10kV配電網(wǎng)相間短路故障定位方法研究

引言

根據(jù)有關(guān)資料顯示,電力用戶所遇到的停電事故絕大多數(shù)是由于配電網(wǎng)發(fā)生了問題。在我國造成配電網(wǎng)停電的因素有很多,如限電、計劃檢修、事故檢修、市政建設(shè)等。隨著近年來我國電網(wǎng)建設(shè)水平的不斷提升以及老舊電網(wǎng)的改造等,使得電力供需關(guān)系逐漸平衡,且備用容量以及可選擇的線路不斷增加,因此基本不會發(fā)生因限電和計劃檢修而引起的停電,事故檢修逐漸成為目前主要的停電原因。

1配電網(wǎng)相間短路的故障定位方法

相間短路故障一般可分為區(qū)域內(nèi)相間短路故障以及區(qū)域間相間短路接地故障。其中區(qū)域內(nèi)故障指的是短路事故是在區(qū)域內(nèi)部發(fā)生的,而區(qū)域間故障則是由某個區(qū)域內(nèi)部單相接地導(dǎo)致另外兩相對地絕緣升高,從而造成了其他某個或多個區(qū)域內(nèi)的兩相電接地形成短路。對相間短路故障進(jìn)行準(zhǔn)確定位的主要方法有:

方法一:當(dāng)一段線路處于開環(huán)運(yùn)行狀態(tài),如果某個區(qū)域的一個端點(diǎn)上顯示了短路電流,但是其他端點(diǎn)并沒有出現(xiàn)該種信息,則說明這段區(qū)域內(nèi)出現(xiàn)了相間短路故障:如果其他端點(diǎn)中也出現(xiàn)了一個或多個短路信息,說明故障發(fā)生的位置不在該段。

方法二:當(dāng)一段線路處于閉環(huán)運(yùn)行狀態(tài),如果某一區(qū)域的端點(diǎn)顯示了短路電流,且都顯示故障功率來自于該區(qū)域內(nèi)部,說明該區(qū)域內(nèi)出現(xiàn)了相間短路故障:如果其中有一個或多個短路端點(diǎn)顯示其故障功率來自于其他區(qū)域,說明故障發(fā)生的位置不在該段。

以上兩種故障定位方法只適用于區(qū)域內(nèi)的情況,而對于區(qū)域間相間短路故障的準(zhǔn)確定位則應(yīng)當(dāng)分別分析短路接地的每個相別,再根據(jù)以上兩種方法進(jìn)行相應(yīng)的判斷。

2多重相間短路故障的分辨性判據(jù)

(1)多重區(qū)域內(nèi)相間短路故障的分辨性。如果多重區(qū)域內(nèi)存在"長輩"與"晚輩"關(guān)系,并且兩個區(qū)域內(nèi)都出現(xiàn)了相間短路故障,則無法準(zhǔn)確定位其相間短路故障:如果不是這種情況,則可以準(zhǔn)確定位多重區(qū)域內(nèi)的相間短路故障。

(2)多重區(qū)域間相間短路接地故障的分辨性。在多重區(qū)域間,如果有相別發(fā)生接地故障,并且有"長輩"與"晚輩"關(guān)系的區(qū)域也出現(xiàn)了接地故障,那么這種情況下就不能準(zhǔn)確分辨發(fā)生接地故障的位置,其余接地故障的情況都可以準(zhǔn)確分辨。也就是說,只有當(dāng)每個相別的接地位置都能準(zhǔn)確定位時,整個區(qū)域間的接地故障才能夠準(zhǔn)確分辨。

(3)容錯相間短路故障定位。在所接收故障信息準(zhǔn)確、全面的前提下,方法一能夠準(zhǔn)確定位故障發(fā)生的位置,但是配電線路基本都是在戶外,且相關(guān)的配電設(shè)備以及區(qū)域間的通信網(wǎng)絡(luò)等都在一定程度上制約了短路信息的上報,容易出現(xiàn)漏報、錯報等情況。因此要對短路故障進(jìn)行準(zhǔn)確定位就需要在以上定位方法的基礎(chǔ)上制定相應(yīng)的容錯機(jī)制。

(4)含分布式電源的配電網(wǎng)故障定位。結(jié)合故障電流信息的特點(diǎn),利用以上兩種常規(guī)的定位方法對含分布式電源的配電網(wǎng)進(jìn)行故障定位具有普遍適用性,即使已經(jīng)投入使用的配電自動化系統(tǒng)也同樣可以在不進(jìn)行改造的情況下接入分布式電源。如果一些配電自動化終端所安裝的元件不具備相應(yīng)的方向性,則可以通過重合閘結(jié)合分布式電源脫網(wǎng)的相關(guān)特性對故障進(jìn)行準(zhǔn)確定位,本文將這種思路作為第三種定位方法,實(shí)施的具體步驟如下:首先設(shè)置重合閘的延時時間,通常設(shè)定在2.5~3.5s范圍內(nèi):發(fā)生短路故障時,短路保護(hù)器發(fā)生作用:2s后該段線路上的DG逐漸從主體電網(wǎng)上脫離:斷路器發(fā)生作用后經(jīng)過設(shè)定的延時時間會重合,如果故障為瞬時性的,當(dāng)重合時會恢復(fù)全線路的供電:如果故障為永久性的,當(dāng)重合時會再次發(fā)生跳閘現(xiàn)象,這樣相應(yīng)的配電系統(tǒng)根據(jù)所獲取的信息排除故障是由DG引起的,并結(jié)合收集的電流信息采用相應(yīng)的定位方法對故障進(jìn)行準(zhǔn)確定位。

(5)主站的相間短路故障定位流程。在發(fā)生相間短路故障后,主站根據(jù)自動化終端所接受的電流信息分析該段線路是否為開環(huán)運(yùn)行狀態(tài)、是否存在分布式電源、線路容量大小、故障信息的全面性等,然后確定定位方法,準(zhǔn)確判斷故障位置。

3供電恢復(fù)策略

3.1即時供電恢復(fù)策略

即時供電恢復(fù)策略是針對出現(xiàn)故障時的電流分布信息,根據(jù)健全區(qū)域的范圍,合理制定恢復(fù)全區(qū)域供電方案所提出的恢復(fù)策略。雖然健全區(qū)域得到恢復(fù)之后在很短的時間內(nèi)并不會發(fā)生問題,但是事故修復(fù)期間該區(qū)域的負(fù)荷會產(chǎn)生一定的變化,有時會造成超負(fù)荷運(yùn)行,因此出現(xiàn)故障后使用該策略并不一定可行、有效。

3.2短時供電恢復(fù)策略

短時供電恢復(fù)策略是充分考慮了事故修復(fù)過程中電流負(fù)荷的變化,并根據(jù)這種變化對健全區(qū)域?qū)嵤┕╇娀謴?fù)的一種策略。該策略有兩種實(shí)現(xiàn)方法:(1)對短時負(fù)荷進(jìn)行合理預(yù)測,從而找出可以滿足故障修復(fù)過程中對電氣極限要求的策略,但是這種方式算法復(fù)雜且計算量非常大。(2)結(jié)合歷史統(tǒng)計的相關(guān)數(shù)據(jù),合理預(yù)測故障修復(fù)過程中線路中最大供電負(fù)荷的時間,并以此制定即時供電恢復(fù)策略,這種方式能夠利用啟發(fā)式算法進(jìn)行相應(yīng)的計算,但是計算結(jié)構(gòu)具有一定的局限性。

3.3最小用負(fù)荷供電恢復(fù)策略

以甩負(fù)荷最小為目標(biāo)的供電恢復(fù)策略適用于外界環(huán)境影響較大的情況,雖不能恢復(fù)整體區(qū)域供電,但是能恢復(fù)盡可能大范圍的健全區(qū)域的供電。

3.4模式化供電恢復(fù)策略

近些年來,國內(nèi)外該領(lǐng)域內(nèi)的大量研究與實(shí)踐表明,設(shè)置備用線路、多分段等多種模式化的線路連接方式可以有效節(jié)約備用容量,用于故障發(fā)生時的應(yīng)急儲備,有助于進(jìn)一步提高對相關(guān)配電設(shè)備的使用效率。但是,不同的連接模式需要有相適應(yīng)的故障恢復(fù)策略。

3.5區(qū)域間兩相短路接地供電恢復(fù)策略

當(dāng)發(fā)生區(qū)域間兩相短路接地故障時,接地故障位置處于兩個不同的區(qū)域,尤其是對設(shè)施老舊、線路絕緣層老化嚴(yán)重的線路,更需要將發(fā)生接地故障的兩個區(qū)域進(jìn)行有效隔離,然后再對健全區(qū)域進(jìn)行供電恢復(fù):如果故障線路為新建或者絕緣層效果較好的情況下,可以只選擇隔離其中一個接地故障區(qū)域,然后再對健全區(qū)域進(jìn)行供電恢復(fù)。確定隔離區(qū)域時應(yīng)當(dāng)確?；謴?fù)供電后可以服務(wù)更多的用戶。

3.6多種供電恢復(fù)策略的綜合運(yùn)用

當(dāng)配電網(wǎng)中出現(xiàn)母線失壓、相間短路、斷路器跳閘等情況時,會將信號發(fā)送至配電自動化系統(tǒng),然后配電自動化系統(tǒng)對故障進(jìn)行定位,并根據(jù)其設(shè)定的故障處理流程對故障進(jìn)行定位分析,最終提出相應(yīng)的供電恢復(fù)策略。下面對處理流程進(jìn)行簡單介紹。

(1)首先辨別故障位置,如果故障是在供電線路上產(chǎn)生的,則進(jìn)入到(2)步驟:反之,則判定為母線失壓,進(jìn)入到(6)步驟。(2)按照零序電壓的相關(guān)信息判斷故障是否屬于區(qū)域間兩相短路接地故障,如果是,則執(zhí)行相應(yīng)的供電恢復(fù)策略:反之,則進(jìn)入到(3)步驟。(3)通過所判斷的故障位置確定其是否處于模式化的接線網(wǎng)中,如果是,則執(zhí)行相應(yīng)的供電恢復(fù)策略:反之,則進(jìn)入到(4)步驟。(4)確定能否制定可行、有效的短時供電恢復(fù)策略,并且防止在故障維修過程中發(fā)生超負(fù)荷運(yùn)行,如果可以,則制定并執(zhí)行:反之,則進(jìn)入到(5)步驟。(5)確定能否制定有效的即時供電恢復(fù)策略,如果條件滿足,則制定并執(zhí)行,但是執(zhí)行時可能會產(chǎn)生超負(fù)荷運(yùn)行的情況,屆時就要進(jìn)行到(6)步驟進(jìn)行甩負(fù)荷,或者直接進(jìn)行(6)步驟。(6)進(jìn)行甩負(fù)荷,盡可能為更多的負(fù)荷恢復(fù)供電。

4結(jié)語

配電網(wǎng)相間短路在10kV線路中屬于最常發(fā)生的一種故障。當(dāng)配電線路發(fā)生故障時,首先也是最關(guān)鍵的就是要對故障進(jìn)行準(zhǔn)確定位,判斷故障類型,從而制定可行的供電恢復(fù)策略,在對健全區(qū)域恢復(fù)供電時還要避免發(fā)生線路的超負(fù)荷運(yùn)行,充分利用配電自動化系統(tǒng)對不同的故障類型進(jìn)行處理,采取相應(yīng)的供電恢復(fù)策略,為電網(wǎng)中故障的定位、供電恢復(fù)等提供有價值的信息。