基于模糊綜合評價(jià)方法的中性點(diǎn)接地方式選擇方法及算例分析

趙帥　徐祥征　胡文廣　王利娜

摘 要：隨著配電網(wǎng)電纜線路的使用比例逐漸增加，為了保證電網(wǎng)供電的可靠性，選擇了最佳的中性點(diǎn)接地方法.根據(jù)南昌市供配電線路統(tǒng)計(jì)，不同中性點(diǎn)接地方式失效時(shí)系統(tǒng)參數(shù)的特點(diǎn)，建立了包含故障電流、弧光接地過電壓和發(fā)生故障時(shí)的線路跳閘率在內(nèi)的安全性能評價(jià)指標(biāo).建立Fuzzy-AHP模型，得到三個(gè)主要安全績效指標(biāo)的隸屬函數(shù)，利用層次分析法得到的相應(yīng)權(quán)重，進(jìn)行模糊綜合評價(jià)，進(jìn)行最優(yōu)中性點(diǎn)接地方式選擇，經(jīng)過算例驗(yàn)證了該方法的實(shí)用性和一定的工程參考價(jià)值.

關(guān)鍵詞：中性點(diǎn)接地;弧光接地;線路跳閘率;隸屬函數(shù)

中圖分類號：O159;TP301.6? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? 文章編號：1673-260X（2020）03-0008-04

低壓配電網(wǎng)的中性點(diǎn)接地方法是集繼電保護(hù)，絕緣水平和系統(tǒng)運(yùn)行的綜合問題[1]，世界各地由于網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)差異、電壓等級不同、用電端要求等原因，一直存在著中性點(diǎn)接地方式選擇的分歧，也缺少綜合性考慮且可行性較好的選擇方法[2].目前，中國低壓配電網(wǎng)的中性點(diǎn)接地方式有中性點(diǎn)不接地，小電阻接地，通過高阻接地，通過滅弧線圈接地等幾種方式，但都存在一些優(yōu)缺點(diǎn)[3-4].本文根據(jù)201X年南昌市供配電線路故障統(tǒng)計(jì)情況，進(jìn)行簡要事故分析.并在變電站故障數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，綜合分析了故障電流、弧光接地過電壓倍數(shù)、故障跳閘情況及系統(tǒng)規(guī)劃等因素，根據(jù)層次分析法總結(jié)其影響，利用模糊評價(jià)法對其進(jìn)行分析，并根據(jù)綜合評分得出給定條件下中性點(diǎn)接地方式的最優(yōu)選擇.該選擇法綜合考慮了中性點(diǎn)接地方式與各大故障因素之間的關(guān)系，綜合電網(wǎng)要求，對中低壓配電網(wǎng)中性點(diǎn)選擇有著一定參考作用.

1 南昌市配電線路故障統(tǒng)計(jì)分析

根據(jù)南昌市201X年配電網(wǎng)絡(luò)變電站數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，故障電流、接地過電壓及跳閘情況具體數(shù)據(jù)在此隱去，部分故障統(tǒng)計(jì)情況如表1.

由數(shù)據(jù)可知南昌配電線路跳閘857條次，重合閘成功468條次，重合閘不成功389條次，重合閘成功率為54.61%;接地229條次，應(yīng)急搶修342條次;因故障停電960條次，因用戶申請8條次，重合閘成功率為54.61%.變電站合計(jì)10kV線路跳閘超過10次的變電站有11個(gè)，變電站合計(jì)10kV線路跳閘超過5次的變電站有24個(gè).線路跳閘超過3次及以上的線路有33條，其中跳閘超過5次的線路有15條，變電站10kV線路接地超過10次的變電站有9個(gè)，變電站接地超過5次的變電站有20個(gè)，頻繁接地線路超過5次及以上的線路有7條線路，接地超過3次及以上的線路有24條.

由此故障統(tǒng)計(jì)也可以看出，隨著南昌市區(qū)電力電纜應(yīng)用的增多，消弧線圈的弊端也漸漸暴露，電容電流已達(dá)到了相當(dāng)高的級別，主要體現(xiàn)在[5-6]：（1）消弧線圈補(bǔ)償殘流大，容易發(fā)生弧光接地過電壓.（2）消弧線圈無法有效補(bǔ)償高頻電流.（3）消弧線圈的容量受到限制.因此很多實(shí)際工程開始研制開關(guān)型消弧裝置.面對增加城市電纜比例的趨勢，變電站中性點(diǎn)接地方式的選擇對整個(gè)配電網(wǎng)的可靠性有著非常重要的影響.因此，需要一種更合理的中性點(diǎn)接地方法選擇方法，為提高電網(wǎng)的安全運(yùn)行能力提供參考.

2 基于模糊評價(jià)-層次分析法的中性點(diǎn)接地選擇

2.1 安全性評價(jià)指標(biāo)建立

根據(jù)對中性點(diǎn)接地方式影響因素程度的分析，選取了故障電流、弧光接地過電壓倍數(shù)及故障跳閘情況等作為此次數(shù)學(xué)模型分析的重點(diǎn).其選擇流程結(jié)構(gòu)如圖1所示.

2.1 Fuzzy-AHP模型

Fuzzy-AHP模型是基于層次分析法（Analytic Hierarchy Process）得出權(quán)重的模糊綜合評價(jià)方法，這種該綜合法根據(jù)模糊數(shù)學(xué)的隸屬度理論將定性評價(jià)轉(zhuǎn)化為定量評價(jià).由于中性點(diǎn)接地方式的具體適用性難以量化，屬于典型的模糊非線性問題[8]，因此采用了Fuzzy-AHP模型對其進(jìn)行處理.可以根據(jù)其清晰明確的結(jié)果進(jìn)行系統(tǒng)地評價(jià).

模糊評價(jià)方法需要根據(jù)評價(jià)量化體系，將評價(jià)分為：滿意度高、滿意度較高、滿意度一般、滿意度較低、滿意度低五個(gè)等級.具體如表2所示：

根據(jù)評估，構(gòu)建并量化分層隸屬函數(shù)，并進(jìn)行進(jìn)一步的模糊評估處理.由于X1故障跳閘率、X2故障相接地電流/A、X3弧光接地過電壓倍數(shù)都屬于越小越良好型，于是有隸屬度函數(shù)：

對與某中性點(diǎn)接地選擇時(shí)，其測定量為U=（？覬1，？覬2，？覬3），其對應(yīng)的評價(jià)指標(biāo)的模糊關(guān)系矩陣為：

通過引進(jìn)層次分析法對各安全影響指標(biāo)進(jìn)行權(quán)重分級，將其重要性進(jìn)行量化，從而得到判斷矩陣.其判斷標(biāo)準(zhǔn)如表3所示：

根據(jù)此評價(jià)指標(biāo)重要性量化分級準(zhǔn)則，可以得到相應(yīng)的判定矩陣A.通過計(jì)算一致性比例CR，來判斷矩陣一致性是否可接受[9].

經(jīng)推導(dǎo)計(jì)算，得到各安全評價(jià)指標(biāo)的權(quán)重向量Q=（q1，q2，q3），其中q1計(jì)算公式為：

則根據(jù)式（7）、式（8），可得綜合安全指標(biāo)評價(jià)向量為：

3 實(shí)例驗(yàn)證

本文選取南昌市某變電站10kV段，其線路參數(shù)如表4所示，利用ATP-EMTP進(jìn)行仿真計(jì)算得到不同中性點(diǎn)接地方式，發(fā)生單相接地故障的故障電流與過電壓倍數(shù)，和相關(guān)統(tǒng)計(jì)的故障跳閘率，如表3-2所示，其中新型接地方式為仿真數(shù)據(jù)，所有電纜線路路為YJV22-240/10kV，架空線型號為JKLYJ-120/10kV其跳閘率按45%計(jì)算.

根據(jù)式（1）至式（5）所得的隸屬函數(shù)，得到相應(yīng)的模糊關(guān)系矩陣：

計(jì)算得到一致性比率為0.0068，滿足一致性要求.隨后，根據(jù)式（8），求得權(quán)重向量為：Q=（0.52 0.27 0.14），最終得到綜合評價(jià)向量為：

P小電阻=（0.03 0.27 0.43 0.69 0.61）

P消弧線圈=（0.11 0.7 0.82 0.3 0.13）

P不接地=（0.1 0.27 0.92 0.75 0）

P新型=（0.03 0.27 0.43 0.57 0.73）

判定準(zhǔn)則：取綜合評價(jià)向量max（pi）對應(yīng)的評價(jià)指標(biāo)重要性量化分級中的滿意度vi作為該中心的的評價(jià)結(jié)果，最終選取滿意度最高對應(yīng)的中性點(diǎn)接地方式作為最優(yōu)選擇[7].

結(jié)果為小電阻接地方式滿意度為v4級別滿意度較高、經(jīng)消弧線圈接地方式滿意度為v3級別滿意度一般、不接地系統(tǒng)接地方式滿意度為v3級別滿意度一般，新型接地方式滿意度為v5級別滿意度高，因此得出結(jié)論，新型接地方式理論上為接地方式改造的最優(yōu)選擇，其次是應(yīng)用傳統(tǒng)的小電阻接地方式.

4 總結(jié)

本文根據(jù)201X年南昌市配電線路故障統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的情況提出了評價(jià)方法，總結(jié)工作如下：

（1）總結(jié)了南昌市配電網(wǎng)故障的發(fā)生情況，并簡要分析了消弧線圈接地的中性點(diǎn)系統(tǒng)存在的問題;針對當(dāng)今城區(qū)配電網(wǎng)絡(luò)電纜線路比例增大，配電網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)化建設(shè)的需求，提出中性點(diǎn)接地方式簡易選擇方法—層次分析法.

（2）針對不同中性點(diǎn)接地方式發(fā)生故障時(shí)的系統(tǒng)參數(shù)特點(diǎn)，建立包含故障電流、弧光接地過電壓和發(fā)生故障時(shí)的線路跳閘率在內(nèi)的安全性能評價(jià)指標(biāo);建立Fuzzy-AHP模型，得出三大安全性能指標(biāo)的隸屬函數(shù)，利用層次分析法得到的相應(yīng)權(quán)重，進(jìn)行模糊綜合評價(jià)，進(jìn)行最優(yōu)中性點(diǎn)接地方式選擇.

（3）根據(jù)Fuzzy-AHP模型，經(jīng)過算例驗(yàn)證了該方法的實(shí)用性和一定的工程參考價(jià)值，

同時(shí)也驗(yàn)證了本文提出的新型接地方式在配電網(wǎng)電纜比例結(jié)構(gòu)逐漸增大的趨勢下，新型接地方式在供電可靠與系統(tǒng)安全運(yùn)行對比傳統(tǒng)接地方式的優(yōu)勢，為其進(jìn)行工程試驗(yàn)提供理論依據(jù)與參考指導(dǎo).

該方法理論思路清晰，可以通過大量的實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)再與實(shí)際情況相結(jié)合，有著進(jìn)一步改進(jìn)優(yōu)化的潛力.

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