电网故障特性分析与故障录波器应用研究李金龙

电网故障特性分析与故障录波器应用研究李金龙

李金龙

（中原油田供电服务中心）

摘要：配电网故障研判是以配电网物理网架拓扑结构为依托，通过聚合不同信息来源的数据，结合故障征象，判断引起故障停电的类型，发生故障的区段以及停电影响范围的过程。准确的故障研判有助于配网调控和抢修指挥人员更合理地指挥现场故障处置，发布停电信息，调配抢修资源，派发抢修任务；有助于现场抢修操作人员更高效地排查故障，快速定位故障点及其原因，更快组织抢修；有助于更精准掌握故障停电影响范围，及时合并新增故障报修，减少重复派工。

关键字：电网故障特性；故障录波器；应用

1配电网概述

配电网是从输电网或地区发电厂接受电能，并通过配电设施就地或者逐级配送给各类用户的电力网络，一般分为高压配电网、中压配电网和低压配电网。通常所指的配电网为中压配电网和低压配电网，即从“变电站10（6）千伏开关柜出线端子”到“与客户分界点”。但也有个例存在，如有些发达地区110千伏线路也用于配电网，而有些县域的35千伏线路也用于主网，因此配电网的电压等级主要取决于各个城市电网规模或者城市用电量。配电网主要由相关电压等级的架空线路、电缆线路、变电站、开关站、配电室、箱式变电站、柱上变压器、环网单元等组成。

2故障分析

电力系统故障研究（计算机计算方法）经历了连续性发展的流程。学术界讨论且总结出电网故障计算的若干最为基础的方法。其理论前提为对称分量法，将故障点当做切入点，把故障点非对称化的三相电压与电流分解成正、负与零相序等分量，进而把故障点非对称化的三相电路的演算转变成对称性的三个相序等值电路的相关计算。它的核心在于把命名为端子方程故障点的相序电压与电流的函数式当做互联网方程的三序互联网方程联立加以求解。同时，学术界在对复故障进行计算的过程中，提出了诸如“故障修正导纳矩阵”的定义，也就是把故障环境中造成的互联网结构加以更改，且借助于一矩阵加以表示。至于故障情况存在着区别时，只须更改其中的若干元素之后，再通过程序加以统一化的处理，然而在处理断线状况时，修正导纳矩阵并不容易。

因此，出于使得求解过程与计算机的特征本身更加地吻合的目的，学者们通过坚持不懈的研究之后，提出了不少与计算机条件相吻合的故障计算的方法。比如，有些方法被视为计算机故障分析法的阶段性突，它的核心理念为“任一故障均可被视为一类互联网结构的更改”。

3推动基于故障研判的业务流程优化

3.1优化10kV母线接地故障处置流程

优化专业协同流程，一是配网调控员发现系统接地故障后，及时报备配网抢修指挥员和远程客服人员；二是配网抢修指挥员和远程客服人员重点关注10（6）kV接地母线所在供电区域，对含有可疑故障信息的报修工单，即时汇报配网调控员；三是结合可疑报修工单及其他信息，配网调控员初步判断接地馈线；四是若初判的接地馈线试拉正确，配网抢修指挥员直接通知抢修人员前往用户报修地点，配网调控员指挥现场抢修人员进行故障隔离并许可抢修，配网抢修指挥员对故障抢修各环节进行全流程管控；五是配网抢修指挥员根据现场故障抢修复电情况及时回复工单。

3.2优化10kV开关跳闸故障处置流程

对于配电自动化未覆盖区域开关跳闸，优化专业协同流程，一是配网调控员结合配电自动化系统配变停电告警信息，自下而上进行进行电源点追溯，追溯至公共分支开关后，以此为起点，自上而下采用配变数据召测进行电网拓扑分析，初判停电区域；二是若停电配变和可能跳闸点数据逻辑一致，配网调控员一键发布停电信息，拦截重复报修工单，并告知配网抢修指挥员和远程客服人员；三是配网抢修指挥员根据10（6）kV故障停电范围对未拦截的新增报修工单进行研判合并；四是配网调控员指挥现场抢修人员进行故障隔离并许可抢修，配网抢修指挥员对故障抢修各环节进行全流程管控；五是配网抢修指挥员根据现场故障抢修复电情况及时回复工单。

4典型故障录波图分析与应用

故障录波是发变组故障录波器最强大的功能之一，它自动启动后，对所输入的模拟量及其派生量、开关量进行记录，并有专用的故障分析软件进行故障分析，为查找故障类型及其起因，提供有力的科学依据，并能存盘打印，随时调用。

以110KV及以上电压等级线路为例，对各类故障情况下故障点电流、电压、开关变位、保护动作情况以及故障录波图等进行分析。为便于分析，先对110KV及以上电压等级线路保护设置情况进行简单介绍：

ａ.每条线路设置两套主保护。

ｂ.重合闸方式为单相重合闸，动作时间为0.8s（若为一个半开关接线方式，边开关重合时间为0.8s，中开关重合时间为1.2s，若边开关重合失败，中开关不重合）。

ｃ.重合闸充电时间为10～15s，充电未完成期间不能再次重合。

4.1单相瞬时性故障

单相接地故障点故障相的

短路电流较大，非故障相电流保持不变，故障相电压理论上为零（实际上有残压，不为零）。如图1为某110KV线路故障时的故障录波图。由图中可看出，故障时刻线路V相故障电流很大，U、W相故障电流为零，故障期间V相电压降低（由于有残压，故不为零），因此可判断故障为V相接地短路。故障0.8s后重合闸动作，V相开关由分变合，且无故障电流，可判断重合成功。由此可判断该次故障为单相瞬时性接地故障。

图1中的UU、UV、UW、3U0、IU、IV、IW、3I0分别指U、V、W相电压，3倍零序电压，U、V、W相电流以及三相零序电流，图2－图5中字符含义与此相同，不再赘述。

图1单相瞬时性接地故障录波

4.2单相永久性故障

单相永久性故障与单相瞬时性故障电流电压特性相同，区别在于故障相开关重合后仍然有故障电流存在，且重合不成功，开关三相跳开，如图2所示。

图2单相永久性接地故障录波

总之，以对称分量法为基础，对单相接地短路、两相短路以及两相接地短路时的电流、电压进行计算，对发生各类故障时电流、电压特点进行总结，并结合分析以及故障录波图对各类故障进行分析，为有关专业人员正确使用故障录波器提供技术参考，有助于调度运行人员快速判断故障类型、分析保护动作情况以及做出准确处置措施。

参考文献：

[1]电力系统故障录波数据分析[J].邵玉槐，许三宜，何海祥，丁周方.电气技术.2009（07）

[2]电力故障录波数据综合处理系统[J].杜新伟，李媛，刘涤尘.电力系统自动化.2006（12）