基于配电自动化的配网单相接地故障定位与自愈

夏 爽

（深圳供电局有限公司，广东 深圳 518000）

0 引 言

配网单相接地故障会对配电自动化系统的应用效果产生影响，要结合系统应用过程和标准落实精准的故障定位机制，从而及时解决故障问题，配合自愈处理机制，共同提升供电质量。

1 配电自动化的意义

第一，配电自动化技术的推广极大程度上提高了供电的可靠性和质量，对于电力系统而言，配网系统是关键的电力输送系统，是进一步实现全过程电力资源调度管控的基础。配电自动化发展能利用更加精准的分析机制和管控平台，及时检索问题并解决，为供电可靠性的提升提供保障[1]。

第二，配电自动化处理是提升供电能力的关键，能为配电供电以及调度工作的智能化发展予以支持，及时分析用电峰值和谷值，从而辅助整个电力系统更好地实现电能分配以及电能调度处理，在减少线路能耗的基础上提高综合供电管控水平，为满足用电需求提供保障。

2 配网单相接地故障定位

2.1 单相接地故障特征量

对于配电自动化线路而言，一般是采取分段开关的处理方式，对应的开关就是配电网络的基础节点，并且要在开关位置安装电压互感器（Potential Transformer，PT） 或 者 是 电 流 互 感 器（Current Transformer，CT）监控开关的配电开关监控终端（Feeder Terminal Unit，FTU），以便于能及时汇总和管控本段落的首端电压和电流数据，确保整个配电网能依据既定功能实现计算分析和数据处理，及时实现配电自动化监管。而一旦配电网出现单相故障问题，就会出现以下问题。

2.1.1 零序电流无功分量

发生单相故障问题时，非故障线路中各个线段流经的零序电流都是从线段首端到线路的末端，此时显示为对地电容电流，方向为母线流向方向。而对应故障段的零序电流是全系统非故障线路对地电容电流的总和，因此必然会出现流过分段开关零序电流数值超标的现象。基于此，在评估配网单相接地故障时，利用零序电流无功分量对中性点不接地系统的金属性接地故障就成为了重要的评估标准。

2.1.2 零序电流有功分量

若配网采取的是中性点经消弧线圈接地处理系统，一旦中性点经消弧线圈串（并）电阻出现接地，就表示单相接地故障，有功分量会从单相故障的故障点集中到前侧流向消弧线圈，并且各个监控点都能检测到零序有功电流的分量。值得一提的是，零序电流自身的有功分量也会受到接地过渡电阻形成的作用，要想提升灵敏度，一般需要在消弧线圈上并联电阻，从而增加故障电流的有功分量。

2.1.3 暂态零序电流特征频段分量

依据电网运行标准可知，常规化的配电线路分布参数特性可按照如图1所示的等值电路进行分析，若是忽略电阻，则线路的串联谐振频率按照进行计算，其中L表示线路长度，C表示电容大小。一旦出现接地故障问题，因为暂态零序电流频率分量较大，所以会出现分量变化和衰减增速的问题，从而影响整个配电网运行的安全性[2]。

图1 配电线路等值电路

2.2 单相接地故障定位

相较于输电网络结构，尽管配网本身是闭环应用模式，但其运行过程却属于开环状态。因此，要想对故障予以定位和检测，就要综合评估故障区域的馈线故障点和首端节点，建立完整的定位分析机制，从而更好地提升故障评估效果。

2.2.1 单相接地故障识别

较为常见的接地故障主要分为大电流接地故障和小电流接地故障两种。其中，小电流接地故障会利用主动定位和被动定位两种方式予以判定。主动定位就是主动给予系统相应的定位信号，借助信号评估反馈信息的具体内容，从而更加顺利且及时地实现故障点的位置管理。较为常见的方法主要包括电阻分析法、S注入法以及交直流综合投入法。被动定位要集中分析和评估故障发生前后的电压信号，从而判定故障点。较为常见的是阻抗分析法与稳态零序无功功率方向分析法[3]。

与此同时，针对故障点的故障信号建立健全完整的故障信息管控机制，确定故障区域后评估故障类型，并且集中检测区域内是否存在断路器跳闸的现象，若存在，则判定控制器线路有失电的可能性，若在2 s内没有自动合闸，就视为暂时性故障。一旦故障时间严重超出域限数值，就将其认定为永久性故障。

2.2.2 线路故障检测

为了保证定位工作顺利落实，要结合实际情况完善线路故障分析机制，并且在评估断路器质量的基础上确定故障类型，若为永久性故障，就要对故障区域予以检测分析。

首先，进行如图2所示的集中型馈线自动化故障检测分析。一旦C段出现了故障问题，变电站内CB1检测电流保护机制就会形成跳闸状态，并且在CB1跳开前，PVS2、PVS3对应FTU检测故障电流，有效完成馈线自动化逻辑分析，确保线路故障检测的规范效果[4]。

图2 集中型馈线自动化检测

其次，进行混合型馈线自动化检测。结合线路故障区间完成判定，按照电压型线路故障区间判定原理完成初步判断，确定最大区间范围，并对区间范围内电流型开关上送故障信号予以分析，若是存在信号，则依据电流型开关故障信号完成最终的故障区间确定处理。

2.2.3 故障定位方法

在初步对配电网应用状态和可能存在问题进行分析后，就要借助故障精准定位处理机制对故障点予以精准化评估和判定，以便于能更好地维护配电网运行质量。目前，较为常见的方式中，单端测距和双端测距应用效果较好，尤其是双端测距。双端测距在实际应用中，无论是可靠性还是精准度都具有一定的优势。借助断路器两端完成测距装置的设置和配合处理，并且在发射暂态行波信号的同时，借助过滤处理机制能改有更好地完成故障点定位处理，配合往返时间分析确定距离，从而提升故障点评估工作的准确性，保证相应的评估结果能为后续电网控制处理工作的落实提供保障[5]。

3 配网单相故障自愈技术

在完成配网单相故障精准定位后，就要匹配自愈处理技术，充分发挥技术应用优势，提升故障解决效率，为配网可持续发展运行提供支持和保障。定位和自愈过程如图3所示。

图3 定位和自愈过程

3.1 接地选线

在配网出现单相接地故障后，就会在故障点位置测试出行波，一旦故障行波传输到测量点的母线位置，此时依据物理反射和折射原理就能全面评估。正确选择单相接地线路，确保单相故障接地选线工作顺利开展。与此同时，要结合小电流选线后获取的结果，实时分析相应数据信息之间的关联度，从而保证配电网自动化系统遥控处理能实现出线开关的优选。启动接地故障倒计时，保证故障点位于线路上，断路器CB1就能完成分闸后故障点的切除处理，最大程度上提升自愈处理效果，实现接地报警信号的消失，为程序自动下行提供保障[6]。

3.2 识别区段

在配电自动化配网分析工作中，要想实现故障线路和设备的合理性隔离，就要全面评估和分析故障区段，基础性的接地选线技术仅仅是初步判定，无法精准确定线路的故障范围，此时就要利用相邻行波选线技术[7]。

若线路两端存在电压不平衡的问题，则证明线路段就是故障段。若线路两测的电压处于平衡状态，则证明检测区段不在测试范围内。

3.3 故障隔离和自愈

在完成故障区域评估和分析工作后，需借助技术方案对故障区域予以精准性隔离处理，避免其影响正常运行电路区间的运行质量，打造更加完整的自愈控制处理机制。目前，较为常见的集中型智能开关都会设置FTU，能够合理地检测开关的电压信息、电流信息以及分合闸状态信息等，并及时反馈到相应的终端平台中，保证配电自动化主站有效了解相关信息内容和运行动态。如图3所示，CB1和CB2本身都具备三段式电流保护模式，其中S1到Sn表示的是线路1中集中型智能化分段开关，而对应的Sb1到Sb3表示的是智能化分段开关。若是整个线路中F点出现了单相接地故障，则变电站A就会检测出母线电压存在不平衡的问题，且小电流选线装置还能判定故障点处于线路1上，能够配合自愈处理模式完成故障自愈[8-10]。

4 结 论

为了保证电力系统运行稳定和电能质量，在积极推进配电自动化发展进程的同时，要完善自动化功能模块的应用结构，打造更加合理的应用平台，维持配网系统的可靠性和安全性，发挥自愈技术的应用优势，及时实现故障定位和自愈，共同优化配网自动化处理效能。