配电网开闭所选线方式及故障定位研究

陈先恩（中石化巴陵分公司物资装备部）

配电网开闭所选线方式及故障定位研究

陈先恩
（中石化巴陵分公司物资装备部）

摘 要：本文简要介绍了一种应用于配电网小电流接地系统的故障选线和区段定位的技术方案。配电网中性点一般经消弧线圈接地，配电网发生单相接地故障时，变电所通过并联中电阻选线装置准确实现选择故障线路，变电所下辖开闭所通过二级选线装置进一步选出支线，开闭所下级配电及终端支线的使用故障指示器实现区段定位。

关键词：消弧线圈；开闭所；并联中电阻；故障选线

0　引言

配电网开闭所或开关站（下简称“开闭所”）常用于电力系统及大型的工矿企业。在用电企业中，因负荷比较分散，为降低线损，采用多级开闭所方式。开闭所配有母线和开关柜，变电站的出线首先接入开闭所，再分出多路出线到各个负荷集中的变配电室或车间变电所。配电站有环网式（用环网柜）、终端式，配电站带有配变，一般可设二台配变，以提高供电可靠性。

配电网系统的中性点多采用消弧线圈接地方式，当系统发生接地故障时，消弧线圈产生的感性电流及时地补偿系统的电容电流，减小了故障点的故障电流，降低系统的过电压水平，使电网系统能够带故障运行2h。但接地故障时，由于消弧线圈的电流补偿作用，故障线路的故障电流较小，给接地故障选线和故障定位带来了困难。本文在分析总结现有故障定位方法[3,4]基础上，组建了一种新的故障区段定位系统，该定位系统借助并联中电阻，根据系统电压和各出线段的零序电流，计算出各出线段的故障特征值，找出故障区段，大大提高了故障定位的准确性。

1　变电所接地故障选线

要实现故障准确定位，首先要在变电所实现准确的接地故障选线；在消弧接地系统中，接地故障时故障电流较小，常用的选线方法有一定的局限性。利用投切并联中电阻的方法，则可以有效地解决因故障电流较小而判定不出故障线路或故障区段的问题。带并联中电阻的小电流接地系统如图1所示，图中，T为带中性点的变压器；L为消弧线圈；R为并联中电阻；K为真空接触器；M为母线；C1、C2，…，C6为各出线的对地电容；d为接地故障点。

图1　带并联中电阻的小电流接地系统图

系统正常运行时，真空接触器K断开，并联中电阻不投入运行，当系统发生接地故障时，并联中电阻短时间内投入系统，增大故障线路的故障电流，0.5s后从系统中切出并联中电阻，根据并联中电阻投切前后故障线路与正常线路零序电流的变化不同，判定出故障线路。

故障线路具体判定过程为：

1）当系统单相接地，按设定的延时时间投并联电阻（投入时间小于1s）；

2）采样各线路零序电流和系统电压；

3）切除并联电阻，采样各线路零序电流和系统电压；

主要试剂：蛋白胨和牛肉膏(均购置北京奥博星生物技术有限责任公司)，十二烷基硫酸钠(SDS)，NaCl、H2O2、磷酸氢二钾、磷酸二氢钾、溴酚蓝、甘油、甲醇和无水乙醇(均购置天津市致远化学试剂有限公司)，琼脂(海南省琼海市长青琼脂厂)，丙烯酰胺、过硫酸氨、甘氨酸(电泳级)、冰乙酸和考马斯亮蓝(R250)(均购置天津博迪化工股份有限公司)，三羟甲基氨基甲烷(Tris，天津市鼎盛鑫化工有限公司)，N，N′-亚甲基双丙烯酰胺和四甲基乙二胺(TEMED)(均购置天津市大茂化学试剂厂)，Cry1Ac蛋白(纯度96%)及其酶联免疫试剂盒(上海佑隆生物科技有限公司)。

4）计算各线路并联中电阻投切前后的故障信号特征值；

5）根据各线路的故障信号特征值判断故障线路。

投切并联中电阻选线的各线路零序电流波形如图2所示，系统中有3条线路，其中1号线路发生了接地故障，短时间投入并联中电阻，只有1号线路的零序电流发生了较大的变化，而其他线路变化较小，因此可以根据这一变化判定故障线路。

图2　各出线的零序电流波形图

系统发生接地故障时，利用投切并联中电阻方法，根据故障出线与非故障出线的零序电流变化量不同，判定故障出线段，解决了小电流接地系统故障线路判定不准确的问题。

2　开闭所二级选线

当变电所通过投切中电阻技术方案实现了准确的故障选线，但无法进一步判断下一级开闭所的哪一条出线出现故障。

所以有必要对类似系统的电网结构进行研究和分析，实现在同等电网架构下开闭所的故障选线。针对该类型系统需要实现变电站、开闭所在发生接地时同时选线，变电所的选线装置实现一级选线，将故障定位到开闭所；开闭所的选线装置利用变电所投切中电阻产生的信号实现二级选线，可一步步找出末端故障线路。

该电网系统由变电站和若干开闭所组成，变电站与开闭所的电气主接线如图3所示。

图3　变电站与开闭所电气主接线图

在每个开闭所安装选线控制器，一旦发生单相接地故障，首先变电站的消弧线圈控制器可判断出哪个开闭所发生故障；然后在该开闭所的选线控制器可进一步判断出下一级开闭所的故障，一步步排查，最终找到故障线路。

3　配网分支故障定位

3.1 基于FTU实现电缆故障定位

基于FTU（馈线终端单元）的故障区段定位方法，即在线路开关处安装FTU，通过FTU监测线路上的故障信息，并把监测结果通过通讯网络送至监控平台系统，监控平台系统系统根据一定的故障定位算法，自动判定故障区段。该方法根据各开关处的故障信息，实现接地故障区段定位。

3.2 基于故障指示器解决架空线故障定位

故障指示器挂在线路上，当系统发生故障时，故障指示器翻牌或亮灯，用户根据故障指示器的指示情况判定故障区段。该方法对于故障电流较大的相间短路故障，准确率较高，对于故障电流较小的单相接地故障，准确率很低，而且需要人工查找，不能实现自动故障区段定位。

4　故障区段定位系统

综合上述变电站接地选线、开闭所二级选线及配网末端分支的故障指示多级技术手段，形成的一套故障区段定位系统的解决方案。

故障区段定位方案利用投切中电阻信号，利用并联中电阻方法的优点，提高故障区段定位系统的准确性。本案中的故障区段定位系统包括如下几个部分：故障定位监控平台、并联中电阻、监测终端、电压互感器、故障指示器。故障区段定位系统网络图如图4所示。

故障定位监控平台由高性能的工业控制计算机和智能故障定位系统软件组成，它负责对变电站、开闭所、配电站的运行情况进行实施监控，当系统发生接地故障时，收集由监测终端上传来的故障信息，对故障信息进行处理和分类，根据可靠的、准确的故障信息判定故障位置。

图4　基于并联中电阻的故障区段定位系统网络图

监测终端以PC104、DSP为内核，通过电压互感器、零序电流互感器采样电压信号和各线路零序电流信号，对变电站、开闭所、配电站电气量进行实时监测，当发生单相接地故障时，各监测节点处的监测终端报接地故障，并将故障信息通过GPRS网络上传给配电网故障定位监控平台。变电站的监测终端，负责控制真空接触器，投切并联中电阻。

故障区段定位系统的故障判定过程：电网系统正常运行时，放置在变电站、开闭所、配电站的监测终端不断地监测各节点的电压和各出线的零序电流，中性点的并联中电阻不投入运行；当系统发生瞬间接地故障或干扰时，监测终端监测判定后，不报接地故障，并联中电阻不动作；当系统发生永久性接地故障时，变电站内的并联中电阻在监测终端的控制下瞬间投切，同时各节点上监测终端报接地故障，并把并联中电阻投切前后各节点处的电压、各出线的零序电流信号通过GPRS通讯模块和GPRS网络上传到配电网故障定位监控平台，配电网故障定位监控平台将收集来的故障信息进行处理和分类，将有效的数据存入数据库，而后配电网故障定位监控平台启动故障定位功能，根据收集到的各监测节点的电压、各出线零序电流故障信息，通过并联中电阻故障判定方法，准确地判定故障区段。故障指示器根据投资额度，可选用带广域无线通信功能的智能故障指示器，也可选用简单翻牌式。

与现有的故障定位系统产品相比，基于并联中电阻的故障定位系统有以下几个优点：

1）采用电网中性点瞬间投切并联中电阻的方法，短时间内增大了故障点的零序电流，有利于成套装置正确采样、准确判定；

2）发生接地故障时，变电站、开闭所、配电站各监测节点的电气信息都上传到故障定位监控平台，故障定位监控平台软件对收集来的信息进行分析、处理、分类，筛选有效的故障信息，然后对有效的故障信息进行综合分析，避免了错误信息、干扰信息、信息丢失等因素造成的故障判定不准确的情况，大大提高故障定位准确性；

3）监测终端安装在变电站、开闭所、配电站内，安装方便，有可靠的供电电源，可靠性高，成本较低；

4）通过故障指示器，实现配网末端的精确区段定位。如选用带广域无线通信功能的智能故障指示器，可实现全部信息在监控平台上集中显示和处置。

5　结束语

本文在分析总结开闭所选线方法的基础上，针对现有配电网小电流接地系统中故障定位产品的不足，借助并联中电阻组建一种新的配电网故障区段定位系统，该系统在电气信号测量和故障判定方法都较以往的产品有很大的改进，避免了现有故障定位产品在小电流接地系统中应用上的不足，较好地实现了配网开闭所系统中故障区段定位。

参考文献

[1] 计建仁, 濮卫萍. 消弧线圈接地系统单相接地的选线原理和应用[J]. 浙江电力, 2003(3): 51-54.

[2] 要焕年, 曹梅月. 电力系统谐振接地[M]. 北京: 中国电力出版社, 2000.

[3] 张国平, 扬明皓. 配电网10kV线路单相接地故障区段定位的有效方法[J]. 继电器, 2005, 33(8): 34-37.

[4] 夏雨, 贾俊国, 靖晓平, 等. 基于新型配电自动化开关的馈线单相接地故障区段定位和隔离办法[J]. 中国电机工程学报, 2003, 23(1): 102-106.

收稿日期：（2015-05-20）