張秀媛

（天津市澎宇機電設計事務所，天津300384）

0 引言

在我國的配電網(wǎng)中，接地系統(tǒng)的接線方式大部分為中性點不接地，或者是經(jīng)消弧線圈接地［1］。單相接地故障在總故障中所占的比例極大，當前，對于此類故障的解決方案通常是：采用相應的接地選線裝置，在發(fā)生故障的情況下自動將故障線路挑選出來，并實現(xiàn)故障隔離。這種方法會導致非故障區(qū)域也停電，恢復供電所需時間較長。如果基于饋線自動化進行單相接地故障處理，則能直接將故障區(qū)域兩端的開關(guān)跳開，不會影響非故障區(qū)域的供電，反應速度極快。本文即對此進行研究，并比較了幾種不同的實現(xiàn)方案。

1 饋線自動化系統(tǒng)中單相接地故障處理的可行性分析

近年來，城鄉(xiāng)電網(wǎng)改造的步伐在不斷加快，改造過程中重要的一環(huán)就是進行配網(wǎng)結(jié)構(gòu)以及一次設備的改造，此外，配網(wǎng)自動化建設的力度也在加大，從而提高了整個電力系統(tǒng)的運行管理水平?；陴伨€自動化，對電網(wǎng)中的單相接地故障處理進行研究時，要注意其與常規(guī)故障處理的區(qū)別：（1）在饋線自動化系統(tǒng)中，常常會在開關(guān)處安裝相應的電流互感器，這樣一來，即可在配電終端采集需要的電流信息，因而故障處理的電氣特征量選擇更加多樣化。（2）通信是饋線自動化的核心，只要通信系統(tǒng)的性能足夠好，對于子站而言，就能夠方便地獲取所需要的電氣特征量。這樣一來，故障信息的冗余度就更高，故障定位也更加準確。（3）在饋線自動化系統(tǒng)中有完善的配電終端，芯片技術(shù)的發(fā)展也促使配電終端更加強大，因而電氣特征量的提取變得更加方便。（4）真空滅弧技術(shù)的出現(xiàn)大大降低了斷路器的成本，這種斷路器逐漸取代了負荷開關(guān)，為直接控制配電終端提供了途徑。

2 實現(xiàn)方案

首先，對饋線系統(tǒng)的保護原理進行研究，它是一種終端監(jiān)控式的饋線自動化方式，與完善的通信網(wǎng)絡相結(jié)合，采用分布式配電終端，能夠?qū)崿F(xiàn)全線速動。圖1給出了一個手拉手式的配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，對其基本組成進行分析：分段開關(guān)為斷路器，即圖中的A～C和E～G，聯(lián)絡開關(guān)由D表示，在正常運行的情況下，D是斷開的；M表示變電站，它與手拉手線路的A～D部分相對應；在變電站側(cè)的饋線系統(tǒng)中，UR1～UR4組成了相應的保護單元，對開關(guān)A～D進行控制；通過總線式快速網(wǎng)絡，這些配電終端連接在一起。

圖1 手拉手配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)示意圖

假設在F1處發(fā)生了單相接地故障，故障電流將會在A、B處出現(xiàn)，而C處不會出現(xiàn)故障電流，但是此處的電壓會降低；對應地，饋線系統(tǒng)的保護單元會執(zhí)行相應的動作，其具體流程如圖2所示?；诟邏壕€路的縱聯(lián)保護原則，饋線系統(tǒng)保護在通信方案上很大部分采用了全分布式母線保護的原理［2］，從而實現(xiàn)了選擇性保護，能夠一次性完成故障的識別和隔離，進行重合閘動作和故障的自動化恢復。其主要優(yōu)點在于：對故障進行一次性處理，非故障段的供電不會受到影響，故障能夠被快速切除，不會對電動機類負荷的供電質(zhì)量造成不良影響等。

圖2 饋線系統(tǒng)保護單元執(zhí)行動作流程

下面對基于饋線自動化的單相接地故障處理的3種具體方案進行分析：

2.1 主站監(jiān)控式饋線自動化

這種模式屬于集中處理模式，在這種模式下進行單相接地故障的處理時，主要步驟為：當出現(xiàn)單相接地故障時，在相應的饋線子站上有零序電壓啟動，從而進行自動化的故障錄波，并且進行電氣特征量的計算；對于主站而言，將會對終端的故障信息進行定時召喚和綜合判斷，從而定位故障線路和區(qū)域，最后發(fā)出故障隔離以及供電恢復等命令。這一方案在傳統(tǒng)的配電自動化系統(tǒng)中使用較為適宜，主要不足在于：自動化程度低，反應速度不理想，主站軟件十分復雜。

2.2 子站監(jiān)控式饋線自動化

這種模式進行了相應的分層，在子站層中包含有主站層的部分功能。這種模式下的單相接地故障處理主要特點為：電氣特征量是在子站中采集的，并且在子站中進行故障線路的判別和隔離。在該方案中，主站的部分功能下放給子站，因此，其處理速度明顯提高了。

2.3 饋線系統(tǒng)保護

與上面講述的2種方案不同，饋線系統(tǒng)保護中的緊急控制功能被放到了智能終端設備上，能夠?qū)崿F(xiàn)分布式控制［3］。采用此方案進行單相接地故障處理時，其流程為：如圖1所示，當F1處發(fā)生了單相接地故障時，M饋線上的FTU將會進行零序電壓啟動，實現(xiàn)故障錄波。對于饋線來說，相鄰的FTU可以進行通信并綜合比較接收到的故障信息，從而得到動作條件，UR2即按照相應的要求實現(xiàn)故障隔離。在這種方案中，故障判別在配電終端上實現(xiàn)，有效減小了子站的壓力，處理速度更快；另外，由于只需要進行縱向上的比較，其封裝性能較好。

3 電氣特征量的選擇

3.1 暫態(tài)分量

運行實踐表明，配電網(wǎng)中的大部分單相接地故障是瞬時性故障，而造成這種故障的原因是多種多樣的。其中，最為常見的一種原因是：系統(tǒng)中存在絕緣的薄弱點，在高電壓的作用下出現(xiàn)絕緣擊穿，而這種擊穿常常發(fā)生在相電壓經(jīng)過最大值的瞬間。此時，零序電流暫態(tài)分量很大，干擾對其的影響可以忽略，因此較容易測量，可以將其作為故障特征量。當相電壓過零時發(fā)生故障，對于不接地系統(tǒng)而言，基本上是不存在暫態(tài)過程的。如果過渡電阻足夠大，任何時候發(fā)生故障都不會形成強暫態(tài)過程。

3.2 穩(wěn)態(tài)分量

當配電網(wǎng)中發(fā)生單相接地故障時，故障點處的零序和負序電流是相同的。如果變電站中的出線為電纜，在微機選線裝置中，故障特征量通常采用零序電流，它是通過零序電流互感器測得的，不會受到三相負荷不平衡的影響。但是對于饋線自動化系統(tǒng)而言，則應與實際相結(jié)合，采用合適的特征量。在電纜網(wǎng)絡中，可以通過環(huán)網(wǎng)柜中的電流互感器采集到零序電流；對于架空線路，通過三相電流的疊加得到零序電流。負序電流是從故障點出發(fā)，經(jīng)過母線向系統(tǒng)流動的，并且?guī)缀醪粫枪收暇€路流動。在饋線自動化系統(tǒng)中，采集到三相電流之后，可以通過相應的相量計算出負序電流，此時的負序電流會受到三相負荷不平衡的影響，同時也會受到電流互感器不平衡的影響。

4 結(jié)語

研究饋線自動化系統(tǒng)的單相接地故障處理具有十分重要的現(xiàn)實意義。本文對3種單相接地故障處理方案進行了分析，得出了以下結(jié)論：在終端監(jiān)控饋線自動化模式中，縱向比較法十分適宜；而在主站監(jiān)控式以及子站監(jiān)控式饋線自動化模式中，則適宜采用橫向比較法。

［1］焦邵華.電網(wǎng)智能保護新技術(shù)的研究［D］：［博士學位論文］.北京：華北電力大學，2000

［2］焦邵華，焦燕莉，程利軍，等.饋線自動化的最優(yōu)控制模式［J］.電力系統(tǒng)自動化，2002（21）

［3］曾祥君，尹項根，陳德樹，等.適應配電自動化的饋線接地保護研究［J］.電力系統(tǒng)自動化，2000（15）