基于接地故障檢測的配電自動化遠終端的開發(fā)

基于接地故障檢測的配電自動化遠終端的開發(fā)

0故障線路檢測技術非有效接地電網(wǎng)對提高供電可靠性非常有利。這類電網(wǎng)通常用于中國的中壓分壓網(wǎng)。配電線路故障,尤其是單相接地故障的快速、準確定位,不僅對修復線路和保證可靠供電十分重要,而且對保證整個電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定和經(jīng)濟運行都有十分重要的作用。對于線路的相間短路故障,由于會伴隨出現(xiàn)過流現(xiàn)象,一般比較容易檢測。但當非有效接地電網(wǎng)發(fā)生單相接地故障時,由于故障電流非常小,常規(guī)繼電保護無法檢測到故障線路,需要采取其他手段或技術。目前國內(nèi)有眾多企業(yè)對此展開研究,提出各具特色的辦法。主要可以概括為2類:以檢測故障線路中注入信號的路徑和特征來實現(xiàn)故障定位的信號注入法,和利用戶外故障探測器檢測故障點故障信息來確定故障區(qū)段的電容電流法。本文分析了這兩類故障定位原理及優(yōu)缺點,在此基礎上闡述綜合法的原理,并探討了可實現(xiàn)四遙功能的LIU(配電線路自動化遠方終端)裝置的開發(fā)和應用。1錯誤定位單號線的原理1.1信號尋跡原理文獻介紹的信號注入法是利用電網(wǎng)母線的接地電壓互感器注入交流信號電流,通過檢測故障線路中注入信號的路徑和特征來實現(xiàn)故障測距和定位。發(fā)生接地故障后,通過三相電壓互感器的中性點向接地線路注入特定頻率的電流信號,注入信號會沿著故障線路經(jīng)接地點注入大地,用信號尋跡原理即可實現(xiàn)故障選線并確定故障點。信號注入法的最大優(yōu)點在于其適合于永久性接地故障,缺點是:(1)注入信號的強度受變壓器容量限制。(2)接地電阻較大時,線路上的分布電容會使注入信號分流,給選線和定點造成干擾。(3)如果接地點存在間歇性電弧現(xiàn)象,注入的信號在線路中將不連續(xù),使檢測較為困難。(4)尋找故障點花費時間較長,有可能在此期間引發(fā)系統(tǒng)的第2點接地,造成線路跳閘。1.2點的暫態(tài)接地電流電容電流法是通過戶外故障指示器檢測電網(wǎng)發(fā)生單相接地故障瞬間的暫態(tài)接地電流來實現(xiàn)故障定位的方法。以中性點經(jīng)消弧線圈接地的系統(tǒng)為例,在故障瞬間,流過故障點的暫態(tài)接地電流既有工頻分量,也有高頻振蕩分量。流過故障點的暫態(tài)接地電流是由故障相對地電容的放電電流、非故障相對地電容的充電電流和消弧線圈的暫態(tài)電感電流疊加而成,兩者在頻率和幅值上都不相同,其特征根據(jù)兩者的具體情況而定。在故障初始階段,暫態(tài)接地電流的特征主要由暫態(tài)電容電流特征確定。在中性點經(jīng)電阻接地系統(tǒng)和中性點直接接地系統(tǒng)中,不存在消弧線圈的電感電流部分。因此,其暫態(tài)接地電流的特征與經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)相似?？梢婋娙蓦娏鞣ㄟm用于:中性點經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng);中性點經(jīng)電阻接地系統(tǒng)/中性點不接地系統(tǒng)、中性點直接接地系統(tǒng)。電容電流法的優(yōu)點是成本低,施工簡單。其缺點是:(1)目前只能實現(xiàn)“一遙”功能。(2)供電系統(tǒng)不能滿足長年限運行。(3)受測量環(huán)節(jié)的精度限制,準確率稍低。1.3復合選線,要注意把握單相接地的特征由于配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)復雜,單相接地故障又具有多樣性,可利用的故障電流通常很小,相對信噪比很低,再加上測量環(huán)節(jié)的精度限制,使得現(xiàn)有的選線裝置不能很好地滿足實際需要。處理非有效接地電網(wǎng)故障定位問題應該從客觀實際情況出發(fā),根據(jù)非有效接地電網(wǎng)單相接地故障的各種狀態(tài),可以得出這樣的結(jié)論:僅憑1種選線方式或者僅憑1種故障特征量并不能對各種單相接地狀況做出正確判斷,應該盡可能多地挖掘和利用單相接地故障的各種特征表現(xiàn),研究更有效的辦法來抽取和識別這些特征,形成綜合選線系統(tǒng),才能達到精確選線的目的。綜合法是根據(jù)多年來對接地故障檢測研究經(jīng)驗得出的一種獨特有效的接地故障檢測方法。綜合法主要是將采集到的多種線路特征參數(shù)按照設定的算法進行綜合分析,從而實現(xiàn)對接地故障的判定。這些特征參數(shù)包括:暫態(tài)電容電流、負荷電流、對地電壓等,也就是在電容電流法的基礎上疊加負荷電流、對地電壓的判據(jù),以避免測量精度對故障定位的影響。與其它單一條件的檢測法相比,綜合法可以有效防止因電磁干擾、涌流、諧波等造成的誤動,對接地故障的判定更準確,適用于中性點接地系統(tǒng)、中性點不接地系統(tǒng)和經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)。2架空線路故障定位與檢測從上述對信號注入法、電容電流法、綜合法的原理和優(yōu)缺點的綜合分析可知,綜合法有一定優(yōu)勢,但配電網(wǎng)自動化建設的最終目標是在配電網(wǎng)實現(xiàn)四遙功能,即遙測、遙信、遙控和遙調(diào)。從目前配電網(wǎng)實際情況看,架空線路的數(shù)據(jù)實時采集和架空線路故障定位成為困擾配電網(wǎng)自動化實現(xiàn)的重要因素。建立配電網(wǎng)SCADA(實時數(shù)據(jù)采集)系統(tǒng),全面掌握配網(wǎng)線路運行的參數(shù)和狀態(tài),是實現(xiàn)配電自動化的基礎,在此基礎上才能實現(xiàn)配網(wǎng)的負荷預測、狀態(tài)估計、故障隔離和網(wǎng)絡重構(gòu)等高級應用。目前,配電架空線路上的運行參數(shù)一般都是通過變電站內(nèi)的饋線開關和線路上安裝的帶有智能控制器的柱上開關來獲得,但由于柱上開關數(shù)量有限,帶有控制器的開關就更少,而架空線路分支較多,主干線路也較長,管理部門難以全面掌握線路數(shù)據(jù),因此架空線路的故障定位更難實現(xiàn)。配電線路是最容易發(fā)生故障的系統(tǒng)之一,短路故障和單相接地故障是最常見的故障形式。發(fā)生故障后,如何快速定位故障位置,指導線路運行部門及時搶修故障、恢復供電,將是今后配網(wǎng)自動化工作中要重點解決的難題。國家電網(wǎng)公司于2009年11月編制的《配網(wǎng)自動化試點建設與改造技術方案》中明確指出,在架空線路上可采用帶通信功能的故障檢測終端,實現(xiàn)故障類型、故障位置等遙信量的上傳。為了解決上述技術問題,需要開發(fā)一種全新的適用于架空線路的配電線路自動化遠方終端,即LTU。為此,在綜合法基礎上研發(fā)了由配電線路自動化遠方終端控制器、電子式互感器、戶外單相變壓器和通信模塊組成的LTU,具有四遙功能,是實現(xiàn)架空線路自動化的高效解決方案。2.1故障情況精確定位LTU具有以下特點:(1)實現(xiàn)架空線路遙測。實時采集線路的電流、電壓、功率、諧波等數(shù)據(jù),采集的數(shù)據(jù)可以每秒鐘上傳1次,為配電自動化提供數(shù)據(jù)支持。(2)實現(xiàn)架空線路遙信。準確檢測線路發(fā)生的故障情況,包括相間短路、過電流、單相接地、過電壓、欠電壓、缺相、斷電等故障或者異常狀態(tài),并及時上傳。實現(xiàn)了故障精確定位,為提高供電可靠性提供了技術支持。(3)實現(xiàn)架空線路遙控。LTU可以與線路已經(jīng)安裝的柱上開關相配合,后臺軟件可以通過LTU遠程控制柱上開關的分合。當確定了故障精確范圍后,通過遙控柱上開關,將故障區(qū)段隔離出來,恢復其他無故障區(qū)段的供電,提高了經(jīng)濟效益和社會效益。(4)實現(xiàn)架空線路遙調(diào)。架空線路所帶負載變動大,線路改造頻繁,線路的輸送功率和供電方向經(jīng)常變動,因此判斷故障的判據(jù)需要隨之改動,這些改動都可以通過后臺軟件遠程實現(xiàn),使用靈活。2.2電子式整體測量應用特點電子式互感器是LTU的重要組成部分,是采集配電架空線路三相電壓和電流的一次設備。電子式互感器與傳統(tǒng)的電磁式互感器相比具有很多優(yōu)勢,非常適合在LTU中使用。電子式電流/電壓互感器應用在LTU中有以下優(yōu)勢:(1)測量范圍廣。電子式互感器的頻響范圍寬、測量線性范圍廣、線性度好,在有效量程內(nèi),電流互感器精度可達到0.2S/5P級,電壓互感器測量精度可達到0.2/3P級。(2)應用方式靈活。電子式互感器輸出的都是小電壓信號,一般為1.5~4V,可方便地與數(shù)字式儀表、微機測控保護設備接口,無需進行二次轉(zhuǎn)換,從而可以降低系統(tǒng)應用的復雜度和測量誤差,提高了設備的穩(wěn)定性和準確度。(3)安全可靠。電子式互感器均不含鐵芯(或含小鐵芯),不會出現(xiàn)飽和現(xiàn)象。即使電流互感器二次開路也不會產(chǎn)生高電壓,電壓互感器二次短路時也不會產(chǎn)生大電流,無過電流擊穿的危險,也不會產(chǎn)生鐵磁諧振,從而保證了人身及設備的安全。(4)體積小,功耗低。電子式互感器體積小、重量輕,能有效節(jié)省空間,功耗極小,節(jié)電效果十分顯著,具有環(huán)保產(chǎn)品的特征。(5)多用途。電子式電流互感器集測量和保護于一身,能快速、完整、準確地將一次信息傳送給計算機進行數(shù)據(jù)處理,或與數(shù)字化儀表等測量、保護裝置相連接,完成計量、測量、保護、控制、狀態(tài)監(jiān)測。還可作為帶電顯示裝置實現(xiàn)一次電壓數(shù)字化在線監(jiān)測。(6)使用壽命長。由于電子式互感器自身