廖詩(shī)怡，范瑞祥，安 義，潘建兵

（1.華中科技大學(xué) 機(jī)械科學(xué)與工程學(xué)院，湖北 武漢 430074；2.國(guó)網(wǎng)江西省電力有限公司電力科學(xué)研究院，江西 南昌 330096）

0 引言

近年來(lái)，由于氣象災(zāi)害、設(shè)備老化、外力破壞等原因，配電線(xiàn)路斷線(xiàn)故障呈多發(fā)態(tài)勢(shì)。斷線(xiàn)故障會(huì)導(dǎo)致負(fù)荷側(cè)三相電壓、電流不再對(duì)稱(chēng)，產(chǎn)生的負(fù)序、零序分量將對(duì)各類(lèi)負(fù)荷特別是旋轉(zhuǎn)設(shè)備造成嚴(yán)重?fù)p害。此外，斷線(xiàn)故障還會(huì)伴隨接地形成復(fù)雜故障，由于難以及時(shí)發(fā)現(xiàn)，極易導(dǎo)致火災(zāi)和人畜觸電危害，甚至發(fā)展為相間短路故障，擴(kuò)大停電范圍。國(guó)內(nèi)外曾發(fā)生多起由于10 kV 導(dǎo)線(xiàn)斷線(xiàn)造成的群體人員傷亡和重大財(cái)產(chǎn)損失事故，引起社會(huì)的廣泛關(guān)注。如何快速發(fā)現(xiàn)斷線(xiàn)故障并采用合理的處置措施成為亟待解決的課題。

目前，配電網(wǎng)相間短路故障檢測(cè)技術(shù)已相對(duì)成熟，接地故障研判逐漸成為近年的熱點(diǎn)，并且已取得較大進(jìn)展[1-6]。在此基礎(chǔ)上，相關(guān)高校與科研院所對(duì)斷線(xiàn)故障產(chǎn)生的原因、過(guò)程、特征分析以及檢測(cè)方法等方面也逐步開(kāi)展了研究并取得了一定進(jìn)展。文獻(xiàn)[7-10]分別對(duì)不同電壓線(xiàn)路發(fā)生斷線(xiàn)故障的原因及過(guò)程進(jìn)行分析，對(duì)工作人員分析判斷故障情況具有一定的參考價(jià)值。但綜合分析現(xiàn)有斷線(xiàn)故障研究成果，大多存在研判算法復(fù)雜，對(duì)監(jiān)測(cè)裝置硬件配置與數(shù)據(jù)采集質(zhì)量要求高的問(wèn)題，從而導(dǎo)致相關(guān)成果的落地推廣存在困難。

為提升配網(wǎng)斷線(xiàn)故障感知與處置能力，文中提出以配電臺(tái)區(qū)融合終端為感知單元，以融合終端采集的臺(tái)區(qū)低壓側(cè)電壓異常狀態(tài)為判據(jù)，通過(guò)主動(dòng)工單自動(dòng)推送斷線(xiàn)故障信息，從而確保故障得到快速及時(shí)的處理。

1 配變高壓側(cè)斷線(xiàn)判據(jù)分析

目前常用的配變類(lèi)型為Dyn11與Yyn0類(lèi)型，根據(jù)兩種變壓器的低壓側(cè)電壓異常狀態(tài)，分析判斷配變高壓側(cè)可能出現(xiàn)斷線(xiàn)故障的情況。

1.1 Dyn11型配變高壓側(cè)斷線(xiàn)研判

Dyn11型變壓器繞組接線(xiàn)和高壓側(cè)向量關(guān)系分別如圖1和圖2所示，其中UA，UB，UC表示高壓側(cè)三相相電壓，UCA，UAB，UBC表示高壓側(cè)線(xiàn)電壓。

圖1 Dyn11配變繞組接線(xiàn)示意圖

圖2 Dyn11配變高壓側(cè)相量關(guān)系圖

因繞組連接方式，Dyn11型變壓器低壓側(cè)相電壓相位應(yīng)與高壓側(cè)線(xiàn)電壓線(xiàn)電壓相位一致。當(dāng)高壓側(cè)B相斷線(xiàn)時(shí)，UB=0，此時(shí)UAC不受影響，即低壓側(cè)的電壓應(yīng)不發(fā)生較大變化。此時(shí)變壓器因高壓側(cè)B相沒(méi)有電壓，斷線(xiàn)出口為空載，幾乎沒(méi)有功率產(chǎn)生，則斷線(xiàn)后的高壓側(cè)B相繞組將與A 相繞組串聯(lián)，最終形成A、C相間有三個(gè)繞組的接線(xiàn)形式，如圖3所示。在低壓側(cè)則可表現(xiàn)為低壓側(cè)c相電壓正常，a、b相電壓之和與c相相當(dāng)。

圖3 Dyn11型配變高壓側(cè)B相斷線(xiàn)后繞組接線(xiàn)示意圖

結(jié)合以上原理，依次類(lèi)推A 相和C相斷線(xiàn)的分析結(jié)果，可簡(jiǎn)化形成具備工程應(yīng)用價(jià)值的判據(jù)。為降低計(jì)算量和實(shí)時(shí)處理要求，當(dāng)配變低壓側(cè)檢測(cè)到任意相電壓小于200 V 且不同時(shí)小于200 V 后才開(kāi)始判斷，具體如下：

1）高壓側(cè)A 相斷線(xiàn)時(shí)，低壓側(cè)B相電壓正常（Ub＞200V）且B相為三相電壓最大值，且|Ub－Ua－Uc|＜30V。

2）高壓側(cè)B相斷線(xiàn)時(shí)，低壓側(cè)C相電壓正常（Uc＞200V）且C相為三相電壓最大值，且|Uc－Ua－Ub|＜30V。

3）高壓側(cè)C相斷線(xiàn)時(shí)，低壓側(cè)A 相電壓正常（Ua＞200V）且A相為三相電壓最大值，且|Ua－Ub－Uc|＜30V。

1.2 Yyn0型配變高壓側(cè)斷線(xiàn)研判

Yyn0型變壓器繞組接線(xiàn)如圖4所示。在此接線(xiàn)方式下，高壓側(cè)UA，UB，UC相電壓相量應(yīng)與低壓側(cè)Ua，Ub，Uc相量相位一致。

圖4 Yyn0配變繞組接線(xiàn)示意圖

當(dāng)高壓側(cè)B相斷線(xiàn)時(shí)，B相繞組一端空載，一端為中性點(diǎn)，理論電壓為0，實(shí)際電壓為A、C相中性點(diǎn)偏移電壓。中性點(diǎn)電壓此時(shí)因B相電壓缺失，僅由A、C相電壓不相等產(chǎn)生偏移。在高壓側(cè)，UA和UC相差不大，UB約等于0。在低壓側(cè)，因用戶(hù)負(fù)載存在部分不平衡現(xiàn)象，Ub會(huì)有一定的電壓產(chǎn)生，暫時(shí)定義為U'b。此時(shí)U'b應(yīng)為Ua、Uc中性點(diǎn)電壓偏移量的值，即U'b=|Ua－Uc|。

結(jié)合以上原理，依次類(lèi)推A 相和C相斷線(xiàn)的分析結(jié)果，同樣檢測(cè)到任意相電壓小于200 V 且不同時(shí)小于200 V 后開(kāi)始判斷，具體如下：

1）高壓側(cè)A 相斷線(xiàn)時(shí)，低壓側(cè)Ua最小且Ua≈|Ub－Uc|。

2）高壓側(cè)B 相斷線(xiàn)時(shí)，低壓側(cè)Ub最小且Ub≈|Ua－Uc|。

3）高 壓 側(cè)C 相 斷 線(xiàn) 時(shí)，低 壓 側(cè)Uc最 小 且Uc≈|Ua－Ub|。

為簡(jiǎn)化計(jì)算便于工程實(shí)現(xiàn)，約等式部分可統(tǒng)一修正為式（1）進(jìn)行判斷：

2 基于融合終端的實(shí)現(xiàn)架構(gòu)與應(yīng)用

臺(tái)區(qū)融合終端是智慧物聯(lián)體系“云管邊端”架構(gòu)的邊緣設(shè)備，具備信息采集、物聯(lián)代理及邊緣計(jì)算功能。基于前述分析，實(shí)施配變高壓側(cè)斷線(xiàn)故障判斷只需采集計(jì)算配變低壓側(cè)電壓，臺(tái)區(qū)融合終端完全能夠滿(mǎn)足數(shù)據(jù)采集與計(jì)算傳輸?shù)墓δ堋?/p>

如圖5所示，在配變低壓側(cè)加裝智能融合終端，實(shí)現(xiàn)配變低壓側(cè)電壓采集功能。利用融合終端的邊緣計(jì)算功能，將斷線(xiàn)判別策略以特定APP形式部署于融合終端中。為防止誤報(bào)，APP每2 s進(jìn)行一次檢測(cè)，連續(xù)三次檢測(cè)判斷結(jié)果均為斷線(xiàn)故障則生成斷線(xiàn)事件。上述生成的事件通過(guò)融合終端自帶的上行采集APP上送至配電自動(dòng)化主站。當(dāng)斷線(xiàn)引發(fā)明顯接地狀態(tài)時(shí)，配置有接地故障監(jiān)控終端的配電線(xiàn)路將接受配電自動(dòng)化主站的處置策略，同時(shí)系統(tǒng)數(shù)據(jù)還會(huì)推送至供電服務(wù)指揮系統(tǒng)中，形成主動(dòng)工單，督促運(yùn)搶人員快速處置故障。若斷線(xiàn)引發(fā)的接地現(xiàn)象不明顯，難以被線(xiàn)路監(jiān)控終端所判別或線(xiàn)路并未配置相應(yīng)的監(jiān)控終端，則上述事件依然會(huì)通過(guò)供電服務(wù)指揮系統(tǒng)形成主動(dòng)工單，督促運(yùn)搶人員及時(shí)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)巡查與處置，極大降低運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)。

圖5 基于融合終端的配變高壓側(cè)斷線(xiàn)故障監(jiān)測(cè)架構(gòu)

為驗(yàn)證所提方案的正確性，以PMS歷史臺(tái)區(qū)數(shù)據(jù)導(dǎo)入多個(gè)臺(tái)區(qū)的配變高壓側(cè)斷線(xiàn)當(dāng)日低壓側(cè)數(shù)據(jù)，測(cè)試表明該方案實(shí)現(xiàn)配變高壓側(cè)斷線(xiàn)故障0誤判、0漏判，部分案例數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 部分驗(yàn)證案例數(shù)據(jù)表

目前，該方案已在部分配置融合終端的配電臺(tái)區(qū)實(shí)現(xiàn)落地應(yīng)用，如圖6所示。融合終端不僅配置了斷線(xiàn)監(jiān)測(cè)APP，同時(shí)還集成了漏電監(jiān)測(cè)、油溫預(yù)警等特色APP，極大拓展了融合終端應(yīng)用功能，以配電變壓器為核心節(jié)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了配網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)的精細(xì)化管控。

圖6 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用圖片及融合終端采集數(shù)據(jù)

3 結(jié)語(yǔ)

為快速判斷處置配電線(xiàn)路斷線(xiàn)故障，文中以電壓為主要判斷依據(jù)，詳細(xì)分析了配變高壓側(cè)不同斷線(xiàn)狀態(tài)下對(duì)配變低壓側(cè)電壓的影響，針對(duì)Dyn11和Yyn0兩種常用變壓器給出了適合工程實(shí)現(xiàn)的具體判據(jù)，同時(shí)充分利用配變智能融合終端的邊緣計(jì)算功能，將判據(jù)編制形成特定APP部署至融合終端中。通過(guò)融合終端與配電自動(dòng)化主站及供電服務(wù)指揮系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)交互，形成主動(dòng)工單指導(dǎo)運(yùn)搶人員快速合理處置故障，案例校核與現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用驗(yàn)證了方法的有效性。文中提出的方法符合能源互聯(lián)網(wǎng)建設(shè)與應(yīng)用的技術(shù)趨勢(shì)，滿(mǎn)足配網(wǎng)現(xiàn)有管理模式與設(shè)備配置要求，可隨融合終端的部署廣泛推廣，具備較高的工程實(shí)用價(jià)值。