配網(wǎng)故障快速定位的基本方法分析及故障指示器的應(yīng)用

周經(jīng)緯 鄧國明 陽細(xì)斌

（廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司陽江供電局，廣東 陽江529500）

0 引言

配網(wǎng)分布廣、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，在城區(qū)電網(wǎng)架空線路多與電纜線路混合分布。對于保護(hù)不完善的線路，一旦線路某區(qū)段發(fā)生接地故障，則需要通過多次開關(guān)的操作才能將故障隔離開。故障處理時間長，易造成較大面積的停電，故亟需進(jìn)一步提高故障定位和處理水平。利用配網(wǎng)自動化系統(tǒng)，能實(shí)現(xiàn)故障的快速定位，幫助檢修人員快速找到故障點(diǎn)，對故障進(jìn)行隔離和處理，這對加快恢復(fù)供電速度具有重要意義。

1 配網(wǎng)故障定位的基本方法

1.1 利用重合器和分段器

對于輻射型或開環(huán)運(yùn)行的環(huán)網(wǎng)，其線路中間發(fā)生故障時，該線路的重合器檢測到短路電流并跳閘，經(jīng)過整定延時時間后自動重合。如果故障為瞬時故障，則重合器重合成功，電網(wǎng)恢復(fù)正常。如果故障為永久性故障，則重合器重合失敗，再次跳閘并重合。經(jīng)過設(shè)定的重合次數(shù)后，重合器閉鎖重合，線路失電。分段器對重合器的重合次數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)，當(dāng)達(dá)到整定值后，分段器分閘，將故障隔離開。如果分段器計(jì)數(shù)未達(dá)到整定值而故障已被隔離，則經(jīng)過延時后恢復(fù)到初始狀態(tài)，對下一次故障可重新計(jì)數(shù)。采用這種方法可以對故障進(jìn)行定位和隔離，并且不需要運(yùn)維人員操作。但是這種方法中，如果故障為永久性故障，重合器的多次重合將對電網(wǎng)造成較大沖擊；重合器拒動時也會造成事故范圍擴(kuò)大。

1.2 利用FTU 和SCADA

FTU 具有遙信、遙測、遙控功能，它檢測到故障電流會通過SCADA 通信網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)上傳，由主站通過運(yùn)算對故障進(jìn)行定位。對于輻射型或開環(huán)運(yùn)行的環(huán)網(wǎng)，電源側(cè)最后一個通過短路電流的開關(guān)以及第一個通過短路電流的開關(guān)之間即為故障區(qū)段，可以通過檢測沿線開關(guān)通過的短路電流對故障點(diǎn)進(jìn)行定位。對于環(huán)網(wǎng)，發(fā)生故障后，各電源點(diǎn)的電流都會流向故障點(diǎn)，而在故障區(qū)段其兩端的故障電流功率方向相反，通過判斷短路電流的功率方向即可定位出故障點(diǎn)。利用這種方法能夠一次性定位出故障區(qū)段，而不需要重合器進(jìn)行重合。但是FTU 和SCADA 通信網(wǎng)絡(luò)成本較高，一般只對重點(diǎn)線路配置。

1.3 利用故障指示器

故障指示器安裝在配網(wǎng)線路上，具有電流電壓采集、故障檢測和判別、故障指示、信號輸出和自動復(fù)歸等功能，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 故障指示器結(jié)構(gòu)圖

故障指示器利用空間電場電位梯度采集線路電壓，利用電磁感應(yīng)采集線路電流，通過電壓和電流的變化對故障進(jìn)行分析，如果判斷為短路故障，則自動動作并做出指示，同時將故障信號利用通信系統(tǒng)發(fā)送給主站。如圖2中的線路，S為故障指示器安裝點(diǎn)，F(xiàn)為線路短路故障點(diǎn)，則從變壓器到故障點(diǎn)F之間將流過故障電流，沿途的故障指示器S1～S5都會檢測到短路電流，因此會發(fā)出指示信號。而S7、S8沒有流過短路電流，因此不會動作。這樣沿著配網(wǎng)線路，最后一個有指示的故障指示器和第一個沒有指示的故障指示器之間的區(qū)段即為故障區(qū)段。

圖2 故障指示器安裝示意圖

2 故障指示器在故障定位上的應(yīng)用

2.1 故障指示器工作原理

過流型故障指示器在使用前會設(shè)置一個動作值，在運(yùn)行過程中一旦檢測到線路流過的電流I大于動作值Id，同時其持續(xù)時間T 大于設(shè)定時間Td，則會判斷發(fā)生故障。Id在設(shè)置時需要大于線路正常運(yùn)行時安裝點(diǎn)可能流過的最大負(fù)荷電流，小于該條線路末端故障時安裝點(diǎn)可能流過的最小短路電流。采用過流方案具有實(shí)現(xiàn)簡單的優(yōu)點(diǎn)，但在系統(tǒng)運(yùn)行方式變化時，線路故障時所需的動作值也會變化，而提前設(shè)置的Id是固定的，因此容易出現(xiàn)誤動或拒動的情況。

自適應(yīng)型故障指示器檢測的是電流的變化量。由于線路在發(fā)生故障時，電流增加幅度較大，線路保護(hù)跳閘后電壓UC和電流IC會在瞬間變?yōu)?，因此自適應(yīng)型故障指示器根據(jù)故障電流分量整定值Ib、故障切除可能所需最短時間T1、故障切除可能所需最長時間T2對故障進(jìn)行判別，其判據(jù)如下：

ΔI＞Ib

T1≤ΔT≤T2

UC＝0

IC＝0

采用這種原理，故障指示器動作只與故障電流分量有關(guān)，對線路負(fù)荷電流的變化能夠自適應(yīng)，電網(wǎng)運(yùn)行方式變化后整定值不變，減少了故障指示器誤動或拒動的情況。

2.2 利用故障指示器檢測單相接地故障的方案

在變電站接地變壓器上安裝一臺動態(tài)阻性負(fù)載，如圖3所示。

圖3 動態(tài)阻性負(fù)載安裝圖

當(dāng)線路發(fā)生單相接地故障時，中性點(diǎn)出現(xiàn)偏移電壓，當(dāng)控制器檢測到該偏移電壓大于整定值并持續(xù)一定時間后，則將動態(tài)阻性負(fù)載延時短時投入，使得變電站到故障點(diǎn)之間產(chǎn)生一個特殊的信號電流。而該信號電流將流過故障相，只有故障線路上的故障指示器才能檢測到這個特殊信號電流，并自動指示和發(fā)送信號到主站，對故障點(diǎn)進(jìn)行定位。

采用這種方案，能夠有效地對配網(wǎng)故障信息進(jìn)行采集。在實(shí)施該方案的過程中，要選用符合規(guī)范要求的故障指示器，沿線安裝。配置通信終端和主站系統(tǒng)，故障指示器通過GPRS功能將信息發(fā)送給主站，經(jīng)過解密認(rèn)證后才能由主站系統(tǒng)進(jìn)行處理。為故障指示器增加電流監(jiān)測功能，使其同時具有故障指示和電流監(jiān)測功能。

3 結(jié)語

本文首先對配網(wǎng)故障定位的基本方法進(jìn)行了闡述。由于配網(wǎng)分布廣的特點(diǎn)，依靠在開關(guān)上安裝自動化裝置對故障進(jìn)行定位將花費(fèi)大量的資金，建設(shè)和運(yùn)維成本高，而采用故障指示器對線路的故障點(diǎn)進(jìn)行檢測和定位將有效降低成本。本文提出了一種特殊信號注入法，對于單相故障的定位具有較大優(yōu)勢。隨著配網(wǎng)自動化的發(fā)展，故障定位的算法及故障特征的檢測技術(shù)會進(jìn)一步得到改進(jìn)，配網(wǎng)的運(yùn)行也將更加安全、可靠。

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