配電自動化系統(tǒng)中相間短路故障判斷及處理方法研究

張一新

[摘? ? 要]為了完善配電網(wǎng)故障診斷及處理策略，以相間短路故障為例，著重分析開閉環(huán)情況、DG適應(yīng)范圍、FTU方向情況、故障信息健全情況，擬定不同的故障定位方法進(jìn)行判斷。其中每一種定位方法都增加了容錯故障定位，形成了較為完整的故障判斷方案，并提出了不同情形下的故障處理流程。某情形實踐應(yīng)用結(jié)果顯示，本研究方案能夠準(zhǔn)確定位故障位置，并生成有效處理方法。

[關(guān)鍵詞]故障判斷;故障處理;相間短路故障

[中圖分類號]TM76 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A [文章編號]2095–6487（2021）07–0–02

Research on Judgement and Treatment Method of Phase-to-phase?Short Circuit Fault in Distribution Automation System

Zhang Yi-xin

[Abstract]In order to improve the fault diagnosis and treatment strategy of the distribution network， taking the phase-to-phase short-circuit fault as an example， it focuses on the analysis of the open and closed loop conditions， the DG adaptation direction， the FTU direction， and the fault information status， and draws up different fault location methods for judgment. Among them， each positioning method adds fault-tolerant fault location to form a relatively complete fault judgment plan， and proposes fault handling procedures in different situations. The practical application results of a certain situation show that this research scheme can accurately locate the fault location and generate effective treatment methods.

[Keywords]fault judgment; fault handling; phase-to-phase short-circuit fault

1 配電網(wǎng)簡化結(jié)構(gòu)

按照區(qū)域不同，可以將配電網(wǎng)區(qū)域劃分為兩部分：

（1）監(jiān)控區(qū)域。該區(qū)域主要由末梢節(jié)點或者監(jiān)控節(jié)點組成，通過測試負(fù)荷轉(zhuǎn)移情況，從而判斷自動化系統(tǒng)是否發(fā)生故障，對于故障區(qū)域直接采取隔離處理。

（2）監(jiān)測區(qū)域。該區(qū)域由末梢節(jié)點或者監(jiān)測節(jié)點組成，一旦監(jiān)測結(jié)果顯示當(dāng)前節(jié)點發(fā)生故障，可以立即對故障位置進(jìn)行定位。

由于監(jiān)測區(qū)域缺少遙控設(shè)備配置，所以在確定故障區(qū)域以后，還需要采用人工定位方式，尋找具體故障位置，導(dǎo)致維修效率難以提升。因此，本研究以監(jiān)控區(qū)域作為相間短路故障判斷研究對象，簡化配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，將配電網(wǎng)拆分為多個監(jiān)控區(qū)域，分別觀察各個區(qū)域內(nèi)負(fù)荷轉(zhuǎn)移情況，做出準(zhǔn)確故障判斷。

2 配電自動化系統(tǒng)中的相間短路故障判斷

2.1 相間短路故障判斷流程

相間短路故障是配電自動化系統(tǒng)運行期間比較常見的故障，由于引發(fā)故障的因素較多，為了較為全面地分析故障，作出準(zhǔn)確判斷，本研究設(shè)定了不同情形。針對每一種情形，合理運用故障定位判斷方法，得出相應(yīng)判斷結(jié)論，相短故障判斷流程如圖1所示。以開閉環(huán)情況、DG適應(yīng)范圍、FTU方向情況、故障信息健全情況，擬定不同的故障定位方法進(jìn)行判斷。其中，每一種定位方法都增加了容錯故障定位。

3 故障定位方法

3.1 故障定位方法1

該方法針對配電網(wǎng)開環(huán)運行狀況，假如監(jiān)控區(qū)域內(nèi)顯示某個端點處出現(xiàn)短路情況，而其他端點并未顯示此類問題，那么在接收到短路電流信號以后，判定監(jiān)控區(qū)域內(nèi)線路存在相間短路故障。假如在此期間，其余端點同樣出現(xiàn)同類問題，并返回短路電流信號，則判定當(dāng)前監(jiān)控區(qū)域不存在相短故障。

3.2 故障定位方法2

這一方法針對配電網(wǎng)閉環(huán)運行狀況，假如監(jiān)控區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生故障功率指引方向均為區(qū)域內(nèi)部，則認(rèn)為在監(jiān)控區(qū)域內(nèi)出現(xiàn)了相短故障。假如存在任意一個或者多個區(qū)域的短路斷流故障功率指引方向為外部，則判定當(dāng)前監(jiān)控區(qū)域不存在相短故障。這種故障定位方法對于區(qū)域內(nèi)的故障可以準(zhǔn)確定位。

配電網(wǎng)實際作業(yè)期間，伴隨著多重故障情形，需要分別對區(qū)域內(nèi)和區(qū)域間的故障進(jìn)行判斷。其中，區(qū)域內(nèi)的相短故障，除了晚輩與長輩關(guān)系區(qū)域故障以外，其他故障都比較容易判斷，根據(jù)故障信號發(fā)出端點進(jìn)行確定。而這種特殊關(guān)系區(qū)域故障，則需要識別所有接地位置故障，經(jīng)過多重判斷，最終推理出具體故障線路。

3.3 故障定位方法3

這一方法適用于自動化終端配備方向元件情形，主要采用分布式電源與重合閘脫網(wǎng)特性，判斷當(dāng)前監(jiān)控區(qū)域是否發(fā)生故障。假設(shè)斷路器延遲3.0 s左右重合閘，當(dāng)線路產(chǎn)生故障，為了保護(hù)線路安全，裝置立即跳閘。經(jīng)過2 s后，線路中饋線部分DG完全脫離電網(wǎng)，持續(xù)1 s左右重合。如果此故障為瞬間發(fā)生類型故障，則采取措施，恢復(fù)全饋線的供電即可。如果并非瞬間故障，而是永久性故障，則配電網(wǎng)作業(yè)期間再次出現(xiàn)跳閘現(xiàn)象，根據(jù)收集到的故障信息，判定故障并非由DG引起，按照故障定位規(guī)則，確定具體故障位置。

3.4 容錯故障定位

考慮到配電網(wǎng)作業(yè)環(huán)境比較復(fù)雜，在判斷故障位置時，可能會出現(xiàn)短路電流錯報、漏報等情況，所以需要對故障定位判斷采取容錯處理。如果返回短路電流信號準(zhǔn)確率在95%以上，則認(rèn)為當(dāng)前故障定位判定結(jié)果較為可靠，可以作為配電網(wǎng)故障診斷參考依據(jù)。

4 相間短路故障處理方法

通過查閱大量文獻(xiàn)資料，關(guān)于相短故障的處理，需要根據(jù)當(dāng)前配電網(wǎng)線路的具體狀況，采取相應(yīng)處理措施。本文通過整理文獻(xiàn)資料，概述5種常用的故障處理方法，如圖2所示。

圖2中，根據(jù)故障定位判斷結(jié)果，分析當(dāng)前故障是否在線路上、與零序電壓越限關(guān)系、是否為模式化接線內(nèi)故障、是否可以生成短時恢復(fù)策略、能否生成即時恢復(fù)策略5種情形下的故障情況。依據(jù)判斷結(jié)果，采取相應(yīng)的故障處理措施。

5 案例分析

5.1 工程配電網(wǎng)

本文以某配電工程為例，通過預(yù)測開關(guān)負(fù)荷值，從而做出電網(wǎng)相間短路故障判斷。該工程變電站出線開關(guān)10個，記為S1～S10。其中，架空線路7條，S3～S9，其余線路為電纜線路。B1～B15為環(huán)網(wǎng)柜饋出開關(guān)，A1～A50為線路分段開關(guān)，S6～S9所帶饋線連接到一起，將線路拆分為3段，形成3聯(lián)絡(luò)模式。另外，線路中連接了兩個分布式電源，裝置容量滿足供電需求。

5.2 故障診斷及處理

假設(shè)：電纜線路和架空線路額定載流量分別為600 A、560 A。配電網(wǎng)發(fā)生故障后，通過預(yù)測修復(fù)時期內(nèi)的環(huán)網(wǎng)柜饋出開關(guān)負(fù)荷，探究不同情形下的配電網(wǎng)故障情況，并提出一些故障處理方法。其中，負(fù)荷預(yù)測值，見表1。

本文以“多重區(qū)域相短故障”情形為例，判斷本工程配電網(wǎng)故障。

假設(shè)端點A2、A1、A37、S9圍成區(qū)域內(nèi)發(fā)生相短故障，分別預(yù)測S10、S2、S1饋線負(fù)荷，得到結(jié)果見表1，S6～S9接線方式為三分段三聯(lián)絡(luò)，支持模塊化故障判斷。假設(shè)線路修復(fù)需要4h，控合、控分根據(jù)負(fù)荷預(yù)測結(jié)果設(shè)定。

5.2.1 故障定位

當(dāng)前故障線路為開環(huán)狀態(tài)，情形1中，沒有接入分布式電源，收到故障電流信息端點包括S9、A1、S1，返回的各條故障信息之間不存在相互矛盾情況，所以運用故障定位方法1進(jìn)行判定即可。

5.2.2 供電恢復(fù)

對于開關(guān)S9線路，采取模塊化恢復(fù)處理策略，將配電網(wǎng)拆分為多個模塊，控合A46和A47，同時直接控分A39。對于開關(guān)S1，根據(jù)4h內(nèi)線路饋線負(fù)荷預(yù)測數(shù)據(jù)，采取控合、控分操控處理，其中，控合A6、A9，控分A4。

6 結(jié)束語

相短故障作為配電網(wǎng)供電問題產(chǎn)生主要緣由，需要根據(jù)配電網(wǎng)線路基本條件，判斷不同條件下的故障產(chǎn)生情況。本文提出了3種故障定位方法，并采取容錯定位處理，通過整理文獻(xiàn)資料，設(shè)計多情形下的故障處理流程。實踐應(yīng)用中，以某情形為例，根據(jù)收集的故障電流信息，確定故障位置，結(jié)合負(fù)荷預(yù)測結(jié)果，提出控合、控分操控處理方案。

參考文獻(xiàn)

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