张秀媛

（天津市澎宇机电设计事务所，天津300384）

0 引言

在我国的配电网中，接地系统的接线方式大部分为中性点不接地，或者是经消弧线圈接地［1］。单相接地故障在总故障中所占的比例极大，当前，对于此类故障的解决方案通常是：采用相应的接地选线装置，在发生故障的情况下自动将故障线路挑选出来，并实现故障隔离。这种方法会导致非故障区域也停电，恢复供电所需时间较长。如果基于馈线自动化进行单相接地故障处理，则能直接将故障区域两端的开关跳开，不会影响非故障区域的供电，反应速度极快。本文即对此进行研究，并比较了几种不同的实现方案。

1 馈线自动化系统中单相接地故障处理的可行性分析

近年来，城乡电网改造的步伐在不断加快，改造过程中重要的一环就是进行配网结构以及一次设备的改造，此外，配网自动化建设的力度也在加大，从而提高了整个电力系统的运行管理水平。基于馈线自动化，对电网中的单相接地故障处理进行研究时，要注意其与常规故障处理的区别：（1）在馈线自动化系统中，常常会在开关处安装相应的电流互感器，这样一来，即可在配电终端采集需要的电流信息，因而故障处理的电气特征量选择更加多样化。（2）通信是馈线自动化的核心，只要通信系统的性能足够好，对于子站而言，就能够方便地获取所需要的电气特征量。这样一来，故障信息的冗余度就更高，故障定位也更加准确。（3）在馈线自动化系统中有完善的配电终端，芯片技术的发展也促使配电终端更加强大，因而电气特征量的提取变得更加方便。（4）真空灭弧技术的出现大大降低了断路器的成本，这种断路器逐渐取代了负荷开关，为直接控制配电终端提供了途径。

2 实现方案

首先，对馈线系统的保护原理进行研究，它是一种终端监控式的馈线自动化方式，与完善的通信网络相结合，采用分布式配电终端，能够实现全线速动。图1给出了一个手拉手式的配电网结构，对其基本组成进行分析：分段开关为断路器，即图中的A～C和E～G，联络开关由D表示，在正常运行的情况下，D是断开的；M表示变电站，它与手拉手线路的A～D部分相对应；在变电站侧的馈线系统中，UR1～UR4组成了相应的保护单元，对开关A～D进行控制；通过总线式快速网络，这些配电终端连接在一起。

图1 手拉手配电网结构示意图

假设在F1处发生了单相接地故障，故障电流将会在A、B处出现，而C处不会出现故障电流，但是此处的电压会降低；对应地，馈线系统的保护单元会执行相应的动作，其具体流程如图2所示。基于高压线路的纵联保护原则，馈线系统保护在通信方案上很大部分采用了全分布式母线保护的原理［2］，从而实现了选择性保护，能够一次性完成故障的识别和隔离，进行重合闸动作和故障的自动化恢复。其主要优点在于：对故障进行一次性处理，非故障段的供电不会受到影响，故障能够被快速切除，不会对电动机类负荷的供电质量造成不良影响等。

图2 馈线系统保护单元执行动作流程

下面对基于馈线自动化的单相接地故障处理的3种具体方案进行分析：

2.1 主站监控式馈线自动化

这种模式属于集中处理模式，在这种模式下进行单相接地故障的处理时，主要步骤为：当出现单相接地故障时，在相应的馈线子站上有零序电压启动，从而进行自动化的故障录波，并且进行电气特征量的计算；对于主站而言，将会对终端的故障信息进行定时召唤和综合判断，从而定位故障线路和区域，最后发出故障隔离以及供电恢复等命令。这一方案在传统的配电自动化系统中使用较为适宜，主要不足在于：自动化程度低，反应速度不理想，主站软件十分复杂。

2.2 子站监控式馈线自动化

这种模式进行了相应的分层，在子站层中包含有主站层的部分功能。这种模式下的单相接地故障处理主要特点为：电气特征量是在子站中采集的，并且在子站中进行故障线路的判别和隔离。在该方案中，主站的部分功能下放给子站，因此，其处理速度明显提高了。

2.3 馈线系统保护

与上面讲述的2种方案不同，馈线系统保护中的紧急控制功能被放到了智能终端设备上，能够实现分布式控制［3］。采用此方案进行单相接地故障处理时，其流程为：如图1所示，当F1处发生了单相接地故障时，M馈线上的FTU将会进行零序电压启动，实现故障录波。对于馈线来说，相邻的FTU可以进行通信并综合比较接收到的故障信息，从而得到动作条件，UR2即按照相应的要求实现故障隔离。在这种方案中，故障判别在配电终端上实现，有效减小了子站的压力，处理速度更快；另外，由于只需要进行纵向上的比较，其封装性能较好。

3 电气特征量的选择

3.1 暂态分量

运行实践表明，配电网中的大部分单相接地故障是瞬时性故障，而造成这种故障的原因是多种多样的。其中，最为常见的一种原因是：系统中存在绝缘的薄弱点，在高电压的作用下出现绝缘击穿，而这种击穿常常发生在相电压经过最大值的瞬间。此时，零序电流暂态分量很大，干扰对其的影响可以忽略，因此较容易测量，可以将其作为故障特征量。当相电压过零时发生故障，对于不接地系统而言，基本上是不存在暂态过程的。如果过渡电阻足够大，任何时候发生故障都不会形成强暂态过程。

3.2 稳态分量

当配电网中发生单相接地故障时，故障点处的零序和负序电流是相同的。如果变电站中的出线为电缆，在微机选线装置中，故障特征量通常采用零序电流，它是通过零序电流互感器测得的，不会受到三相负荷不平衡的影响。但是对于馈线自动化系统而言，则应与实际相结合，采用合适的特征量。在电缆网络中，可以通过环网柜中的电流互感器采集到零序电流；对于架空线路，通过三相电流的叠加得到零序电流。负序电流是从故障点出发，经过母线向系统流动的，并且几乎不会朝着非故障线路流动。在馈线自动化系统中，采集到三相电流之后，可以通过相应的相量计算出负序电流，此时的负序电流会受到三相负荷不平衡的影响，同时也会受到电流互感器不平衡的影响。

4 结语

研究馈线自动化系统的单相接地故障处理具有十分重要的现实意义。本文对3种单相接地故障处理方案进行了分析，得出了以下结论：在终端监控馈线自动化模式中，纵向比较法十分适宜；而在主站监控式以及子站监控式馈线自动化模式中，则适宜采用横向比较法。

［1］焦邵华.电网智能保护新技术的研究［D］：［博士学位论文］.北京：华北电力大学，2000

［2］焦邵华，焦燕莉，程利军，等.馈线自动化的最优控制模式［J］.电力系统自动化，2002（21）

［3］曾祥君，尹项根，陈德树，等.适应配电自动化的馈线接地保护研究［J］.电力系统自动化，2000（15）