基于配網(wǎng)數(shù)據(jù)的10 kV線路接地故障精確定位的研究

周 輝，史 磊，岑榮佳，史純清，徐 懿，趙世欽

（貴州電網(wǎng)有限責(zé)任公司都勻供電局，貴州 都勻 558000）

1 配網(wǎng)接地故障的發(fā)生及危害

由于10 kV 線路分布廣，地理?xiàng)l件復(fù)雜，跨越道路、河流、森林、山谷，且接線方式復(fù)雜，有單電源線路，也有手拉手的聯(lián)絡(luò)線路，除主線外，支線如蛛網(wǎng)一般密布，除部分電纜線路與架空絕緣線路外，大多數(shù)的裸導(dǎo)線線路易發(fā)生因瓷瓶損壞，避雷器遭雷擊損壞或通道內(nèi)樹木倒伏至線路上等原因造成單相接地的現(xiàn)象[1-3]。當(dāng)接地故障發(fā)生時(shí)，主要影響有3 個(gè)方面：（1）對(duì)系統(tǒng)電壓的影響：從線電壓來看，仍維持在10 kV，但從相電壓看，接地相的相電壓在接地點(diǎn)最低，金屬性接地時(shí)為0，經(jīng)過渡電阻發(fā)生的接地，接地點(diǎn)電壓接近0，變電站10 kV母線接地相別的電壓也明顯降低，非故障相電壓升高，極端情況下升高至線電壓，對(duì)系統(tǒng)及非接地線路一次設(shè)備會(huì)造成過電壓影響[4-5]。（2）配網(wǎng)線路在接地點(diǎn)附近存在人員觸電的風(fēng)險(xiǎn)，在線路接地時(shí)，多數(shù)情況是帶電的導(dǎo)線墜落于地面，此時(shí)有對(duì)人員造成觸電傷害的可能。如某供電局就發(fā)生過10 kV線路單相斷線后墜落到地面造成接地，因跨步電壓的存在，對(duì)途經(jīng)的村民放電致使3 人觸電死亡的事故。（3）存在供電可靠性降低及電量損失的影響。由于無法確定故障區(qū)段，不得不對(duì)整條線路進(jìn)行停電查找故障，增加了故障查找的時(shí)間，降低了供電可靠性的同時(shí)，還造成了電量的損失。

2 配網(wǎng)接地故障的傳統(tǒng)查找方式

若干年前自動(dòng)裝置未普及以前，常用人工逐回線路依次通過接地檢查按鈕瞬時(shí)拉閘的方式查找接地，此方式查找接地故障雖然準(zhǔn)確，但存在對(duì)正常線路進(jìn)行短時(shí)停電，影響客戶正常的用電?，F(xiàn)在已采用自動(dòng)裝置進(jìn)行判斷，也就是小電流接地選線裝置判斷，基于穩(wěn)態(tài)法、暫態(tài)法、注入信號(hào)法、阻抗法、行波法、五次諧波法等原理實(shí)現(xiàn)[6-16]，在此不一一對(duì)其進(jìn)行贅述。

3 配網(wǎng)接地故障精確定位的新思路

3.1 新思路的提出

隨著配變監(jiān)測(cè)終端及負(fù)控裝置（以下簡(jiǎn)稱：計(jì)量終端）的安裝并逐步實(shí)現(xiàn)全網(wǎng)覆蓋，以及配網(wǎng)大數(shù)據(jù)的深入應(yīng)用，使得配網(wǎng)接地故障查找可以不再以單一的從變電站觀測(cè)到的電壓與電流的變化作為其判斷的唯一依據(jù)，而可以將配網(wǎng)接地還原到故障本身的特征上來，也就是說：越靠近接地點(diǎn)的電壓越低，哪一臺(tái)（或幾臺(tái)）計(jì)量終端所采集到的電壓最低，接地故障就處于這條線路靠近這臺(tái)（或幾臺(tái)）計(jì)量終端之間。利用這種依托配網(wǎng)大數(shù)據(jù)進(jìn)行配網(wǎng)接地查找的方式，不僅僅能夠準(zhǔn)確地定位到線路，而且可以定位到線路的區(qū)段或者支線上，將大大地提高了配網(wǎng)接地故障查找的準(zhǔn)確度和精確度。

3.2 實(shí)現(xiàn)方式

研發(fā)一套可以采集各種配網(wǎng)大數(shù)據(jù)的系統(tǒng)，暫時(shí)稱其為：接地故障診斷系統(tǒng)。該系統(tǒng)可以通過計(jì)量自動(dòng)化系統(tǒng)及配網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)，采集配網(wǎng)計(jì)量終端數(shù)據(jù)、配網(wǎng)開關(guān)數(shù)據(jù)、變電站母線電壓、小電流接地選線系統(tǒng)數(shù)據(jù)等，并進(jìn)行分析與判斷，在配網(wǎng)接地發(fā)生后，進(jìn)行快速選線、定位。以圖1 所示的電力系統(tǒng)為例。

圖1 配網(wǎng)接地故障示意圖

具體工作原理：當(dāng)線路上FZ02開關(guān)后段發(fā)生A相接地故障時(shí)，與其相鄰的計(jì)量終端所測(cè)量到的A相電壓為全網(wǎng)最低，這時(shí)，由接地故障診斷系統(tǒng)將變電站10 kV母線電壓值及變電站所有10 kV出線計(jì)量終端的電壓值進(jìn)行采集并上傳至后臺(tái)，由系統(tǒng)分析，得出故障點(diǎn)位于003 線路FD01 與FD02 之間的FZ02開關(guān)后段，并將此策略發(fā)送給調(diào)度及配網(wǎng)相關(guān)運(yùn)維人員，調(diào)度可以依據(jù)此信息，將FZ02 開關(guān)斷開，將故障縮小到最小范圍，在隔離故障的同時(shí)，減少了對(duì)用戶停電的范圍，同時(shí)也為供電所快速查找故障提供依據(jù)。在快速切除故障的同時(shí)，既提高了供電可靠性，也縮短了故障的查找及恢復(fù)時(shí)間。

4 存在的問題及處理措施

4.1 采用此方法判斷配網(wǎng)線路接地，存在死區(qū)的問題

由于該方法是對(duì)比變電站10 kV 母線與接地點(diǎn)之間的電壓差為原理進(jìn)行接地的定位，當(dāng)接地點(diǎn)非?？拷冸娬径耍瑫r(shí)是金屬性接地時(shí)，將發(fā)生10 kV母線與接地點(diǎn)的故障相電壓均為0 V，從而無法進(jìn)行選線及定位。

解決辦法：與小電流接地選線裝置進(jìn)行配合。因?yàn)榇藭r(shí)產(chǎn)生的零序電流最大，小電流接地選線裝置最靈敏，判斷最準(zhǔn)。

4.2 存在低壓側(cè)電壓不能反映高壓側(cè)接地的問題

配網(wǎng)計(jì)量終端種類繁多，包括有TTU、FTU、DTU等，其電壓采集有兩種，一種是高壓計(jì)量、另一種是低壓計(jì)量。對(duì)于高壓計(jì)量而言，電壓值可以準(zhǔn)確的反映出10 kV 系統(tǒng)接地信息；對(duì)于低壓計(jì)量而言，因?yàn)榕渥兪遣捎肶-△接線方式，低壓側(cè)沒有中性點(diǎn)，所以低壓側(cè)不能反映10 kV 側(cè)的接地狀態(tài)下電壓值。

解決辦法：用于系統(tǒng)運(yùn)算的電壓數(shù)據(jù)，僅采集高壓計(jì)量的裝置即可。

4.3 數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)性的問題

由于計(jì)量自動(dòng)化系統(tǒng)中對(duì)各個(gè)計(jì)量終端的數(shù)據(jù)采集是每15 min采集一個(gè)點(diǎn)，無法滿足快速查找故障的要求，因此在發(fā)生故障時(shí)，由系統(tǒng)向各計(jì)量終端發(fā)出一個(gè)召測(cè)指令，各終端收到指令后，將實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)發(fā)送至系統(tǒng)，用于故障判斷。

解決辦法：（1）設(shè)置召測(cè)指令的優(yōu)先級(jí)，確?？焖偈占瘮?shù)據(jù)；（2）將來對(duì)計(jì)量終端通信方式進(jìn)行升級(jí)，改造為5G通信，滿足實(shí)時(shí)性的要求。

4.4 配網(wǎng)運(yùn)行方式變化

由于配網(wǎng)存在互倒互供的線路，所以對(duì)于變電站出線的數(shù)量，出線上所帶的配變臺(tái)數(shù)以及配網(wǎng)終端的數(shù)量是隨著運(yùn)行方式的變化而不斷變化的。

解決辦法：通過采集各配網(wǎng)開關(guān)位置，進(jìn)行準(zhǔn)確判斷。

4.5 與小電流接地選線裝置投跳閘的時(shí)限配合問題

小電流接地選線裝置投跳閘時(shí)，其延時(shí)定值應(yīng)大于接地故障診斷系統(tǒng)判斷故障的時(shí)間，否則一旦小電流接地選線裝置出口跳閘，接地故障診斷系統(tǒng)將得不到計(jì)量終端的數(shù)據(jù)，無法對(duì)接地故障進(jìn)行定位。

5 推廣的意義

以變電站觀察到的電氣量進(jìn)行接地線路的判斷，是以主網(wǎng)的眼光查接地，但接地是在配網(wǎng)上的，所以應(yīng)該用配網(wǎng)的眼光和資源來對(duì)配網(wǎng)接地故障進(jìn)行查找，依托配網(wǎng)大數(shù)據(jù)進(jìn)行配網(wǎng)接地查找的方法，是一種新的接地故障查找的方法，從原理上彌補(bǔ)了變電站端小電流接地選線裝置的不足，可以與小電流接地選線裝置配合，達(dá)到100%的選線正確并定位。同時(shí)采用此原理進(jìn)行接地故障選線及定位，不須要對(duì)現(xiàn)有配網(wǎng)設(shè)備進(jìn)行改造或者安裝設(shè)備，僅僅安裝軟件就能實(shí)現(xiàn)，具有易于安裝、易于推廣的優(yōu)點(diǎn)。

隨著社會(huì)生活水平的提高，社會(huì)對(duì)公共安全的重視，配網(wǎng)如何安全、可靠運(yùn)行是電網(wǎng)公司必須面對(duì)的重要課題，在發(fā)生配網(wǎng)接地時(shí)，能夠快速、準(zhǔn)確的巡線與定位，是電網(wǎng)公司所應(yīng)該承擔(dān)的義務(wù)與責(zé)任，基于這一原理實(shí)現(xiàn)的接地故障診斷系統(tǒng)將為此做出應(yīng)有的貢獻(xiàn)。