小電流接地系統(tǒng)

小電流接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，準(zhǔn)確檢出故障線路對(duì)快速排除故障、提高供電可靠性具有重要意義。目前現(xiàn)有的選線裝置在技術(shù)和管理方面都有一定的不足之處，本文采用基于C/S模式的網(wǎng)絡(luò)化虛擬儀器技術(shù)設(shè)計(jì)了小電流接地系統(tǒng)單相接地故障選線裝置，裝置采用LabVIEW編程實(shí)現(xiàn)，可以方便的實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的選線算法，有可以縮短開發(fā)周期，并且可以通過網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)對(duì)選線裝置的管理，可以從技術(shù)和管理兩個(gè)方面提高選線裝置的性能。

我國(guó)大多數(shù)配電網(wǎng)均采用中性點(diǎn)不直接接地系統(tǒng),即小電流接地系統(tǒng),包括中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)和中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)。當(dāng)發(fā)生單相接地故障時(shí),由于故障點(diǎn)電流較小,而且不影響對(duì)負(fù)荷的正常供電,一般允許繼續(xù)運(yùn)行1～2h[1] 。但隨著饋線的增多,電容電流也在增大,長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行易使故障擴(kuò)大成兩點(diǎn)或多點(diǎn)接地造成短路,弧光接地還可能引起全系統(tǒng)過電壓,損壞設(shè)備,破壞安全運(yùn)行,應(yīng)及時(shí)選出故障線路給予排除。小電流接地系統(tǒng)單相接地故障選線裝置的研究已經(jīng)持續(xù)了將近二十年，但是應(yīng)用一直不是很理想。

選線問題的解決，一要靠技術(shù)進(jìn)步，二要靠管理創(chuàng)新，二者相輔相成，缺一不可。技術(shù)方面，現(xiàn)有的目前的采用選線裝置判據(jù)不完備，選線方法單一，選線的正確率不是很高，這樣要求選線裝置的數(shù)據(jù)采集和處理方面的難度很大，裝置不僅要求有高速的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和強(qiáng)大的處理功能，并且具有大量數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)通信的能力。還要實(shí)現(xiàn)方便復(fù)雜的選線算法。管理方面，由于小電流裝置在現(xiàn)場(chǎng)中屬于一種輔助設(shè)備, 受重視程度不高, 因此缺少定期的檢查和維修，造成很多選線失敗的原因。這樣要求選線裝置必須具有相應(yīng)的后臺(tái)管理系統(tǒng)，實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)選線裝置的運(yùn)行情況，對(duì)裝置進(jìn)行在線診斷，并為完善和改進(jìn)選線方法收集樣本積累數(shù)據(jù)[2]。

隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和現(xiàn)代測(cè)試技術(shù)的發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)化虛擬儀器應(yīng)運(yùn)而生，使人們可以從任和分散的地點(diǎn)獲得測(cè)試數(shù)據(jù)，比以往虛擬儀器技術(shù)有了質(zhì)的飛躍[3]。本文采用基于LABVIEW設(shè)計(jì)的網(wǎng)絡(luò)化虛擬儀器，在技術(shù)上可以實(shí)現(xiàn)高速數(shù)據(jù)采集和復(fù)雜算法的實(shí)現(xiàn)，管理上可以網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行對(duì)現(xiàn)場(chǎng)裝置數(shù)據(jù)管理和遠(yuǎn)程監(jiān)控，并且可以提高選線裝置的性能，縮短開發(fā)周期。

1 選線方法

由于小電流接地系統(tǒng)單相接地時(shí)故障特征不明顯,且易受諸多因素的影響,所以到目前為止,發(fā)展出的各種選線原理都存在著一定的局限性。目前尚沒有任何一種單一選線方案能夠適應(yīng)小電流接地系統(tǒng)的各種情況[4]。本文在這里采用基于DS證據(jù)理論的信息融合方法進(jìn)行選線，大大提高了選線判斷的準(zhǔn)確性。

電流群體比幅比相原理、基于小波變換的奇異性檢測(cè)理論和能量法是目前常用的可靠性高的判斷方法,本方法先對(duì)上述三種算法構(gòu)造相應(yīng)的故障測(cè)度，然后采用DS證據(jù)理論對(duì)進(jìn)行融合。證據(jù)理論融合的過程是：首先，建立識(shí)別框架，來表征一個(gè)判決問題所有可能的結(jié)論。本問題的識(shí)別框架就是由母線及各條線路組成的集合。第二，構(gòu)造基本信度分配函數(shù)，首先，對(duì)上述三種算法建立故障測(cè)度，根據(jù)分配函數(shù)可將故障測(cè)度值影射為滿足證據(jù)理論要求的基本信度值。第三，證據(jù)融合。按照證據(jù)理論提供的組合算法，實(shí)現(xiàn)對(duì)上述三種測(cè)度信息的融合。第四，選線決策。建立一定的選線判決規(guī)則，根據(jù)融合后各條線路所具有的綜合故障測(cè)度，做出最終選線決策[5]。整個(gè)算法的流程圖如圖1所示。

圖1 證據(jù)理論選線算法流程圖

2硬件構(gòu)架

2.1 總體結(jié)構(gòu)

C/S工作模式（客戶端與服務(wù)器模式）在設(shè)備遠(yuǎn)程狀態(tài)監(jiān)測(cè)和故障診斷的設(shè)計(jì)方面是較為理想的模式，本文采用基于這種模式設(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)化虛擬儀器，實(shí)現(xiàn)小電流接地系統(tǒng)故障選線。其總體結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 選線系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

2.2信號(hào)轉(zhuǎn)化和調(diào)理部分

現(xiàn)場(chǎng)的中性點(diǎn)零序電壓和各條線路零序電流經(jīng)PT/CT完成由強(qiáng)電到弱電的隔離轉(zhuǎn)換。這里采用的是電壓互感器SPT204A，電流互感器SCT254AX。信號(hào)調(diào)理電路將經(jīng)PT/CT隔離、變換后的電壓電流信號(hào)進(jìn)行濾波、電平轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)的0—5V的電壓信號(hào)，送入數(shù)據(jù)采集卡PCI6014，供計(jì)算機(jī)采集處理。

2.3 數(shù)據(jù)采集和處理部分

PCI-6014具有200kS/s采樣率、16位精度的16路模擬輸入，可以進(jìn)行實(shí)時(shí)高精度的多通道數(shù)據(jù)采集，采樣的速率和精度可以達(dá)到選線系統(tǒng)的要求。計(jì)算機(jī)通過采集卡采樣中性點(diǎn)零序電壓和各條線路的零序電流，通過軟件進(jìn)行選線操作。

2.4 開關(guān)量輸出部分

開關(guān)量輸出部分主要用來將選線結(jié)果、系統(tǒng)狀況等狀態(tài)信息輸出并遠(yuǎn)傳，開關(guān)量輸出信號(hào)由軟件以編碼方式發(fā)給PCI-6014采集卡，由采集卡的開關(guān)量輸出口輸出給開關(guān)量板，經(jīng)譯碼、放大后驅(qū)動(dòng)繼電器輸出。

2.5 網(wǎng)絡(luò)通信部分

網(wǎng)絡(luò)模式采用C/S組網(wǎng)模式，客戶端計(jì)算機(jī)位于現(xiàn)場(chǎng)側(cè)，一般選擇性能好的工控機(jī)。通過數(shù)據(jù)采集卡PCI6014經(jīng)PCI總線與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，并通過Internet網(wǎng)連接到服務(wù)器計(jì)算機(jī)，實(shí)現(xiàn)對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳和對(duì)裝置遠(yuǎn)程監(jiān)控。

采用虛擬儀器技術(shù)可以大大簡(jiǎn)化硬件部分設(shè)計(jì),傳統(tǒng)測(cè)試系統(tǒng)的A/D轉(zhuǎn)換,采樣保持以及數(shù)據(jù)通信登功能集成在通用數(shù)據(jù)采集卡中,由計(jì)算機(jī)完成數(shù)據(jù)處理功能。用戶可以根據(jù)不同需求采用不同的傳感器和編寫相應(yīng)的程序即可實(shí)現(xiàn)要求的測(cè)試功能，大大增強(qiáng)了系統(tǒng)的靈活性。

3軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)包括客戶端部分和服務(wù)器部分的設(shè)計(jì)，由LabVIEW開發(fā)，LabVIEW是目前較為流行的虛擬儀器軟件開發(fā)環(huán)境。LabVIEM使用圖形化程序設(shè)計(jì)語言G(Graphic)，用框圖代替了傳統(tǒng)的程序代碼。利用它組建儀器測(cè)試系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)可以大大簡(jiǎn)化程序設(shè)計(jì)[6]。

3.1 總體功能

客戶端主要實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集，數(shù)據(jù)處理，故障記錄的存儲(chǔ)和查詢，生成報(bào)表以及與服務(wù)器端的網(wǎng)絡(luò)通信，上傳故障信息或接收?qǐng)?zhí)行服務(wù)器的命令。運(yùn)行界面如圖3所示。其主要軟件流程圖如圖所示。

圖3 軟件運(yùn)行界面

服務(wù)器主要功能是發(fā)生故障時(shí)接收客戶端上傳的數(shù)據(jù)，作為改進(jìn)和完善選線方法的樣本，定期向?qū)蛻舳诉M(jìn)行在線診斷，向客戶端發(fā)送故障特征數(shù)據(jù)檢驗(yàn)其判斷結(jié)果。通過網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程管理。

圖4 軟件流程圖

3.2 數(shù)據(jù)采集的實(shí)現(xiàn)

在使用數(shù)據(jù)采集卡之前，必須進(jìn)行配置。數(shù)據(jù)采集卡一般有多個(gè)通道，因此必須對(duì)要使用的通道進(jìn)行配置。一般常用安裝程序自帶的軟件MAX來對(duì)采集卡進(jìn)行通道配置，如通道名，輸入輸出類型，測(cè)量類型，定義單位和范圍等。

LabVIEW中可以利用其中的函數(shù)方便的操作PCI-6014。LabVIEW的數(shù)據(jù)采集函數(shù)位于函數(shù)模板的DATA ACQUISITION子模板中。該模板根據(jù)操作涉及到的類型不同分成六個(gè)子模板，模擬輸入，模擬輸出，數(shù)字輸入，數(shù)字輸出，數(shù)字I/O，計(jì)數(shù)器，校準(zhǔn)器和配置，信號(hào)調(diào)理。用戶可根據(jù)不同的需要進(jìn)行選擇。

本文中的程序?qū)崿F(xiàn)過程如下：利用analog input子模板中的ai sample channel vi函數(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，該函數(shù)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)指定通道號(hào)的信號(hào)進(jìn)行測(cè)量，并返回測(cè)量的電壓值。在使用之前要對(duì)其端口參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，包括設(shè)備號(hào)，通道號(hào)和上下限。

圖5 數(shù)據(jù)采集部分的程序框圖

采集進(jìn)來的數(shù)據(jù)為波形數(shù)據(jù)，我們將其轉(zhuǎn)換為一個(gè)一維數(shù)組，以方便我們使用，由于采集卡至于計(jì)算機(jī)內(nèi)部，受到計(jì)算機(jī)內(nèi)部噪音的干擾，采集進(jìn)來的數(shù)據(jù)難免有些誤差，我們將直接采集進(jìn)來的數(shù)據(jù)首先進(jìn)行濾波處理，這樣會(huì)消除高次諧波干擾，獲得較好的數(shù)據(jù)。將進(jìn)行濾波前后的數(shù)據(jù)曲線進(jìn)行比較，便可以發(fā)現(xiàn)濾波之后的數(shù)據(jù)比較平穩(wěn)，誤差比較小。這樣處理后的數(shù)據(jù)每5個(gè)作為一組，去掉最大值和最小值后在進(jìn)行求取平均值，最后獲得數(shù)據(jù)比較接近真實(shí)值。

在本文設(shè)計(jì)中，由于采多路信號(hào)，而且在主程序中不同的位置進(jìn)行調(diào)用，為了方便，將數(shù)據(jù)采集程序做成子程序。這樣，在調(diào)用時(shí)，只需要對(duì)接口參數(shù)（設(shè)備號(hào)和通道號(hào)）進(jìn)行修改就可以。數(shù)據(jù)采集部分的程序框圖如圖5所示。

3.3 網(wǎng)絡(luò)通信的實(shí)現(xiàn)

本文采用LabVIEW提供了TCP/IP函數(shù)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)通信，其通信程序分為服務(wù)器和客戶端兩部分程序。服務(wù)器程序要守候在一個(gè)固定網(wǎng)址上等待客戶端程序的請(qǐng)求，客戶端程序則向這網(wǎng)址請(qǐng)求連接，然后得到相應(yīng)的服務(wù)。TCP應(yīng)用程序的網(wǎng)絡(luò)通信基本步驟如下：1）服務(wù)器開始工作，聆聽客戶請(qǐng)求2）客戶建立請(qǐng)求；3）服務(wù)器響應(yīng)并建立連接；4）客戶請(qǐng)求所需要的數(shù)據(jù)；5）服務(wù)器接受請(qǐng)求，并發(fā)送數(shù)據(jù)給客戶。6）客戶端收到數(shù)據(jù)，請(qǐng)求下一數(shù)據(jù)[8]。

服務(wù)器與客戶端之間采用特定通信協(xié)議，進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，從實(shí)現(xiàn)不同的操作。通信命令由服務(wù)器發(fā)起，客戶端接受執(zhí)行，客戶端收到信息后，首先檢驗(yàn)地址碼，然后核對(duì)校驗(yàn)位，如果錯(cuò)誤，則放棄，執(zhí)行其他程序。否則，根據(jù)操作碼的內(nèi)容進(jìn)行相應(yīng)操作，發(fā)送信息給服務(wù)器，服務(wù)器接收后采用同樣的方式進(jìn)行信息處理。

4 網(wǎng)絡(luò)測(cè)試分析

在局域網(wǎng)和INTERNET網(wǎng)對(duì)系統(tǒng)測(cè)試分析，在服務(wù)器將不同故障下的特征數(shù)據(jù)（各個(gè)線路的零序電流和中性點(diǎn)零序電壓）通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)送客戶端，對(duì)客戶端進(jìn)行在線診斷測(cè)試，測(cè)試的故障類型包括中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)和諧振接地系統(tǒng)經(jīng)不同的大小過度電阻接地，每種情況均能取得良好測(cè)試效果，既驗(yàn)證了裝置所采用算法的可靠性，又驗(yàn)證了C/S模式數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性以及選線系統(tǒng)的良好的通信性能。

應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)化虛擬儀器，可以對(duì)比傳統(tǒng)的選線裝置能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的算法，提高選線的準(zhǔn)確率，可以通過先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)側(cè)裝置進(jìn)行診斷和管理，從技術(shù)和管理兩個(gè)方面提高小電流接地選線系統(tǒng)的性能。

5 結(jié)論

經(jīng)實(shí)際運(yùn)行和性能測(cè)試，系統(tǒng)軟件及硬件各項(xiàng)技術(shù)性能指標(biāo)符合設(shè)計(jì)要求，采用LABVIEW開發(fā)的選線裝置能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的選線算法，提高選線準(zhǔn)確率，C /S模式通信時(shí)，數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定，以實(shí)現(xiàn)儀器的遠(yuǎn)程測(cè)試與診斷，提高測(cè)試效率。隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)化虛擬儀器應(yīng)用將會(huì)進(jìn)一步解決小電流接地系統(tǒng)單相接地故障選線這一難題。

（摘編自《電氣技術(shù)》，原文標(biāo)題為“基于網(wǎng)絡(luò)化虛擬儀器的小電流接地系統(tǒng)故障選線”，作者為皮志勇、孫偉紅等。）

小電流接地系統(tǒng)高阻故障定位示范應(yīng)用

朱毅勇

（國(guó)網(wǎng)泉州供電公司，福建?泉州362100）

摘要

小電流接地系統(tǒng)單相接地故障檢測(cè)技術(shù)是困擾配電網(wǎng)運(yùn)行管理多年的世界性難題。近年來，基于暫態(tài)信號(hào)的單相接地故障檢測(cè)技術(shù)成為研究熱點(diǎn)，各類選線及定位裝置在現(xiàn)場(chǎng)嶄露頭角；然而，普遍存在對(duì)低阻接地有較高可靠性，高阻接地故障時(shí)，準(zhǔn)確性能大打折扣。針對(duì)上述問題，國(guó)網(wǎng)泉州供電公司開展了2種接地方式下的2種不同實(shí)現(xiàn)方式的一些示范工程建設(shè)。首先介紹基于暫態(tài)信號(hào)的定位方法、分析高阻故障適應(yīng)性，接著全面闡述工程總體概況，最后介紹實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)開展的人工接地試驗(yàn)。該示范工程的建成及投運(yùn)有效驗(yàn)證了基于暫態(tài)信號(hào)的診斷方法具備高阻接地故障檢測(cè)能力，可為提高配電網(wǎng)供電可靠性提供有益借鑒。

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引言

小電流接地系統(tǒng)中，接地電流小、穩(wěn)態(tài)特征不明顯。傳統(tǒng)基于工頻信號(hào)的故障檢測(cè)技術(shù)缺乏靈敏性和適用性，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)用性不高。近年來，針對(duì)金屬性接地或低阻接地故障，基于暫態(tài)分量的選線及定位技術(shù)已取得一定突破；而對(duì)于高阻接地故障，如單相墜地?cái)嗑€、避雷器不完全擊穿、樹木搭落導(dǎo)線等因素誘發(fā)的故障，故障電流更小、故障特征差異更不明顯。一方面，造成單相接地故障檢測(cè)技術(shù)大打折扣；另一方面，各類保護(hù)裝置無法正確做出研判，長(zhǎng)期失地運(yùn)行時(shí)人身接近故障點(diǎn)范圍內(nèi)，易引發(fā)跨步電壓觸電傷亡事故。

當(dāng)前，電網(wǎng)企業(yè)已逐步由保人身、設(shè)備安全的傳統(tǒng)觀念過渡到以保障人身安全為首，設(shè)備安全為輔的新高度跨越。有效預(yù)防人身安全，提高電網(wǎng)安全運(yùn)行成為當(dāng)務(wù)之急。針對(duì)高阻故障，也成為解決問題的突破口之一；然而，現(xiàn)有研究普遍停留在理論研究階段，針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際應(yīng)用成果鮮有涉及。

近年來，針對(duì)“基于暫態(tài)信號(hào)的單相接地故障定位技術(shù)”研究領(lǐng)域，示范工程建設(shè)與應(yīng)用取得了一定的成果，依托國(guó)家“863”計(jì)劃“智能配電網(wǎng)新型量測(cè)、通信、保護(hù)技術(shù)研究與開發(fā)”、國(guó)家電網(wǎng)公司科技項(xiàng)目“提高配電網(wǎng)故障處理能力研究與開發(fā)”等建成了一套完整的接地故障檢測(cè)系統(tǒng)，單相接地故障檢測(cè)準(zhǔn)確率大幅提升。然而，高阻接地故障仍是一個(gè)待解決的問題。為尋求突破口，依托國(guó)家電網(wǎng)公司科技項(xiàng)目“基于配電自動(dòng)化系統(tǒng)的配電網(wǎng)單相接地故障定位技術(shù)研究與應(yīng)用”，在國(guó)內(nèi)率先開展高阻接地故障定位技術(shù)示范建設(shè)。

本文主要介紹福建省泉州市開展的示范工程的總體情況，包括：城東洛江片區(qū)示范工程，主要實(shí)現(xiàn)中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地故障定位技術(shù)的應(yīng)用；河市羅溪變電站示范工程，主要實(shí)現(xiàn)中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)故障定位技術(shù)的應(yīng)用，兩者都實(shí)現(xiàn)對(duì)高阻接地的定位功能。示范工程的選取秉承技術(shù)可行、經(jīng)濟(jì)性好為宗旨，選取基礎(chǔ)條件優(yōu)越、交通便捷、配電網(wǎng)通信覆蓋率高的地區(qū)進(jìn)行試點(diǎn)。

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配電網(wǎng)小電流接地系統(tǒng)單相接地故障定位方法

1.1?基于暫態(tài)電流波形的配電網(wǎng)故障定位方法

無論是不接地系統(tǒng)還是經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)，單相接地故障時(shí)，故障點(diǎn)兩側(cè)的暫態(tài)電流存在差異。當(dāng)末端故障時(shí)，暫態(tài)電流近似相同，僅極性相反。因此，綜合權(quán)衡暫態(tài)電流相似性及極性的定位方法可有效完成定位。區(qū)段定位方法如下：

1）故障點(diǎn)兩側(cè)測(cè)量點(diǎn)暫態(tài)電流相似但極性相反。從母線開始向下搜索，第一個(gè)兩側(cè)暫態(tài)零序電流差異的饋線段就是故障段。

2）當(dāng)所有的相鄰檢測(cè)點(diǎn)的零序暫態(tài)電流波形和極性都相似，則判別為檢測(cè)點(diǎn)末端故障。

1.2 基于功率方向的配電網(wǎng)接地故障定位方法（略）

1.3 基于暫態(tài)功率方向和波形比較的綜合定位方法

綜合利用暫態(tài)功率方向信息和暫態(tài)電流波形比較的方法能提高故障定位的有效性和適應(yīng)范圍。暫態(tài)功率方法比波形比較可靠性更高。但暫態(tài)功率法適用范圍較差，而暫態(tài)電流波形比較可適用于所有檢測(cè)點(diǎn)。因此，綜合定位法可表述為：

1）針對(duì)一些已安裝有TV的設(shè)備，先行計(jì)算暫態(tài)功率方向，初步定位故障所處大區(qū)段。

2）根據(jù)步驟1）定位大區(qū)段，接著，針對(duì)大區(qū)段內(nèi)的檢測(cè)點(diǎn)啟動(dòng)臨近終端暫態(tài)電流波形相似性比較判據(jù)實(shí)現(xiàn)小區(qū)段定位，最終確立故障位置。

如圖1所示，STU1具備零序電壓信號(hào)采集，STU2僅提供零序TA采集，STU3提供CA線電壓采集功能。當(dāng)A、C任意相發(fā)生單相失地，計(jì)算STU1和STU3功率方向，確立故障區(qū)段位于這2個(gè)檢測(cè)點(diǎn)之間；接著，啟動(dòng)波形比較判據(jù)最終確立故障區(qū)段。而對(duì)于B相發(fā)生失地的特殊情況，只能通過暫態(tài)波形比較原理完成定位。

圖1 綜合判據(jù)示例圖

1.4 高阻接地故障適應(yīng)性分析

根據(jù)文獻(xiàn)［9-10］，無論何種接地方式，故障線路（區(qū)段）與健全線路（區(qū)段）功率方向極性始終相反、波形差異明顯，故障線路（區(qū)段）暫態(tài)電流峰值也始終大于非故障區(qū)段，當(dāng)且僅當(dāng)過渡電阻與對(duì)地電容非常大時(shí)，才出現(xiàn)難以預(yù)測(cè)情況。因此，傳統(tǒng)基于暫態(tài)分量的綜合選線與定位方法仍然適用于高阻接地故障研判。

2

示范工程總體情況

福建省泉州市開展的示范工程應(yīng)用主要包括城東洛江片區(qū)示范工程和河市羅溪變電站示范工程。

2.1 城東洛江片區(qū)示范工程

城東洛江片區(qū)示范工程，總面積17?km，涵蓋轄區(qū)內(nèi)3個(gè)變電站（萬安變電站、城東變電站、東星變電站）、20條饋線，采用消弧線圈的中性點(diǎn)接地方式。該區(qū)域作為泉州新興建設(shè)區(qū)，以電纜線路為主，配電網(wǎng)通信光纜覆蓋率高、基礎(chǔ)條件較為優(yōu)越。示范工程累計(jì)安裝50多套新型智能終端，采用兩相TA加零序TA的方式進(jìn)行電流采集，通信方式采用光纜方式。圖2顯示了萬安變電站示范工程接線圖。該示范工程實(shí)現(xiàn)了中性點(diǎn)消弧線圈接地方式下，電纜線路的高阻接地定位功能。采用的技術(shù)路線是DTU光纜主站方式。

圖2 萬安變電站示范區(qū)接線圖

2.2 河市羅溪變電站示范工程

河市羅溪變電站示范工程總面積9?km，涵蓋轄區(qū)內(nèi)羅溪變后雙線、虹山線及廣橋線3條饋線，共裝設(shè)站內(nèi)選線裝置1套、故障指示器21臺(tái)，如圖3所示。該部分線路為農(nóng)村架空線路，系統(tǒng)電容電流較小，中性點(diǎn)采用不接地方式。采用的技術(shù)路線是新型故障指示器無線通信主站方式。

圖3 河市羅溪變電站示范區(qū)接線圖

2.3 高級(jí)配電自動(dòng)化主站系統(tǒng)建設(shè)

此外，還升級(jí)了配電自動(dòng)化主站系統(tǒng)。在原有主站系統(tǒng)正常生產(chǎn)運(yùn)行的前提下，升級(jí)高阻接地單相故障定位模塊，將2個(gè)示范工程的所有終端數(shù)據(jù)均接入該主站。通過升級(jí)主站能實(shí)現(xiàn)對(duì)高阻單相接地故障的饋線自動(dòng)化功能，從而實(shí)現(xiàn)了主站對(duì)中壓配電網(wǎng)故障類型的功能全覆蓋。主站系統(tǒng)由眾多硬件體系構(gòu)成，比如服務(wù)器、工作站、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、安全防護(hù)設(shè)備以及同步時(shí)鐘組成，并配套定位軟件。服務(wù)器主要包括DSCADA服務(wù)器、歷史服務(wù)器、數(shù)據(jù)服務(wù)器、Web服務(wù)器等。服務(wù)器均采用雙機(jī)熱備結(jié)構(gòu)，能夠提供數(shù)據(jù)采集、接收、存儲(chǔ)、計(jì)算、分析功能，通信采用光纖以太網(wǎng)傳輸，如圖4所示。

圖4 高級(jí)變電站主站系統(tǒng)硬件架構(gòu)

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現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

為檢驗(yàn)示范工程中單相接地故障定位理論和性能，在實(shí)驗(yàn)室建成一套R(shí)TDS動(dòng)模系統(tǒng)，模擬電纜線路和架空線路故障，針對(duì)不同接地類型開展試驗(yàn)，定位性能得到可靠驗(yàn)證。同時(shí)，針對(duì)示范工程開展了人工接地試驗(yàn)，結(jié)果均十分理想。以下將重點(diǎn)介紹河市羅溪變中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)高阻接地故障檢測(cè)技術(shù)的示范工程總體成效。

選取泉州羅溪變電站10?kV后雙線進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)接地試驗(yàn)，該線路桿上共裝設(shè)3套三遙故障指示器，實(shí)現(xiàn)定位功能。故障點(diǎn)位于后雙線后虹支線32號(hào)桿驗(yàn)電接地環(huán)處。將適當(dāng)長(zhǎng)度的高壓絕緣導(dǎo)線一端固定于實(shí)驗(yàn)線路故障點(diǎn)斷路器出口線夾處，另一端與大功率電阻（或間隙、熔斷器等）連接，并經(jīng)接地引下線裝置可靠接地；其中，在線路中串接入TA完成故障錄波。故障線路與虹山線聯(lián)絡(luò)，故障點(diǎn)位于線路末端。根據(jù)理論分析，末端故障，故障點(diǎn)附近零序電流最小，加大定位難度?，F(xiàn)場(chǎng)接線見圖5。

圖5 羅溪變電站后雙線人工接地試驗(yàn)接線圖

試驗(yàn)方案確認(rèn)完畢后，還需確定試驗(yàn)方法，選擇接地類型。根據(jù)美國(guó)德克薩斯農(nóng)機(jī)大學(xué)對(duì)12?kV直接接地配電網(wǎng)導(dǎo)線墜落至各種類型地面（沙土地、草地等）的接地電流，測(cè)試結(jié)果如表1所示，計(jì)算可得大部分導(dǎo)線故障接地電阻普遍在1?000以下。相比于直接接地系統(tǒng)，不接地系統(tǒng)接地電流更小。因此，參考上述試驗(yàn)接地類型，綜合權(quán)衡示范工程故障線路現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，最終選取經(jīng)電阻（＜3?000）、草地（干燥及濕潤(rùn)）、避雷器擊穿、球隙、絕緣子擊穿等高阻接地故障的不同種接地類型，驗(yàn)算高阻定位可靠性。

共進(jìn)行15次高阻接地試驗(yàn)，得到表2所示結(jié)果，其中定位成功次數(shù)11次，成功率接近70%。針對(duì)小于2?000的接地故障，定位系統(tǒng)均能準(zhǔn)確實(shí)現(xiàn)定位。針對(duì)出現(xiàn)的5起故障定位失敗，主要原因仍是接地電阻較大，導(dǎo)致零序電流較小，達(dá)不到閾值啟動(dòng)條件。然而，根據(jù)美國(guó)德克薩斯農(nóng)機(jī)大學(xué)模擬的有關(guān)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際中的導(dǎo)線墜地類型實(shí)驗(yàn)（除2?000電阻接地故障外），該定位系統(tǒng)均能較準(zhǔn)確實(shí)現(xiàn)定位功能，因此，高阻接地故障定位可靠性得到有效驗(yàn)證。

表1?導(dǎo)線墜落到不同地面時(shí)接地電流

圖6為球隙接地和經(jīng)2?000高阻接地的故障錄波圖，由于球隙接地局部放電，暫態(tài)錄波特征差異明顯，高頻分量占主要成分。而對(duì)于高阻接地故障，零序電流無法達(dá)到啟動(dòng)閾值，故障指示器未能正常工作。

圖6 后雙線典型故障錄播圖

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結(jié)語

小電流接地故障定位技術(shù)是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，涵蓋通信、保護(hù)、自動(dòng)化等多學(xué)科融合。目前，針對(duì)金屬性接地或小阻值接地故障已取得一定突破，各類選線及定位系統(tǒng)已在實(shí)際應(yīng)用中嶄露頭角。而針對(duì)高阻接地故障，仍然存在許多瓶頸。為提升小電流接地系統(tǒng)高阻接地故障定位準(zhǔn)確性，在泉州市開展不接地系統(tǒng)高阻故障定位技術(shù)示范工程建設(shè)。結(jié)果表明，對(duì)于通信條件較好電纜線路，采用DTU方式實(shí)現(xiàn)高阻接地的判斷效果較好，在架空線路上，可以采用新型故障指示器方式，實(shí)現(xiàn)高阻故障的檢測(cè)。第24屆國(guó)際供電會(huì)議（CIRED 2017）關(guān)于高阻接地檢測(cè)能力逐步升溫。今后，加大終端、故障指示器部署，擴(kuò)大系統(tǒng)覆蓋面，捕捉實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)并進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)將成為研究重點(diǎn)。

作者簡(jiǎn)介

朱毅勇，男，碩士，高級(jí)工程師，主要研究方向?yàn)榕潆娮詣?dòng)化及應(yīng)用管理。

［引文信息］

朱毅勇．小電流接地系統(tǒng)高阻故障定位示范應(yīng)用［J］．供用電，2018，35（5）：25-30．

ZHU Yiyong．Demonstration application of high-impedance faults diagnosis approach in small current neutral grounding system［J］．Distribution & Utilization，2018，35（5）：25-30．

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《供用電》