分布式接地選線技術在國網(wǎng)的應用

1、分布式接地選線技術在湖北電網(wǎng)的應用 張 浩1 胡東波2 （1襄陽科能機電公司， 2咸寧供電公司，） 張韶輝3 劉紅兵4（3襄陽老河口供電公司，4荊門鐘祥供電公司） 摘要：針對小電流單相接地故障選線有多種方法，每種方法都有一定的適用范圍，也都有各自的局限性，都很難完全適應各種電網(wǎng)結構與復雜的故障狀況。一種可行的辦法是使用多重選線判據(jù)來構成綜合判據(jù)，利用各種判據(jù)選線性能上的互補性擴大正確選線的故障范圍，提高選線結果的可靠性。而利用模糊理論實現(xiàn)多判據(jù)選線信息融合開發(fā)的分布式小電流接地選線系統(tǒng)，通過在湖北電網(wǎng)應用實踐證明，可明顯提高對小電流單相接地故障選線的正確性。 關鍵詞：模糊理論，接地選線 1.概

2、述在我國35kV及以下的中低壓配電網(wǎng)系統(tǒng)一般采用中性點不接地系統(tǒng)或經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)。由于在小電流接地系統(tǒng)中發(fā)生單相接地故障時不形成短路，只在系統(tǒng)中產(chǎn)生很小的零序電流，三相線電壓依然對稱，不影響系統(tǒng)正常工作。我國電力規(guī)程規(guī)定，小電流接地系統(tǒng)可帶單相接地故障繼續(xù)運行12個小時。這樣能夠提高供電的連續(xù)性和可靠性，這是小電流接地系統(tǒng)的突出優(yōu)點。但隨著饋線的增多，電容電流也在增大，長時間帶故障運行就易使故障擴大為相間短路或兩點及多點接地故障。弧光接地還會引起全系統(tǒng)過電壓，進而損壞設備，破壞系統(tǒng)安全運行。隨著當今對電能質(zhì)量的要求越來越高，這就需要運行人員在發(fā)生故障后，必須盡快查明短路線路和短路點，以便采

3、取相應對策解除故障，使系統(tǒng)恢復正常運行。2.現(xiàn)狀中性點非有效接地系統(tǒng)單相接地故障選線長期以來是國內(nèi)外關注的尚未解決的一大難題。針對這一問題提出了多種選線方法，但都很難完全適應各種電網(wǎng)結構與復雜的故障狀況。湖北電網(wǎng)35kV變電站共八百多座，其中許多變電站安裝了小電流接地選線裝置，但由于選線準確率不高，使用效果不太理想，故使用部門一直想尋求一種好的解決方法。 3原理分析小電流接地系統(tǒng)單相接地故障后的信號中含有各種各樣的故障信息，如穩(wěn)態(tài)基波分量，高頻暫態(tài)分量，現(xiàn)在的各種算法就是利用了各種故障信息構成的故障判據(jù)。然而對不同故障條件下的故障信息分析表明，隨著故障條件的不同，故障信息也會有變化，有些算法可

4、能會失效，所以根據(jù)不同算法作出的判斷結果的準確度也往往不同。理論和實踐都表明，沒有一種選線方法能夠保證對所有故障類型都有效，每種選線判據(jù)都有一定的適用范圍，也都有各自的局限性，需要滿足一定的適用條件。所以，僅靠一種判據(jù)進行選線是不充分的。在這種現(xiàn)實狀況下，一種可行的辦法是使用多重選線判據(jù)來構成綜合判據(jù)，利用各種判據(jù)選線性能上的互補性擴大正確選線的成功率，提高選線結果的可靠性。那么多重選線判據(jù)如何來構成綜合判據(jù)呢？由于小電流接地系統(tǒng)及電網(wǎng)結構的復雜性，很難取得某種選線判據(jù)與選線結果之間精確的數(shù)學模型，而運用模糊理論實現(xiàn)多判據(jù)選線信息融合是一個可行的方法。針對以往選線裝置存在的問題，襄陽科能機電設

5、備有限公司開發(fā)成功了DJDX_08型基于模糊理論的分布式小電流接地選線系統(tǒng)，在湖北地區(qū)批量使用，獲得了令人滿意的效果。4.理論依據(jù)模糊理論是在美國加州大學伯克利分校電氣工程系的扎德教授于1965年創(chuàng)立的模糊集合理論的數(shù)學基礎上發(fā)展起來的，模糊理論是以模糊集合為基礎，其基本精神是接受模糊性現(xiàn)象存在的事實，而以處理概念模糊不確定的事物為其研究目標，并積極的將其嚴密的量化成計算機可以處理的訊息，不主張用繁雜的數(shù)學分析即模型來解決模型，即在信息不完整、不精確的情況下做出判斷與決策，也就是進行模糊信息處理。模糊理論已在實踐中被證明是現(xiàn)代智能技術中最重要的技術之一，是處理復雜不確定問題的較先進的方法之一，

6、是用數(shù)學方法研究和處理具有“模糊”現(xiàn)象的一門科學。近年來，國內(nèi)外文獻中提出了一些利用模糊理論實現(xiàn)多判據(jù)選線的新方法。實踐證明，應用模糊理論實現(xiàn)配電網(wǎng)故障選線方法，充分利用多方面的故障信息，用多種選線方法，使之相互補充、相互融合，可以明顯提高故障判別能力1。5.系統(tǒng)原理DJDX_08型分布式小電流接地選線系統(tǒng)，基于模糊理論定義有關事物差異中間過渡的不分明性，并成功的應用在小電流故障選線中。其工作原理為：根據(jù)判據(jù)規(guī)則建立各選線方法的隸屬函數(shù)，包括：各故障測度隸屬函數(shù)和各選線方法的權系數(shù)隸屬函數(shù)，最后對各個判據(jù)的數(shù)值屬性進行融合，得出一個綜合選線結果。其處理過程為：首先根據(jù)基波比幅比相算法確定基波比

7、幅比相算法的故障測度隸屬函數(shù)，根據(jù)五次諧波算法確定五次諧波算法的故障測度隸屬函數(shù)，根據(jù)首半波算法確定首半波算法的故障測度隸屬函數(shù)，根據(jù)功率方向算法確定功率方向算法的故障測度隸屬函數(shù)，然后根據(jù)經(jīng)驗數(shù)據(jù)確定各選線方法的權系數(shù)隸屬函數(shù)，最后對各個判據(jù)的數(shù)值屬性進行融合，得出一個綜合選線結果。6.基本結構及核心元件本系統(tǒng)采用上下位機構成的分布式結構，整個系統(tǒng)包括主機、數(shù)據(jù)采集分支器、高精度零序電流互感器三部分。通常，一個變電站只需一臺選線主機和若干臺信號采集分支器以及若干臺零序電流互感器組成一個完整的分布式接地選線系統(tǒng)。系統(tǒng)結構如圖一所示。6.1選線主機選線主機是整個系統(tǒng)的指揮控制中心，它主要完成以下

8、任務：四段相電壓的監(jiān)測，一旦發(fā)生接地故障立即進入故障分析處理程序。故障分析處理程序：主機讀取各數(shù)據(jù)采集分支器傳來的數(shù)據(jù)，采用模糊理論的方法對數(shù)據(jù)進行分析，得出正確的選項結果。管理好人機接口：包括按鍵的處理、液晶顯示畫面的處理、打印機的管理等。通訊處理任務：包括與各數(shù)據(jù)采集分支器的通訊處理和與外部接口的通訊處理。為了實時并行處理以上多任務嵌入了RTX_51實時操作系統(tǒng)，以保證各任務之間的協(xié)調(diào)配合。選線主機可同時管理接入戶內(nèi)式分支器30只，戶外式分支器90只；所有分支器與主機間的數(shù)據(jù)通訊都并聯(lián)在同一根4芯電纜線上，零序電流互感器套裝在被測高壓線上，分支器的跳閘繼電器輸出接口可與高壓開關的跳閘回路連

9、接，4段母線PT的二次電壓回路與主機的PT接線端子連接，中文顯示的液晶屏、打印機、7個按鍵在前面板上，RS485通訊接口和繼電器的無源接點輸出可與電力綜合自動化微機保護聯(lián)接。6.2數(shù)據(jù)采集分支器每只數(shù)據(jù)采集分支器都有一個單片機（工業(yè)級小電腦），其作用是對來自于零序電流互感器的信號進行預處理，正常情況下其對各分支的零序信號進行檢測并保持對數(shù)據(jù)緩存區(qū)數(shù)據(jù)的刷新，而故障狀態(tài)時則對故障信息進行預處理，處理完的信息再送選線主機，從而大大減輕了主機的負擔，提高了選線的時效性。6.3高精度零序電流互感器為了更好的保證選線效果，我們自行研發(fā)了高精度的LXMZ-10型母線式零序電流互感器和LXMZ-10W型戶外

10、母線式零序電流互感器，由于互感器的不平衡電流非常小，且靈敏度又很高，可使保護、選線裝置的可靠性大大提高。7.工作過程 正常情況下，主機實時監(jiān)控各母線段的各相電壓并進行數(shù)據(jù)的刷新與跟蹤分析，保持正常狀態(tài)下的顯示畫面，而數(shù)據(jù)采集分支器也同時進行各路零序電流的實時監(jiān)控。當發(fā)生單相接地故障時，由于系統(tǒng)中性點的偏移，必然造成各相電壓的異常，主機監(jiān)控到這種異常后，立即向各路數(shù)據(jù)采集分支器發(fā)送廣播命令，使各路數(shù)據(jù)采集分支器立即進入異常狀態(tài)處理程序，其處理過程是首先按比幅比相的方法對數(shù)據(jù)采集分支器采集的三路信號進行預處理分析并提取其中的特征變量，然后將可能性較大的回路數(shù)據(jù)上傳給主機，而可能性極小的回路數(shù)據(jù)丟棄

11、，這樣可以減輕主機的負擔提高分析效率。主機稍后就讀取各路數(shù)據(jù)采集分支器的相關數(shù)據(jù)，根據(jù)各路數(shù)據(jù)采集分支器傳送上來的接地前后的暫、穩(wěn)態(tài)數(shù)據(jù)及特征變量，我們采用“基波比幅比相算法”、“ 五次諧波算法”、“首半波算法”、“功率方向算法”等多種理論分析方法進行分析，再用模糊推論的方法對多重判據(jù)的選線數(shù)據(jù)進行綜合判斷，最后得出正確的選線結果。該裝置還提供了與其他綜合自動化裝置的接口，以便將選線結果傳遞給綜自并通過系統(tǒng)網(wǎng)絡上傳調(diào)度中心。8.應用實例DJDX_08分布式接地選線系統(tǒng)于2008年研發(fā)成功，目前在湖北襄陽地區(qū)應用較多，到目前為止已安裝投運了67套，在湖北咸寧、荊門、十堰等地也有使用，現(xiàn)僅舉幾個示

12、例分析一下使用效果。8.1老河口供電公司光化變電站2011年11月20日光化變電站分布式小電流接地選線系統(tǒng)投入運行，此系統(tǒng)在投入運行的一年多期間共發(fā)出103次接地報警信號，伴有警鈴響，顯示并上傳了接地線路和接地相別。絕大部份屬于瞬間接地，沒有做任何操作故障能夠自動消除。共有5次操作開關后，接地信號消失；有2次速斷跳閘后，信號消失。接地線路和接地相別均能正確顯示出來。8.2咸寧通城供電公司110kV麥市變電站110kV麥市變電站投運于2002年11月，采用某公司的小電流接地選線裝置，由于選線效果不佳，后棄用，2011年采用DJDX-08型小電流接地選線裝置，近一年發(fā)生接地故障17次，裝置正確動作

13、15次，選線準確率達88.2%。其中發(fā)生2次不正確動作情況，后經(jīng)廠家現(xiàn)場測試，發(fā)現(xiàn)其中一個分支器損壞，更換后恢復正常。更換后共發(fā)生接地故障4次，均正確動作。8.3咸寧嘉魚縣供電公司110kV潘灣變電站嘉魚縣供電公司110kV潘灣變電站投運于1970年7月，該站屬于戶內(nèi)電纜式架空出線，中性點不接地的系統(tǒng)，共有9條出線。2005年以前采用某知名公司的小電流接地選線裝置，由于選線效果不太理想，2005年11月開始采用常規(guī)燈泡和警鈴的方式告警，人工選跳線路方式解除接地故障。四、結束語在10kV、35kV系統(tǒng)中、發(fā)生單相接地故障如果不做及時處理，由于非故障相的兩相對地的電壓升高，可能引起絕緣薄弱環(huán)節(jié)被擊穿，發(fā)展成為相間短路，使事故擴大，影響電網(wǎng)安全運行；特別是線路因斷線發(fā)生接地時，不能夠及時切除停電就會對斷線附近的人或牲畜構成生命安全，造成更大的經(jīng)濟損失及不良的社會影響。襄陽供電公司在近幾年內(nèi)曾經(jīng)使用過多種原理的小電流接地選線裝置，選線效果一直不太理想，后來逐漸退出運行?，F(xiàn)在使用了基于模糊推論方法的分布式小電流接地選線系統(tǒng)后，減少了人工逐次拉閘停電的次數(shù)，縮短了查找接地線路的時間，保證了非故障線路供電的可靠性，減少了供電的安全隱患，提高了供電的質(zhì)量和可靠性，同時也減輕了運行維護人員的工作量，取得了滿意的