摘要:配电网单相接地后寻找故障线路的传统方法是将馈线逐一断开，当线路的接地信号消失时，馈线即为故障线路。该种断线检查方法因需逐一停电各路馈线而影响供电可靠性,人员操作劳动量大。
关键词：配电网；接地选线；谐波增值；信息融合；
在讨论了零序电流法、谐波电流法、注波法和残差增量法选线的优缺点的基础上根据补偿电网的特点和要求提出了复合型选线方式,即利用现代计算机技术对配电网的运行状态进行信息融合,在线检测其零序电流、谐波、暂态电流,并综合分析,必要时增值谐波电流,以增大检测信号,提高选线准确率。
一、补偿电网的运行特点及对接地选线的要求
补偿(特别是经自动跟踪补偿消弧装置补偿)电网的最大特点是残流或脱谐度小(一般要求残流<10 A)以利灭弧,同时允许带接地故障运行2 h,以保证供电可靠性和一些瞬时性接地故障(如雷电冲击绝缘子瞬时闪络、风吹树稍向线路放电等)经补偿接地电弧熄灭后恢复正常运行。对不能自动恢复的故障(如绝缘子的永久性击穿等线路,对地缘电阻很低或为零)则找出接地故障线路或故障点并及时清除,即接地选线。因此接地选线的准确性最重要而时间上并不要求非常迅速(因电网可带故障运行2h)。找出故障线路后应判断故障性(如金属性接地、过渡电阻接地或瞬时故障),并按设定时间切除,最好能指示范围以及时查找和清除故障。大量调研发现补偿电网特点如下:
1.消弧装置补偿后的残流Id为0～10 A,虽然也有消弧装置可接近全补偿状态下运行,但为使电网长期中性点位移电压Un≯15%的相电压和消弧装置运行稳定,装置一般不一直在全补偿状态下运行,Id<10 A即可。一定值的Id可用零序电流互感器测出,但Id的大小随消弧装置的补偿状态而变。
2.电网中非线性铁磁元件的存在产生谐波电压、电流,而消弧线圈仅补偿工频电流,即使全补偿也只是工频接地电流为零。消弧线圈的感抗XL正比于频率,而电网对地容抗Xc反比于频率,消弧装置不能有效补偿谐波电流,接地残流中谐波电流占很大成份。理论上故障线路的5次谐波零序电流最大,且相位与非故障线路5次谐波电流差180°。在实际电网中谐波电流受电网的运行情况影响很大,比如铁磁元件的保和程度,谐波污染源的变化等,并不一定故障线路5次谐波电流总是最大,有时会检测不出,即谐波电流也是变化的。
3.电网单相接地故障点的接地电流中暂态电流主要为电网故障相的对地电容放电波,非故障相的对地电容充电波,以及消弧线圈电感电流分量等。暂态接地电流频率高,幅值大,且与零序电流的首半波之间相位固定,放射形电网的故障线路上两者极性相反,非故障线路上,两者极性相同,由此可判定故障线路。
二、目前中压电网接地选线方式及存在问题
1.谐波电流法:利用消弧线圈只能补偿工频。电容电流而不能有效补偿谐波电流的特点,检测各线路谐波电流,比较其幅值、相位来查找故障线路。该法能用于自动跟踪补偿的电网,但选线灵敏度与电网电压质量有关,如电压质量好,谐波含量低,可能满足不了灵敏度要求,检测不出故障线路。
2.注波选线法:接地故障发生时通过母线压变向母线注入特定频率的电压信号(它只在故障线路才能形成回路、产生电流并由开关柜上的传感器接收),比较各分路信号强弱来找出故障线路。但现场高、低温恶劣运行环境下工作点容易漂移,导致收不到该电流信号。该法还易受现场强电磁场干扰。再者传感器接收的是空间信号,故障和非故障线信号差异并不很大,有时不能保证选线准确性。
3.残流增量法:消弧装置在一定的时间内用计算机控制放大残流到满足零序电流互感器灵敏度,用零序电流法检出故障线路。该法选线较为准确,但损失了一些自动跟踪补偿消弧装置的功能,因放大残流可能导致弧光接地过电压或者由单相接地发展为相间短路。该法只配合特定的自动跟踪补偿消弧装置,不能用于其它场所,局限性很大。
三、开闭所接地选线的实现
1.零序电流比相比幅法。零序电流幅值比较法简称幅值法,它利用中性点不接地系统故障线路工频零序电流幅值比健全线路大的特点,选择工频零序电流幅值超越一预设门槛值的线路、或者选择零序电流幅值最大的线路为故障线路。也可将故障后线路零序电流与故障前自身对地电容电流作幅值比较,选择育变化的线路为故障线路。
2.零序电流群体比幅比相法。零序电流群体比幅比相法是应用微机技术采集母线上所有出线的零序电流先进行幅值比较,选出几个幅值较大的线路再进行相位比较,如果某条线路零序电流的相位与其它线路不同,则其为故障线路,如果所有零序电流同相位,则为母线故障。
3.零序无功功率方向法。零序无功功率方向法利用中性点不接地系统故障线路零序电流相位滞后零序电压9 0。、而健全线路超前零序电压9 0 0的特点,选择无功功率小于零的线路为故障线路。
4.五次谐波法。故障点和线路、设备等非线性因素会在电网中产生谐波电流,其中以五次谐波分量为主。由于消弧线圈对五次谐波的补偿作用仅相当于工频时的1/2 5。因此一般条件下故障线路的五次谐波电流比非故障线路大且方向相反,据此即可确定故障线路。由于发生单相接地时,接地电流受接地阻抗的影响,受系统运行方式的影响,受消弧线圈等的影响,致使没有哪一种选线方式是完全准确的。所以,在集中选线装置中,综合利用多种算法,最后利用表决的方式,综合判断接地线路。但是,集中选线装置安装在开闭所中就不太适应。开闭所线路在接地时,对于选出的用户线,开闭所接地选线装置可以直接跳闸,但是对于开闭所相互级联的线路(即开闭所的进线和相关出线),开闭所无法判定是级联线路接地了还是其他供电区域的用户线接地了,此时,开闭所接地选线装置就无法做出正确的判断。
四、智能复合选线方式
提出了智能复合型的接地选线方式,即利用计算机和传感器技术,使用几种不同的选择原理和方式,采用信息融合方法,用数理统计模型,进行计算机综合判断。
1.先用计算机的快速取样和储存功能按零序。电流选线法和暂态电流选线法快速巡检各分路的零序电流和暂态电流,比较其大小。只要消弧线圈不工作在全补偿状态且故障电流能满足零序电流互感器的灵敏度即可用零序电流法检出故障线路。即使在全补偿状态,暂态电流因幅值较大,也可以检出,这要求取样装置的反应尽可能快。比较暂态电流的大小,配合零序电流法检出的稳态电流值,基本可以判断出故障线路。
2.在接地故障发生时用谐波电流法,检测并分析各馈线的谐波电流,特别是5次谐波电流的大小及相位,在电网谐波分量满足检测灵敏度要求时基本上能检出故障线路。
3.增值放大谐波信号。电网谐波分量不能满足灵敏度要求,用零序电流法和暂态分量法选线失败时,启动谐波放大器放大5次谐波信号,因故障线路将有5次谐波电流流过,检测各分路5次谐波信号判别出接地故障线路。这3种选线方式互为补充,利用信息融合数理统计的方法一般都能准确的选出故障线路,且3种方式的取样方式相同(只第3种方式增加了5次谐波放大器,利用了现代计算机强大的内存和计算功能及快速取样、比较、判别功能)。故障数据可经通信接口远传,打印输出,备用故障分析。
结语：
总之，复合型接地选线方式利用计算机快速巡检、储存、运算和分析判断功能,做到了各选线方式的互相补充,联合分析判断,采用信息融合和数理统计方法,集合各主要选线方式的优点、克服其不足,提高了选线的准确性和适应性。
参考文献：
[1]张月，关于配电网接地选线方式的研究与探讨.2018.
[2]薛祖丙，浅谈配电网接地选线方式的研究与探讨.2019.