張耀中

(同煤浙能麻家梁煤業(yè)有限責(zé)任公司,山西朔州 036000)

一種系統(tǒng)總阻抗測量法在煤礦配電網(wǎng)故障單端測距中的應(yīng)用

張耀中

(同煤浙能麻家梁煤業(yè)有限責(zé)任公司,山西朔州 036000)

對于含有多條出線的單端供電系統(tǒng),本文提出了一種適用于煤礦 -35KV變電所的故障測距方法。首先記錄故障發(fā)生時母線的電壓、電流,通過識別故障類型,得到監(jiān)測位置到接地點(diǎn)之間的綜合阻抗;其次利用布置多個監(jiān)測點(diǎn)的搜尋方法,查詢到若干條可疑的故障線路;通過各個監(jiān)測點(diǎn)反映的故障狀態(tài)信息,深入的排除可能性更小的非故障線路,確定出最終的故障線路和相應(yīng)的距離。

煤礦電網(wǎng) 系統(tǒng)總阻抗 監(jiān)測點(diǎn)分布配置 故障選線 故障定位

煤礦變電所中低壓配電網(wǎng)中發(fā)生短路故障時，以單相接地故障為主，盡管故障發(fā)生后三相線電壓仍然保持對稱，可以繼續(xù)帶故障運(yùn)行一段時間，但由于非故障相對地電壓升高到線電壓，長期帶故障運(yùn)行會降低線路的絕緣水平。隨著智能電網(wǎng)的應(yīng)用，對繼電保護(hù)的速動性要求越來越高，需要準(zhǔn)確快速的找到故障距離母線的接地位置。如何準(zhǔn)確提取特征信號成為一個重要的問題。基于阻抗的測量方法容易受接地電阻以及中性點(diǎn)接地方式的制約;“S”注入法，注入裝置的功率存在PT鐵芯飽和帶來的影響，極易被電網(wǎng)諧波信號干擾;利用故障暫態(tài)信號是近年來提出的，其中包括針對頻域中的定位方法和時域分析的測量方法兩種。頻域信號下的測距法通過小波分析來提取特征頻率信息，通常應(yīng)用到遠(yuǎn)距離輸電線路中，很難應(yīng)用到中低壓配電網(wǎng)中，時域信號下的測量方法如現(xiàn)代行波定位法，增加了GPS同步對時信號器件，從而達(dá)到辨別故障反射波的目的。

本文提出的故障測距方法根據(jù)煤礦電網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)得出若干個可疑的故障位置。引入母線出口處的電氣量監(jiān)測裝置得到母線各相電壓以及流過母線電流的序分量來判斷故障類別并且計算母線至故障位置的總阻抗;調(diào)用當(dāng)前配電網(wǎng)的線路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)查出可能性較高的某些故障點(diǎn);最后采用多方位配置信號測量裝置來縮小接地點(diǎn)的查找范圍，得到可靠的故障線路和接地點(diǎn)位置。

1 單相接地故障總阻抗計算

圖1是針對煤礦10KV單端輻射狀配電。

網(wǎng)的單相接地故障序分量電路，其中Rf為接地電阻。

圖1中的U1、U2、U0分別是母線出口電壓的序分量，I1、I2、I0分別是流過母線電流的序分量。ΣZ1L、ΣZ2L、ΣZ0L分別是母線到接地點(diǎn)之間各序阻抗值。單相接地故障的序分量中，正序等效阻抗ΣZ1L和負(fù)序等效阻抗ΣZ2L相等，分析圖1電路，可以得到以下的公式：

把ΣZ1L、ΣZ2L、ΣZ0L都用R+jX相應(yīng)的矢量形式表示，由式(1)得到式(2)：

圖1 單相接地故障序分量圖

2 查詢可疑的故障點(diǎn)

對于采用單端輻射狀的中低壓配電網(wǎng)變電所，每條主干線路下面接有多個分布節(jié)點(diǎn)，以及多個電氣監(jiān)測點(diǎn)和含有多個分支線路的移動變電站。由于整個系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)錯綜復(fù)雜，各個節(jié)點(diǎn)處的電壓、電流各不相同，本文針對單相接地故障的接地點(diǎn)查詢采用如下的方法：首先判斷是否發(fā)生單相接地故障，然后利用第一節(jié)的公式(3)計算得到總阻抗，據(jù)此尋找滿足以下三個條件的接地點(diǎn)：

(1)被識別的故障相屬于某一條線路的三相;

(2)對應(yīng)的計算阻抗小于累積阻抗;

(3)計算阻抗大于累積阻抗與當(dāng)前線路段阻抗的差值;

通過上述條件的一系列推算后，實(shí)現(xiàn)了故障線路選擇以及可疑故障點(diǎn)的查詢。

3 監(jiān)測點(diǎn)的有效配置

煤礦電網(wǎng)的許多重要線路中都配備有電能質(zhì)量監(jiān)測裝置，包括重合閘控制器和用于開關(guān)監(jiān)控的饋線終端設(shè)備FTU。這些設(shè)備方便檢測到故障發(fā)生時間，隨時發(fā)出故障警示信號。對于單端供電的變電所而言，當(dāng)某一條線路發(fā)生單相接地故障時，距離故障點(diǎn)最近的監(jiān)測裝置通常會檢測到故障信息，利用配備的通信通道，從而將反映接地故障的狀態(tài)信息上傳到中央控制單元。其余的監(jiān)測點(diǎn)由于很難檢測到故障狀態(tài)，因此在中央處理中查詢到的反饋信息很微弱，因此通過這些監(jiān)測點(diǎn)的反饋信息能夠用于查詢可以故障點(diǎn)，從而有效區(qū)別故障線路與非故障線路。為了使得故障發(fā)生后的狀態(tài)信息能夠準(zhǔn)確的被相應(yīng)的監(jiān)測點(diǎn)感知并傳送，需要合理有效的布置監(jiān)測點(diǎn)，本文的配置方式采用了如下的策略：對于不帶有分支線路的主干線路不進(jìn)行監(jiān)測設(shè)備的配置;對于一條母線帶有n條分支饋線需要選出n-1條線路，合理的配置n-1個監(jiān)測設(shè)備。在網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)不變時，這些監(jiān)測設(shè)備在配電網(wǎng)中可以提前布置并長期保持正常運(yùn)營。對于監(jiān)測點(diǎn)這樣的經(jīng)濟(jì)配置方法，并不要求每一條饋線都能反應(yīng)當(dāng)前線路的電氣信息。當(dāng)接地故障在沒有安裝監(jiān)測裝置的某一條線路發(fā)生時，系統(tǒng)中上述配置的所有監(jiān)測設(shè)備都不能反映故障狀態(tài)量，以此就能夠?qū)⑴鋫溆斜O(jiān)測設(shè)備線路發(fā)生故障的可能性排除。同時，當(dāng)監(jiān)測設(shè)備出現(xiàn)了檢測到故障信息的現(xiàn)象時，不帶有監(jiān)測設(shè)備的饋線就可以判定沒有發(fā)生排接地故障，進(jìn)一步縮小了故障線路的查詢范圍。所有的監(jiān)測設(shè)備中，反映故障信息最多的監(jiān)測點(diǎn)所在的線路判定為故障線路。

張耀中(1987.11—),男,機(jī)電科技術(shù)主管,研究方向：煤礦配電網(wǎng)自動化。