)配電網(wǎng)單相接地故障選線試驗(yàn)技術(shù)進(jìn)行了探討。

        1 配電網(wǎng)單相接地故障選線方法與發(fā)展趨勢(shì)

        1.1 大電流接地系統(tǒng)單相接地故障的選線

        對(duì)于采用大電流接地系統(tǒng)的110kV配電網(wǎng)來(lái)說(shuō),因?yàn)楣收想娏鬏^大,比較容易檢測(cè),采用過(guò)電流法進(jìn)行選線定位,利用配網(wǎng)FTU或FPI檢測(cè)過(guò)流現(xiàn)象,通過(guò)分析故障信息,識(shí)別故障線路,然后隔離故障線路并恢復(fù)非故障線路供電。其原理與過(guò)流保護(hù)相同,判據(jù)較為明確,靈敏度和可靠性也比較好。對(duì)于供電距離較長(zhǎng)的城郊或鄉(xiāng)鎮(zhèn)配電網(wǎng),可利用阻抗法、電流對(duì)比法定位故障區(qū)段。

        1.2 小電流接地系統(tǒng)單相接地故障的選線

        對(duì)于采用小電流接地系統(tǒng)的配電網(wǎng)而言,因?yàn)楣收想娏鬏^小,接地電弧不穩(wěn)定,故障特征不明顯,所以選線難度很大,迄今很少有非常令人滿意的產(chǎn)品,主要問(wèn)題是選線準(zhǔn)確度不高,很多故障仍需通過(guò)人工拉線方式確定,造成停電范圍擴(kuò)大化。目前,小電流接地系統(tǒng)故障選線主要有外加注信號(hào)法和故障電氣量特征法兩大類。前者也稱為主動(dòng)式故障選線法,向系統(tǒng)注入S信號(hào)、脈沖信號(hào)等,利用尋跡原理,通過(guò)探測(cè)接地點(diǎn)返回信號(hào)或出線阻尼率實(shí)現(xiàn)故障選線,但需增加信號(hào)源和檢測(cè)設(shè)備,投資較大,還存在注入信號(hào)功率受互感器容量限制、對(duì)間歇性接地電弧檢測(cè)困難等問(wèn)題,影響實(shí)際效果。后者也稱為被動(dòng)式故障選線法,并根據(jù)故障信號(hào)特征分量分為故障穩(wěn)態(tài)選線法和故障暫態(tài)選線法。穩(wěn)態(tài)選線法主要利用故障信號(hào)的穩(wěn)態(tài)特征分量,例如零序電流、零序電壓、有功分量、無(wú)功分量、負(fù)序電流、殘余電流、諧波等,這類方法的共同問(wèn)題是遇到故障點(diǎn)電弧不穩(wěn)定乃至間歇性接地故障時(shí),因缺乏穩(wěn)定的穩(wěn)態(tài)特征信號(hào),常造成誤判。暫態(tài)選線法是利用接地故障后暫態(tài)電流特征,由于暫態(tài)特征分量遠(yuǎn)大于穩(wěn)態(tài)特征分量,所以可以改善穩(wěn)態(tài)法故障信息不穩(wěn)定的缺點(diǎn),但因暫態(tài)過(guò)程非常短暫,信號(hào)采集相對(duì)不易,該類方法有首半波法、小波分析法、Prony法等。

        1.3 單相接地故障選線技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)

        單相接地故障選線技術(shù)的難點(diǎn)在于小電流接地故障選線,由于受到故障穩(wěn)態(tài)分量小以及故障相位角、互感器特性、故障電弧不穩(wěn)定、消弧線圈過(guò)補(bǔ)償乃至各種隨機(jī)因素的影響,采用單一選線技術(shù)不可避免地存在局限性或“動(dòng)作死區(qū)”,故而難以滿足選線準(zhǔn)確性要求,采用信息融合技術(shù),綜合利用各種故障特征是小電流接地故障選線的發(fā)展趨勢(shì),例如利用人工智能算法綜合多種故障特征,有利于提高選線可靠性,但因缺乏對(duì)信號(hào)本質(zhì)特征的分析,實(shí)際應(yīng)用效果仍有待實(shí)踐檢驗(yàn)。除了利用電流、電壓、功率、波形等特征以外,探索其他特征量也是單相接地故障選線的一個(gè)發(fā)展趨勢(shì),例如田書(shū)等[5]利用配電線路的磁場(chǎng)特征進(jìn)行選線和定位。

        2 配電網(wǎng)單相接地故障選線試驗(yàn)技術(shù)

        2.1 選線試驗(yàn)方法

        單相接地故障選線試驗(yàn)大都采用仿真實(shí)驗(yàn)法,該方法具有經(jīng)濟(jì)、安全、快捷的優(yōu)點(diǎn),電力系統(tǒng)常用的仿真工 具 有 ATP-EMTP、PSCAD/EMTDC、NETOMAC、PSASP、MATLAB等。但仿真實(shí)驗(yàn)設(shè)定的條件與電力系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行情況多少會(huì)有些出入,所以仿真效果好不見(jiàn)得實(shí)際應(yīng)用效果好?,F(xiàn)場(chǎng)模擬試驗(yàn)更接近實(shí)際情況,但試驗(yàn)條件苛刻,文獻(xiàn)[1]即在實(shí)際線路上通過(guò)人工模擬驗(yàn)證單相接地故障選線效果。合理做法是先經(jīng)過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)獲得理想方案,再制作樣機(jī)掛網(wǎng)試運(yùn)行,下面案例即為樣機(jī)掛網(wǎng)試驗(yàn)結(jié)果。

        2.2 選線試驗(yàn)案例

        某10kV配電網(wǎng)線路結(jié)構(gòu)如圖1所示,5條出線中L5處有單相接地故障。表1列出中性點(diǎn)不接地和中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地的現(xiàn)場(chǎng)故障選線結(jié)果。

        表1 配電網(wǎng)單相接地故障選線試驗(yàn)結(jié)果

        由表1可見(jiàn),小波包法對(duì)中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地有一個(gè)錯(cuò)判,因該法在暫態(tài)過(guò)程不明顯時(shí)準(zhǔn)確性下降,同時(shí)消弧線圈對(duì)接地電流的補(bǔ)償作用也帶來(lái)了分析的困難,導(dǎo)致判別準(zhǔn)確性比中性點(diǎn)不接地低,然而融合多種判據(jù)保證了最終判別的可靠性。

        3 結(jié)束語(yǔ)

        配電網(wǎng)單相接地故障選線的難點(diǎn)在于小電流接地系統(tǒng),尤其是中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)選線難度更大。

        目前故障選線技術(shù)的可靠性仍難以滿足實(shí)際需求,對(duì)配網(wǎng)智能化的建設(shè)和發(fā)展造成一定影響,因此有必要攻堅(jiān)克難,從原理與技術(shù)應(yīng)用方面取得突破,可喜的是多判據(jù)融合技術(shù)已現(xiàn)曙光,可能對(duì)未來(lái)選線技術(shù)帶來(lái)決定性影響。

        [1] 謝成,金涌濤,胡葉舟,等.基于相關(guān)系數(shù)分析的配電網(wǎng)單相接地故障研判方法與試驗(yàn)研究[J].浙江電力,2017,36(3):17-23.

        [2] 王智.配電網(wǎng)接地故障分析與判斷[D].宜昌:三峽大學(xué),2012.

        [3] 董富德. 10kV配電線路單相接地故障智能選線方法研究[D].廣州:廣東工業(yè)大學(xué),2015.

        [4] 唐金銳,尹項(xiàng)根,張哲,等.配電網(wǎng)故障自動(dòng)定位技術(shù)研究綜述[J].電力自動(dòng)化設(shè)備,2013,33(5):7-13.

        [5] 田書(shū),王亞彩,王曉衛(wèi),等.基于磁場(chǎng)測(cè)量的配電網(wǎng)單相接地選線及定位新方法[J].電力系統(tǒng)保護(hù)與控制,2016,44(11):61-67.

        2017-09-17)

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