浅析配电自动化的配网单相接地故障定位及其自愈

李四新

陕西省地方电力（集团）有限公司扶风县供电分公司 陕西 扶风 722200

引言

随着我国社会经济的不断发展，对于电网稳定的要求也越来越高。配网稳定运行关系着用户对电网服务的满意度，其中的关键在于配网故障的迅速定位以及检修。配电网络覆盖面积大，各地区的设备差异明显，在城市建设与发展的高峰期，用电负荷处于较高水平，配网故障发生率也相对较高。但是由于配网设备复杂，检测定位难度较大，单相接地故障的处理也停留在故障选线的层面，具有较为明显的不足。在配网自动化的基础上，采用单相接地故障定位与自愈技术，能够迅速精准定位故障，及时改善电网质量，提升配网服务水平。

1 配电自动化与单相接地概述

1.1 配电自动化定义

配电自动化是采用现代电子和通信网络技术，整合配电网中的配电网数据、线数据、电网结构、用户数、地图信息等信息，形成完善的自动化系统，能够对配电网的线路、设备进行实时监控、保护，并且能够及时预警设备与网络故障，保护相应设备。配电自动化主要是对电网中的配电线路元器件的监控，包括变压器、柱上开关、电缆分支箱、小型开闭站等设备。从纵向关系来看，配电自动化属于配电管理的子系统，与变电站自动化、电力MIS以及调度自动化的联系紧密[1]。配电自动化应该覆盖配电网中的所有配电设备，为了避免调度自动化与配电网自动化的重复投入，可以在已有的调度自动化的基础上，实现配电自动化体系的建设。

1.2 配电自动化构成

配电自动化需要对配电网的设备进行监控与协调，同时应该具备故障识别和控制功能，以实现对配电网中的工况、网络进行监控与重构，为了满足配电网中用户的需求，需要强大的多系统接口能力。配电自动化系统结构包括主站系统、通信系统与用户终端，具体如下：主站系统是配电自动化的核心，采用以太网双机配置，符合国际工业标准的硬件设备和接口，通过数据库软件，满足数据查询、数据储存等功能；通信系统是将各个子系统连接起来的环节，完善的通信网络对于配电网的设备实时监测与控制十分重要，配电自动化的通信系统主要包括主站与其他系统的通信、主站与配电终端的通信；配电终端是监控、检测电力网络和设备，包括数据的采集、终端设备的控制、故障识别与隔离、配网优化等功能。

2 配电自动化单相接地故障定位

相比于输电网络，配电网虽然是闭环结构却是开环运行的，因此在配网故障的定位与检测中，需要由故障区域的馈线故障点和首端节点共同决定。当配电网发生故障时，监测终端判断识别故障，分析电流连续顶被打断的节点，根据其节点定位故障区域[2]。

2.1 单相接地故障识别

接地故障通常可分为大电流接地故障和小电流接地故障，小电流接地故障可以采用主动和被动定位。主动定位是主动给予系统一个信号，通过信号的反馈信息判断故障点位置；被动式定位是对故障发生前后的电压信号进行分析，判断其改变情况而判断故障点。主动定位方法包括中电阻法、S注入法、交直流综合投入法；被动式定位方法包括阻抗法、行波法、稳态零序无功功率方向法等方法。

配电自动化系统中，当配网发生故障时，其故障点会发出相应的故障信号。单相接地故障是常见的故障之一，当发生单相接地故障时，其故障信号传输到配电自动化系统中，系统对故障信息进行解读，首先确定故障区域以及故障类型。如果系统检测故障区域的断路器跳闸，则视为该控制器的线路失电，如果在2s内能够自动合闸则为暂时性故障，如果超时后依然未能自动合闸，则为永久性故障，

2.2 线路故障检测

在对单相接地故障进行初步判断，且其断路器未能合上时，确定为永久性故障后，需要对故障区域进行进一步检测分析。设定QF1为首端节点，设定QS11、QS12、QS13、S11与S12为检测点，断路器断开的情况存在三种情况：①QF1合闸，当QS11没有通电，QF11跳闸，则可以确定L11为故障线路，故障线路上的QS11无任何负荷信号反馈；②对QF1进行合闸处理，发现QF11合闸，虽然成功通电，但是相关的电压发生了明显的变化，则发生故障的线路为L12；L12发生故障后L11有反馈信号；③QF1合闸后，发现同属一条线路的QS11个QS1也发生合闸，成功通电但是电压正常时间超过设定时间，表明合闸成功，但是QS13在设定时间无反馈信号，而且QF1发生跳闸，表明线路L13发生故障。

2.3 单相接地故障选线问题

发生单相接地故障后，故障线路的相关参数都会发生较大变化，其暂态零序电流会达到最大幅度，而且其电流极限与非故障线路的电流暂态分布相反。利用单相接地故障的暂态零序电流参数，能够对故障情况进行进一步的分析。暂态零序电流拥有诸多频率分量，当频率处于叠加状态时，会提升识别难度，因此可以采用过离散小波变化快速算法识别故障。通过分解复杂的频率信号，完成对系数的重构，并且将此作为线路故障判断依据。当某一条线路细节分量较小而且与其他线路至相反则该线路为故障线路；所有线路符号相同且细节分量较小，可以判定母线为故障线路。对于小接地系统，暂态零序电流是正常线路接地电容电流之和，故障点下方的电流值应该与接地电容电流相等，零序电流最大的几个监测点中的大小差值最大的位置为故障发生点。

2.4 故障精准定位方法

在判断故障线路的基础上，采用行波故障定位法准确定位故障点。通过将检测元件置于线路故障段的断路器处，能够检测线路的暂态电流。通过分析暂态波从而确定故障点。常用的行波法包括单端测距和双端测距，该方法的精准度高，但是故障点的反射波识别存在困难。双端测距的方法可靠性较高，应用较为普遍。通过断路器两端设置测距装置，测距装置发射暂态行波信号，采用过滤的方法提升故障点定位的精确性，通过往返时间计算最终距离，定位故障点。

3 配电自动化单相接地故障自愈策略

自愈功能是配电自动化的核心功能，在发生单相接地故障后，需要采用有效的方式实现快速自愈。

3.1 集中式馈线自动化

集中式配电自动化主要是采用终端设备的测试电流识别故障，并且将故障信息传送给主机，通过分析检测故障部分，由主机控制开关动作实现隔离，解除故障后恢复供电。集中式馈线自动化中主站和馈线自动化处于关键地位，如果存在多个故障，则会采用转供的方式确保电网稳定。该方法能够在对故障进行全面检测的情况下，实现优化分析，保障电网稳定运行。但是相应的隔离处理时间较长[3]。

3.2 智能分布式馈线自动化

智能分布式馈线自动化是通过终端之间的通信完成故障定位，并且通过智能终端完成故障隔离与恢复等操作，智能终端起着关键作用。该方法反应迅速，能够及时恢复电网稳定，但是受到终端设备的影响，其投资成本较大，而且不适于复杂线路的应用，一旦动作失败，将会影响整个电网的自动化水平。

4 结束语

综上所述，针对配电自动化的单相接地故障，可以采用故障识别、诊断、定位等方式，精准定位故障点，同时选用合适的自愈策略，提升配电自动化运行效率。通过单向故障定位和自愈的技术，能够确保配电自动化安全运行，促进电网事业的快速发展。