王功臣，王 浩，李建軍，張 樂

（國網(wǎng)江蘇省電力有限公司 徐州供電分公司，江蘇 徐州 221000）

0 引 言

我國3～66 kV中壓電網(wǎng)的中性點(diǎn)一般采用不接地或經(jīng)消弧線圈接地方式，當(dāng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，流過故障點(diǎn)的電流很小，所以稱為小電流接地電網(wǎng)[1]。單相接地故障占小電流接地系統(tǒng)故障總量的80%以上。由于小電流接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，故障電流無法形成回路，因此流過故障點(diǎn)的電流很小，僅為系統(tǒng)對地容性電流。此外，三相電壓基本保持不變且對稱，但非故障相電壓上升為正常電壓的倍，為保證供電可靠性，規(guī)程允許系統(tǒng)帶故障運(yùn)行不超過2 h[2]。

單相接地故障可能引起電網(wǎng)絕緣薄弱環(huán)節(jié)被擊穿，危及設(shè)備和人身安全，還可能發(fā)展成相間短路，擴(kuò)大事故范圍，影響用戶供電。同時(shí)，弧光接地還可能引起全系統(tǒng)過電壓，造成設(shè)備燒毀和爆炸，破壞系統(tǒng)的安全運(yùn)行。針對小電流系統(tǒng)單相接地故障，我國在20世紀(jì)80年代研制并應(yīng)用了微機(jī)接地選線裝置，主要的故障判斷方法包括零序電流比較法、負(fù)序電流比較法、諧波法、暫態(tài)分析法以及現(xiàn)代信號處理智能分析法等。

1 人工遙控拉路單相接地故障處置模式

1.1 人工遙控拉路處置法介紹

傳統(tǒng)單相接地故障查找主要依靠監(jiān)控人員的人工遙控拉路。這種遙控拉路選線法將現(xiàn)場拉合開關(guān)改為遙控方式進(jìn)行，將現(xiàn)場的判斷依據(jù)由指針式電壓表數(shù)據(jù)改為集中監(jiān)控系統(tǒng)母線接地遙信和母線電壓遙測數(shù)據(jù)[3]。人工遙控法流程如圖1所示。

人工遙控拉路由調(diào)度員下令，監(jiān)控員操作，拉合線路開關(guān)逐條排除故障。需要執(zhí)行間隔操作、解除防誤閉鎖以及雙人異機(jī)人工監(jiān)護(hù)等制度，操作步驟較多。盡管拉路方法會(huì)造成故障點(diǎn)所在母線出現(xiàn)幾分鐘的短暫停電，但一直以來都是最為有效的故障查找方法，也是目前全國范圍內(nèi)使用最多的單相接地故障查找方法。

1.2 拉路查找法相關(guān)指標(biāo)定義

為了便于比較不同故障處置效率，這里定義平均拉路時(shí)間為T1、平均停電時(shí)間為T2，一次選線成功率為P。平均拉路時(shí)間的計(jì)算如下：

圖1 單相故障人工遙控拉路方法

式中，t1i為第i次拉路耗時(shí)；n為拉到故障線路時(shí)已執(zhí)行線路數(shù)；N為故障線路所在母線上運(yùn)行線路總數(shù)。

不同拉路策略下的選線成功率不同，找到故障點(diǎn)時(shí)所執(zhí)行的線路數(shù)也不同。若采用實(shí)際執(zhí)行的線路數(shù)N-n作為分母，那么只能比較已執(zhí)行線路的平均時(shí)間，即只能比較操作本身所節(jié)省的時(shí)間，而無法比較選線所帶來的時(shí)間收益。因此，這里的平均拉路時(shí)間T1在公式定義中分母為線路總數(shù)N。平均停電時(shí)間的定義類似，其計(jì)算公式如下：

式中，t2i為第i次拉路造成的線路所供負(fù)荷停電時(shí)間。

選線成功率為P，其含義為拉到故障線路時(shí)，已經(jīng)執(zhí)行過的線路數(shù)（N-n+1）占總線路數(shù)的百分比，用于衡量拉路序列的有效性。計(jì)算公式如下：

2 自動(dòng)拉路法接地故障處置模式

2.1 自動(dòng)拉路故障處置實(shí)現(xiàn)方案

人工遙控故障查找方式下，操作耗時(shí)最長的兩個(gè)主要環(huán)節(jié)如下。第一，在執(zhí)行解閉鎖、監(jiān)護(hù)、復(fù)誦以及錄音等一系列操作步驟上的耗時(shí)，約占操作時(shí)間的70%～90%；第二，在拉開線路開關(guān)等待故障特征量發(fā)生變化所產(chǎn)生的耗時(shí)（故障狀態(tài)判別耗時(shí)），約占人工操作時(shí)長的10%～30%?？s短這兩個(gè)方面的耗時(shí)可以有效縮短故障查找操作時(shí)間。另外，從選線的角度來看，提高選線成功率可以縮小故障排查范圍，減少停電線路。制定的拉路序列中元素（線路）個(gè)數(shù)越少，元素發(fā)生故障的概率就越高，選線成功率也就越高。線路故障概率的函數(shù)形式可表示為：

式中，α表示線路狀態(tài)；β表示線路長度；γ為歷史故障概率。為了簡單可行，本文采用經(jīng)驗(yàn)法，按照預(yù)設(shè)邏輯制定線路的概率權(quán)重值。權(quán)重值的大小按如下規(guī)則設(shè)定。其中，線路狀態(tài)方面要求試送架空線路＞架空線路＞半架空半電纜線路＞純電纜線路＞保電線路，輕載線路＞重載線路，裸露線路＞絕緣線路；線路長度方面要求長線路＞短線路；歷史概率方面要求故障概率大的線路＞故障概率小的線路。此外，還設(shè)置了一些執(zhí)行邏輯，如拉到電纜線路不重合、發(fā)生電網(wǎng)故障緊急停止以及遇到保電線路彈窗提醒等。

在系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)上，依托電網(wǎng)主站調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)遙測、遙信信號遠(yuǎn)方實(shí)時(shí)上傳以及遙控指令下發(fā)功能，在現(xiàn)有調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)植入程序化控制功能程序。自動(dòng)拉路系統(tǒng)具有拉路序列智能生成、序列遙控自動(dòng)執(zhí)行以及故障狀態(tài)克魯艾速判斷3大邏輯功能，具體功能框圖如圖2所示。程序具備信號智能檢測分析和順控操作功能，可以一次性解鎖和監(jiān)護(hù)，同時(shí)對多條線路自動(dòng)順序執(zhí)行遙控指令，替代原來人工操作的一系列步驟，達(dá)到簡化操作步驟和縮短操作用時(shí)的目的。同時(shí)，改進(jìn)故障判別機(jī)制，由分閘-人工遙測判別-合閘轉(zhuǎn)變?yōu)榉珠l-合閘-程序遙信判別。

圖2 自動(dòng)拉路系統(tǒng)功能框圖

2.2 自動(dòng)拉路系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)及工作流程

自動(dòng)拉路系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖3所示。拉路序列智能生成模塊通過SCADA系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)測電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)，根據(jù)現(xiàn)場一次設(shè)備狀態(tài)變化，容線路開關(guān)、母聯(lián)、分段開關(guān)位置以及相應(yīng)負(fù)荷等，定期更新連結(jié)方式。更新周期為可設(shè)置參數(shù)，可設(shè)置為10 min。同時(shí)，通過監(jiān)測母線接地告警信號和母線電壓遙測量判斷母線是否處于故障狀態(tài)。

圖3 自動(dòng)拉路系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

拉路序列智能生成邏輯如圖4所示。當(dāng)發(fā)出母線接地信號且母線開口三角電壓大于閾值Uop時(shí)，鎖定母線故障狀態(tài)，啟動(dòng)拉路序列判別程序，讀取電網(wǎng)拓?fù)湫畔⒑途€路屬性信息，進(jìn)而生成拉路序列。

圖4 拉路序列生成邏輯

自動(dòng)拉路系統(tǒng)工作過程如圖5所示。首先由調(diào)控系統(tǒng)探測到變電站接地信號，基于現(xiàn)場拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和主站預(yù)設(shè)邏輯自動(dòng)生成拉路序列，其次完成調(diào)度員下令和監(jiān)控員確認(rèn)后，在人工干預(yù)下執(zhí)行程序化拉路，再次通過現(xiàn)場壓變二次繼電器硬接點(diǎn)遙信信號的復(fù)歸判斷接地是否消失，如果消失則停止操作，否則繼續(xù)進(jìn)行下一路拉路操作，最后確定是否查找到故障線路，依次循環(huán)，直到找到故障線路[4]。與傳統(tǒng)方法相比，拉路序列生成、開關(guān)遙控以及接地信號判斷等由計(jì)算機(jī)完成，簡化了開關(guān)解閉鎖和人工監(jiān)護(hù)等操作，另外采用新的安全機(jī)制保障其安全可靠。

圖5 自動(dòng)拉路系統(tǒng)工作流程

3 系統(tǒng)應(yīng)用實(shí)例

小電流接地系統(tǒng)在2019年6月開始應(yīng)用于徐州電網(wǎng)35 kV及以下電網(wǎng)單相接地故障處置中，目前已經(jīng)全部完成主站程序部署，覆蓋全市256座變電站，系統(tǒng)運(yùn)行效果良好，實(shí)現(xiàn)了單相接地故障的秒級精準(zhǔn)判斷和自動(dòng)化快速處置，大幅度提升了單相接地故障處置效率，并且已經(jīng)成為調(diào)控員處理此類故障的有效輔助手段。

系統(tǒng)觸發(fā)界面如圖6所示。故障發(fā)生時(shí)，需要調(diào)控員手動(dòng)點(diǎn)擊“接地檢測”觸發(fā)該系統(tǒng)。

圖6 自動(dòng)拉路系統(tǒng)工作流程

程序編輯界面如圖7所示。程序根據(jù)當(dāng)前狀態(tài)生成了基礎(chǔ)拉路序列，調(diào)控員可以通過拖動(dòng)的方式優(yōu)化調(diào)整序列。

圖7 程序界面-編輯態(tài)

程序控制界面如圖8所示。確定拉路序列后，選擇監(jiān)控節(jié)點(diǎn)和控制方式，可選擇單步執(zhí)行或連續(xù)執(zhí)行。在值班長同意監(jiān)護(hù)操作后進(jìn)行操作。

圖8 程序界面-控制態(tài)

2020年1月15 日16:32分，嵐山變10 kV II段母線發(fā)生單相接地故障。Ⅱ段母線共8條10 kV出線，N=8，故障線路為116線。調(diào)控人員通過告警信息和電壓變化確認(rèn)故障后，通知運(yùn)維人員赴現(xiàn)場檢查，并先通過自動(dòng)拉路系統(tǒng)查找故障線路。2019年嵐山變單相故障人工選線平均成功率為62.5%，以此可計(jì)算人工拉路法停電時(shí)間。故障點(diǎn)設(shè)置及拉路順序如表1所示。

表1 故障點(diǎn)設(shè)置及拉路順序表

自動(dòng)拉路法在第2條便找到了故障點(diǎn)，即n1=2，而人工拉路法在第4條找到故障點(diǎn)，即n2=4。統(tǒng)計(jì)2019年系統(tǒng)應(yīng)用自動(dòng)拉路法以來的總耗時(shí)和停電時(shí)間，和該站2019年上半年人工拉路法統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，結(jié)果如表2所示。

表2 自動(dòng)拉路法和人工拉路法指標(biāo)對比

由表2可以得知，自動(dòng)拉路法相比人工拉路法將拉路耗時(shí)和停電時(shí)間由分鐘級縮短到秒級，并且一次選線成功率比人工拉路法提高了25%，極大地提高了單相接地故障處置效率。

4 結(jié) 論

本文所述系統(tǒng)通過簡化操作步驟、優(yōu)化故障判別以及確定拉路序列原則，基于程序化控制和防誤操作等技術(shù)，在調(diào)控主站部署程序化拉路程序，實(shí)現(xiàn)單相接地故障的程序化操作、拉路序列自動(dòng)生成以及接地信號自動(dòng)判斷，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)單相接地故障的自動(dòng)化快速處置。但該系統(tǒng)還存在一些技術(shù)問題和難點(diǎn)需要進(jìn)一步研究解決。目前，在建立故障信號和故障母線映射的關(guān)系時(shí)，采用的是人工入庫的方式，不僅前期建立映射關(guān)系表的工作量很大，而且后期有新的廠站接入就要添加人工維護(hù)。因此，隨著信號規(guī)范化和程序智能化，可以通過故障信號名稱識別+故障母線電壓判別的方式實(shí)現(xiàn)映射，且這種方式更加靈活高效。此外，提高選線成功率是提高單相接地故障處置效率的重要內(nèi)容。本文主要采用經(jīng)驗(yàn)法，準(zhǔn)確率較低。未來可以利用大數(shù)據(jù)分析等技術(shù)挖掘調(diào)控主站線路參數(shù)和運(yùn)行數(shù)據(jù)，從而提高決策的準(zhǔn)確率。