蔣林志

（國能珠海港務(wù)有限公司，廣東 珠海 519000）

1 接地故障檢測中的配電自動(dòng)化系統(tǒng)架構(gòu)

由于配電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，對配電網(wǎng)的接地故障進(jìn)行正確處理十分重要。結(jié)合現(xiàn)代信息技術(shù)與自動(dòng)化控制技術(shù)，依據(jù)10 kV饋線上電壓負(fù)荷的分配情況，將接地點(diǎn)的配電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行分段處理，并分段安裝配電開關(guān)監(jiān)控終端（Feeder Terminal Unit，F(xiàn)TU），以保證配電網(wǎng)能正常通信。當(dāng)配電網(wǎng)接地處出現(xiàn)故障時(shí)，配電子站的FTU會將故障信息反饋到子站或主站，檢測系統(tǒng)能夠根據(jù)線路的故障信息量對線路故障進(jìn)行分析，便于準(zhǔn)確分析故障原因。配電線路各節(jié)點(diǎn)FTU的功能是對線路中的信息進(jìn)行反饋，以此來保證整個(gè)配電網(wǎng)的安全通信。根據(jù)饋線網(wǎng)絡(luò)中FTU節(jié)點(diǎn)的分配，形成配電自動(dòng)化系統(tǒng)，如圖1所示[1-4]。

圖1 典型的配電網(wǎng)自動(dòng)化接地故障體系架構(gòu)

應(yīng)用配電網(wǎng)子站線路的FTU故障自動(dòng)檢測系統(tǒng)，每個(gè)饋線節(jié)點(diǎn)的FTU可快速對電路的三相電流及電壓進(jìn)行采集，并分解出各個(gè)配電子站的電力特征量，便于對各個(gè)配電子站的故障進(jìn)行自動(dòng)化檢測。FTU的功能比較強(qiáng)大，能對多個(gè)饋線的故障電流和正常負(fù)荷電流進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，而且控制的精度也比較高。一般情況下，F(xiàn)TU的控制精度都在0.2%～0.5%。配電網(wǎng)的電流發(fā)生變化時(shí)，F(xiàn)TU在檢測到故障或測量值變化的情況下，可以主動(dòng)向附近的子站/主站傳送故障信息變化量的情況，便于配電網(wǎng)的自動(dòng)控制設(shè)備對故障進(jìn)行檢測。配電主站/子站可通過對時(shí)命令對整個(gè)配電網(wǎng)的FTU進(jìn)行控制，使各支路的FTU與總線路的FTU信息保持一致，從而使各個(gè)FTU能準(zhǔn)確地對故障類型、地點(diǎn)進(jìn)行檢測。此外，配電網(wǎng)的主站/子站能通過任意子站的FTU信息量變化狀態(tài)，判斷配電支路是否存在故障。通過對比各子站FTU處接地電流、電壓特征量，自動(dòng)對電路中的故障進(jìn)行分析，提高電路故障的處理效率[5]。

當(dāng)配電網(wǎng)出現(xiàn)大電流故障時(shí)，線路的電流比較大，這種接地故障比較容易判斷。在進(jìn)行自動(dòng)處理時(shí)，通過對故障電流變化量的特征進(jìn)行分析，可以快速定位故障。以常見的接地故障為例（見圖2），如果配電線路的FTU2、FTU3之間發(fā)生接地故障，電路中的電流就比較大，那么在FTU1、FTU2均可感知到電流信息量的變化，但在FTU3處沒有檢測到電流增大的消息。在FTU2與FTU3之間，根據(jù)電流信息量變化的情況可以判斷出電路某相發(fā)生接地故障與區(qū)段，利用遠(yuǎn)動(dòng)控制系統(tǒng)斷開FTU2、FTU3的的開關(guān)，對配電網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行保護(hù)[6]。

圖2 接地故障判斷圖例

2 配電網(wǎng)自動(dòng)化終端FTU檢測的接地故障特征量分析

2.1 FTU裝置采集量的處理

饋線FTU的靈敏度較高，能夠通過輸入的三相電壓、三相電流對配電網(wǎng)中可能出現(xiàn)故障進(jìn)行處理與分析，從而準(zhǔn)確地對小電流接地故障進(jìn)行處理。利用離散傅里葉變換（Discrete Fourier Transform，DFT）對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，得到FTU裝置的輔助特征量，可以分解出配電網(wǎng)絡(luò)饋線的電壓、電流諧波分量，用于對電路中的零序電壓與零序電流進(jìn)行計(jì)算與分析[7,8]。

2.2 零序電壓特征量分析方法

零序電壓特征主要針對配電網(wǎng)絡(luò)的線路小電流接地，依據(jù)整個(gè)配電網(wǎng)絡(luò)零序電壓上升值與零序電壓的變化情況對配電網(wǎng)接地故障點(diǎn)進(jìn)行分析。如果線路出現(xiàn)故障，接地故障判別程序能自動(dòng)啟動(dòng)，對故障類型進(jìn)行判斷，以保障配電網(wǎng)的供電安全。同時(shí)FTU也會記錄超過定值前后一段時(shí)間內(nèi)饋線上的電壓、電流波形以及二者的變化情況，并上傳至配電網(wǎng)主/子站，便于判斷出現(xiàn)故障的區(qū)段位置和類型等[9]。

2.3 零序電流特征量分析方法

在電路出現(xiàn)故障時(shí)，支路的零序電流要大于配電網(wǎng)正常工作時(shí)的支路零序電流，通過配電網(wǎng)中的電流變化情況，采用零序電流特征量來判斷電網(wǎng)是否出現(xiàn)故障。由于10 kV配電網(wǎng)的電纜線路結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，并且配電網(wǎng)還存在支路架構(gòu)的情況，采用零序電流特征量分析的方法具有很高的精度，在故障點(diǎn)前后所檢測到的零序電流有較大的變化，波動(dòng)也十分明顯，將波動(dòng)電流的情況上傳到配電網(wǎng)主站/子站，以自動(dòng)檢測接地故障點(diǎn)的位置。

2.4 零序功率方向特征量計(jì)算方法分析

零序功率方向特征量是根據(jù)配電網(wǎng)中零序電流制定的情況進(jìn)行判斷分析，基于故障線路零序電流的變化情況進(jìn)行診斷。根據(jù)零序電流滯后零序電壓90°、非故障線路零序電流超前零序電壓90°的特點(diǎn)，能夠有效地對配電網(wǎng)接地故障進(jìn)行判斷。在具體判斷過程中，若某條線路上饋線FTU檢測到的零序無功大于零，而其他兩相電的饋線FTU小于零，那么就可以判斷配電網(wǎng)的接地故障出現(xiàn)在該相電路上，結(jié)合零序電壓與零序電流的判斷方法，能夠準(zhǔn)確定位接地故障的位置[10]。

2.5 5次諧波特征量的分析方法

在配電網(wǎng)出現(xiàn)接地故障時(shí)，電路會出現(xiàn)電壓突變的現(xiàn)象，通過這種現(xiàn)象能快速對接地故障進(jìn)行分析。在線路發(fā)生單相接地后，接地故障點(diǎn)處會出現(xiàn)電壓突變、5次諧波電流增大的情況，通過對5次諧波特征量進(jìn)行計(jì)算，也可以快速對配電網(wǎng)接地的故障進(jìn)行定位。結(jié)合零序電壓、零序電流、零序功率方向特征量的計(jì)算方法，能快速對接地故障進(jìn)行判斷。

3 配電網(wǎng)主站或子站啟動(dòng)判斷故障分析

配電網(wǎng)在正常工作的過程中，各支線上的FTU檢測線路中信息變化量，并將其上報(bào)主站或子站，由主站或子站匯總分析后對整個(gè)配電網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)的故障進(jìn)行自動(dòng)化處理，判定配電網(wǎng)線路中發(fā)生故障的類型以及接地區(qū)域。在自動(dòng)化控制系統(tǒng)中，主站或子站需要采取多種控制算法才能準(zhǔn)確對故障區(qū)域進(jìn)行定位。一般情況下，配電網(wǎng)自動(dòng)控制的算法主要有小波變換算法、模糊算法及人工智能算法等。配電自動(dòng)化系統(tǒng)在出現(xiàn)故障時(shí)，主站或子站對故障的判斷主要具有如下的特點(diǎn)。

（1）主站或子站啟動(dòng)故障判斷。依據(jù)配電線路的各相電壓始終保持對稱關(guān)系進(jìn)行判斷，在各相的電壓、電流達(dá)到平衡時(shí)，才能有效進(jìn)行控制。采用智能控制算法，利用無線傳感器的故障智能檢測技術(shù)對配電網(wǎng)故障進(jìn)行判斷與分析，可以得到精確的故障發(fā)生位置。

（2）當(dāng)電路中各相對地電壓的信息量發(fā)生變化或出現(xiàn)故障時(shí)，電壓最高相接地是判斷故障區(qū)域關(guān)鍵，結(jié)合零序電流與零序電壓變化的情況可以快速對其進(jìn)行定位。

（3）當(dāng)某非接地線路首次出現(xiàn)零序電流時(shí)，表示該非接地電路可能出現(xiàn)故障。如果電流變化量與對地電容電流一致，這樣可以根據(jù)電流零序值的情況與電容性無功功率的方向來判斷電路的故障。

（4）如果配電網(wǎng)的接地線路首次出現(xiàn)零序電流，且零序電流與非接地時(shí)的電流方向保持一致，需結(jié)合零序電流的值來判斷故障，當(dāng)電容性無功功率的方向與接地電流方向一致時(shí)，根據(jù)零序電流的穩(wěn)定性來判斷故障位置，也可以快速確定主站或子站的接地情況。在配電網(wǎng)出現(xiàn)接地故障時(shí)，可以依據(jù)零序電壓和電流夾角等因素進(jìn)行判斷處理，還可以依據(jù)零序電流與電壓的變化情況對故障點(diǎn)做出準(zhǔn)確判斷，提高了配電網(wǎng)故障自動(dòng)化處理與判斷的效率。

4 結(jié) 論

通過對配電網(wǎng)自動(dòng)化接地故障處理的相關(guān)技術(shù)、特點(diǎn)進(jìn)行分析，利用配電網(wǎng)自動(dòng)化控制系統(tǒng)中的饋線網(wǎng)絡(luò)、饋線FTU裝置以及高速通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)提高故障處理效率。針對配電網(wǎng)絡(luò)各個(gè)支路信息變化量的情況，采用自動(dòng)化控制技術(shù)、智能數(shù)據(jù)算法等可以精確解決小電流接地問題，并快速定位故障。相比傳統(tǒng)的接地選線方法來判斷接地故障問題，基于配電自動(dòng)化的接地區(qū)域檢測具有較高的性能，能快速對故障進(jìn)行判斷，而且在技術(shù)實(shí)現(xiàn)上也比較容易。