配电自动化系统的单相接地故障定位
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摘 要： 近年来，电力企业为有效地提高电网运行的可靠性，均积极采用配电自动化系统。而在整个配网故障中，单相接地故障的发生几率较高。为此，准确对这类故障进行定位对于确保配网可靠运行具有十分重要的意义。基于此点，首先对配电自动化系统进行概述，并在此基础上对配电自动化系统单相接地故障定位进行系统分析。
关键词： 配电自动化系统；单相接地；故障定位
中图分类号：M862 文献标识码：A 文章编号：1671－7597（2012）0310151－01
随着我国经济的快速发展，人们在用电方面的需求也不断增加，为满足人们的这一需求，电网规模也随之不断扩大。在规模扩大的同时也对电网的供电可靠性提出了更高要求。配电自动化系统以其自身强大的功能，在确保电网运行的可靠性方面发挥着不容忽视的作用，而在整个系统当中，最为重要的部分之一就是故障定位。
1 配电自动化系统概述
配电自动化简称DA，主要是凭借计算机技术、网络技术、通信技术以及电子信息技术等，将配电网的离线与在线数据、用户数据以及整个电网结构与地理图形等通过信息集成后形成的自动化系统。该系统能够实现现代化的配电管理，并且可对配网及其相关设备的运行状态进行监测、保护和控制。从纵向结构的角度上讲，DA系统属于配电管理的子系统，若是从横向的角度讲，该系统与变电站自动化、电力MIS以及调度自动化等有着十分密切的内在联系。DA系统主要负责对10kV配电线路中的各种设备进行监控，具体包括变压器、柱上开关装置以及一些组合设备等。这部设备通常都是沿线路分散在配网的供电范围之内。根据配电系统需要完成的具体功能，并结合电力系统未来的发展，系统总体结构应包括如下子系统：中心主站系统、自动化终端以及通信系统等。中心主站属于整个配电自动化系统中的上层系统，主要负责完成对配网中各类在线设备的控制、监测以及故障处理；自动化终端主要负责对线路上的电气量进行采集处理以及上传，并监控所有配电设备的运行；通信系统属于信息交互交互平台，负责完成中心主站与配电终端之间的信息交互。
2 配电自动化系统单相接地故障定位分析
2.1 单相接地故障的判断。在电力控制中心收到来自于数据库中的故障信息后，便会按照故障信息的内容对故障区域进行判断。为便于本文的研究，故此假设线路故障为单相接地故障。如果检测结果为QF1位置处的断路器跳闸，则视为该断路器控制的线路失电，若是在2s后合闸成功，那么则表示为暂时性故障，当超过这一时间断路器仍未合闸，便可将其定性为永久性故障。
2.2 线路故障区段检测方法。当确定某条线路为永久性故障后，可通过以下方法对故障区段进行判断：1）当L11位置处发生故障时，在QF1合闸后，经检测发现QS11并无任何负荷信号反馈，但QF1跳闸。2）当L12位置处发生故障时，在QF1合闸后，经检测发现QS11合闸后电压的正常时间超过Y时间，并且合闸成功，同时有负荷信号反馈。3）当L13位置处发生故障时，与以上两处位置的故障有所不同，在QF1合闸后，经检测发现QS11以及QS12合闸后的电压超过Y时间，证明合闸成功，而QS13在Y时间未到时电压消失，合闸失败，无任何反馈信号，QF1跳闸。表1为线路与开关对照表。
2.3 单相接地故障选线。1）在发生单相接地故障之后，由于电容电流可以决定暂态过程，所以故障线路的暂态零序电流会达到最大幅值。若将暂态电感电流忽略不计，那么故障线路的零序电流幅值与全部完好线路的幅值和相等。2）故障线路的暂态零序电流极性与非故障线路零序电流的暂态分量相反，当母线发生故障情况时，便会导致全部线路的暂态零序电流极性完全一致。
在零序暂态电流中，拥有诸多频率分量。针对于某一频率来讲，健全线路与故障线路的电流方向是相反的，但是当多个频率处于叠加状态时，其电流方向性便会变得模糊不清，将识别难度加大。在这情况下，可以通过离散小波变化的快速算法予以识别，在每分解一个尺度之后，就能将某个频段的信号分量提取出来，逐步消除频率间的叠加状况，从而完成系数向信号的重构过程。在重构中获取的信号是细节分量，由于其与原信号存在相互对应的关系，所以可将其作为重要的判断依据。完好线路的RLC参数可以决定其振荡频率，完好线路的电流总和与故障线路的零序暂态电流相等，所以故障线路的振荡频率分量与各线路的振荡频率组合也是一致的。为了提高故障线路鉴别的准确性，可采用其中信号最强的线路，也就是选取最大电流值的频率分量，当其达到最大值时，对各条出线细节分量值进行比较分析。若发现某一条出线的细节分量值较大，并且相反于其他线路值，那么就能以此判定该线路为故障线路；若所有线路值的符号相同，或存在相反符号的线路值但是其细节分量较小，那么可以判定故障线路为母线。在其他线路信号不强，或只有两条线路时，遵循上述方法是难以确定故障线路的，而只能仅仅判定为母线故障。在这种情况下，可以利用母线零序电压判断故障线路，如果在该时段存在某条线路细节分量值符号相反于零序电压值方向，则说明该线路为故障线路，其他符号相同的线路为健全线路。
2.4 故障点精确定位。通过运用以上方法能够准确判出故障线路，在完成选线工作的基础上，利用行波故障定位法准确定位线路故障点。该定位法的工作原理是将故障检测元件设置于线路故障段的断路器处，通过故障检测元件测量线路流过的暂态电流，利用双端行波法测量故障距离。这种测距方法是在故障段两端及其断路器处装设测距装置，利用测距装置接收故障点所发出的暂态行波信号，并将第一个波头脉冲通过滤波器进行过滤，以此提高故障点定位的准确性。线路故障距离是通过故障点产生的行波在故障点与测距端之间的往返时间乘以行波波速而最终确定的。对于在线路中点以外发生的故障情况，其母线到故障点的距离可以根据达到本终端前两个波头之间的时间予以确定。
参考文献：
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[3]郭上华、肖武勇、陈勇，一种实用的馈线单相接地故障区段定位与隔离方法[J].电力系统自动化，2009（5）.
作者简介：
刘晓静（1976-），女，河北省廊坊大厂回族自治县人，毕业院校：华北电力大学，职称：助理工程师，职务：科员，单位：廊坊大厂供电有限公司，研究方向：电气工程及其自动化（电力系统通信）。