配电自动化技术在接地故障检测中的应用

2023-01-16 10:08蒋林志
通信电源技术 2022年18期
关键词:子站主站零序

蒋林志

(国能珠海港务有限公司,广东 珠海 519000)

1 接地故障检测中的配电自动化系统架构

由于配电网的结构比较复杂,对配电网的接地故障进行正确处理十分重要。结合现代信息技术与自动化控制技术,依据10 kV馈线上电压负荷的分配情况,将接地点的配电网网络进行分段处理,并分段安装配电开关监控终端(Feeder Terminal Unit,FTU),以保证配电网能正常通信。当配电网接地处出现故障时,配电子站的FTU会将故障信息反馈到子站或主站,检测系统能够根据线路的故障信息量对线路故障进行分析,便于准确分析故障原因。配电线路各节点FTU的功能是对线路中的信息进行反馈,以此来保证整个配电网的安全通信。根据馈线网络中FTU节点的分配,形成配电自动化系统,如图1所示[1-4]。

图1 典型的配电网自动化接地故障体系架构

应用配电网子站线路的FTU故障自动检测系统,每个馈线节点的FTU可快速对电路的三相电流及电压进行采集,并分解出各个配电子站的电力特征量,便于对各个配电子站的故障进行自动化检测。FTU的功能比较强大,能对多个馈线的故障电流和正常负荷电流进行实时监测,而且控制的精度也比较高。一般情况下,FTU的控制精度都在0.2%~0.5%。配电网的电流发生变化时,FTU在检测到故障或测量值变化的情况下,可以主动向附近的子站/主站传送故障信息变化量的情况,便于配电网的自动控制设备对故障进行检测。配电主站/子站可通过对时命令对整个配电网的FTU进行控制,使各支路的FTU与总线路的FTU信息保持一致,从而使各个FTU能准确地对故障类型、地点进行检测。此外,配电网的主站/子站能通过任意子站的FTU信息量变化状态,判断配电支路是否存在故障。通过对比各子站FTU处接地电流、电压特征量,自动对电路中的故障进行分析,提高电路故障的处理效率[5]。

当配电网出现大电流故障时,线路的电流比较大,这种接地故障比较容易判断。在进行自动处理时,通过对故障电流变化量的特征进行分析,可以快速定位故障。以常见的接地故障为例(见图2),如果配电线路的FTU2、FTU3之间发生接地故障,电路中的电流就比较大,那么在FTU1、FTU2均可感知到电流信息量的变化,但在FTU3处没有检测到电流增大的消息。在FTU2与FTU3之间,根据电流信息量变化的情况可以判断出电路某相发生接地故障与区段,利用远动控制系统断开FTU2、FTU3的的开关,对配电网络进行保护[6]。

图2 接地故障判断图例

2 配电网自动化终端FTU检测的接地故障特征量分析

2.1 FTU装置采集量的处理

馈线FTU的灵敏度较高,能够通过输入的三相电压、三相电流对配电网中可能出现故障进行处理与分析,从而准确地对小电流接地故障进行处理。利用离散傅里叶变换(Discrete Fourier Transform,DFT)对数据进行处理,得到FTU装置的辅助特征量,可以分解出配电网络馈线的电压、电流谐波分量,用于对电路中的零序电压与零序电流进行计算与分析[7,8]。

2.2 零序电压特征量分析方法

零序电压特征主要针对配电网络的线路小电流接地,依据整个配电网络零序电压上升值与零序电压的变化情况对配电网接地故障点进行分析。如果线路出现故障,接地故障判别程序能自动启动,对故障类型进行判断,以保障配电网的供电安全。同时FTU也会记录超过定值前后一段时间内馈线上的电压、电流波形以及二者的变化情况,并上传至配电网主/子站,便于判断出现故障的区段位置和类型等[9]。

2.3 零序电流特征量分析方法

在电路出现故障时,支路的零序电流要大于配电网正常工作时的支路零序电流,通过配电网中的电流变化情况,采用零序电流特征量来判断电网是否出现故障。由于10 kV配电网的电缆线路结构比较复杂,并且配电网还存在支路架构的情况,采用零序电流特征量分析的方法具有很高的精度,在故障点前后所检测到的零序电流有较大的变化,波动也十分明显,将波动电流的情况上传到配电网主站/子站,以自动检测接地故障点的位置。

2.4 零序功率方向特征量计算方法分析

零序功率方向特征量是根据配电网中零序电流制定的情况进行判断分析,基于故障线路零序电流的变化情况进行诊断。根据零序电流滞后零序电压90°、非故障线路零序电流超前零序电压90°的特点,能够有效地对配电网接地故障进行判断。在具体判断过程中,若某条线路上馈线FTU检测到的零序无功大于零,而其他两相电的馈线FTU小于零,那么就可以判断配电网的接地故障出现在该相电路上,结合零序电压与零序电流的判断方法,能够准确定位接地故障的位置[10]。

2.5 5次谐波特征量的分析方法

在配电网出现接地故障时,电路会出现电压突变的现象,通过这种现象能快速对接地故障进行分析。在线路发生单相接地后,接地故障点处会出现电压突变、5次谐波电流增大的情况,通过对5次谐波特征量进行计算,也可以快速对配电网接地的故障进行定位。结合零序电压、零序电流、零序功率方向特征量的计算方法,能快速对接地故障进行判断。

3 配电网主站或子站启动判断故障分析

配电网在正常工作的过程中,各支线上的FTU检测线路中信息变化量,并将其上报主站或子站,由主站或子站汇总分析后对整个配电网自动化系统的故障进行自动化处理,判定配电网线路中发生故障的类型以及接地区域。在自动化控制系统中,主站或子站需要采取多种控制算法才能准确对故障区域进行定位。一般情况下,配电网自动控制的算法主要有小波变换算法、模糊算法及人工智能算法等。配电自动化系统在出现故障时,主站或子站对故障的判断主要具有如下的特点。

(1)主站或子站启动故障判断。依据配电线路的各相电压始终保持对称关系进行判断,在各相的电压、电流达到平衡时,才能有效进行控制。采用智能控制算法,利用无线传感器的故障智能检测技术对配电网故障进行判断与分析,可以得到精确的故障发生位置。

(2)当电路中各相对地电压的信息量发生变化或出现故障时,电压最高相接地是判断故障区域关键,结合零序电流与零序电压变化的情况可以快速对其进行定位。

(3)当某非接地线路首次出现零序电流时,表示该非接地电路可能出现故障。如果电流变化量与对地电容电流一致,这样可以根据电流零序值的情况与电容性无功功率的方向来判断电路的故障。

(4)如果配电网的接地线路首次出现零序电流,且零序电流与非接地时的电流方向保持一致,需结合零序电流的值来判断故障,当电容性无功功率的方向与接地电流方向一致时,根据零序电流的稳定性来判断故障位置,也可以快速确定主站或子站的接地情况。在配电网出现接地故障时,可以依据零序电压和电流夹角等因素进行判断处理,还可以依据零序电流与电压的变化情况对故障点做出准确判断,提高了配电网故障自动化处理与判断的效率。

4 结 论

通过对配电网自动化接地故障处理的相关技术、特点进行分析,利用配电网自动化控制系统中的馈线网络、馈线FTU装置以及高速通信网络技术提高故障处理效率。针对配电网络各个支路信息变化量的情况,采用自动化控制技术、智能数据算法等可以精确解决小电流接地问题,并快速定位故障。相比传统的接地选线方法来判断接地故障问题,基于配电自动化的接地区域检测具有较高的性能,能快速对故障进行判断,而且在技术实现上也比较容易。

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