国网天津市电力公司武清供电分公司, 天津 301721
摘要:随着我国的经济在快速的发展,社会在不断的进步,我国的综合国力在不断的加强,无论是中性点有效接地或非有效接地配网,配电线路发生弧光高阻接地故障时,故障电气量均相对微弱,传统的故障检测方法往往失效。因此,该文针对不同中性点接地方式,统一建模配电线路弧光高阻接地故障模型,并等效分析在故障点虚拟电源激励下产生的零状态响应特征。基于此,分别从稳态频域分析、暂态时域分析、行波分析、人工智能等多角度对两种中性点接地方式下配电线路弧光高阻接地故障检测方法进行了技术梳理和总结,并从谐波波动、选线启动判据、波头识别、弧光畸变等几个方面提出后续的研究思路。
关键词:配电系统;配电线路;弧光故障;高阻接地;故障检测
引言
配电网结构多变(拉手、开环)、系统接地方式多样(不接地、消弧线圈接地、小电阻接地)、电缆基金项目:国家电网公司总部项目资助“配电网多态复杂故障特征库及自适应辨识关键技术研究”(GY71-17-032)化或架空电缆混合接线率逐年增高、故障类型复杂(雷击、树闪、断线、人身触电等),导致了非有效接地系统的故障选线正确率一直不高。近年来,随着基于行波量、暂态量的故障选线技术的不断推广和应用,故障选线的正确率得到了显著的提高,但是在弧光高阻,特别是间歇性、发展性弧光高阻故障时,现有的技术仍然存在着失效等突出问题。
1故障现象
弧光接地过电压是间歇性弧光接地过电压的简称,当该类型故障出现在中性点非直接接地系统中时,不稳定的间歇性电弧反复熄灭和重燃,引起故障相和非故障相间电感电容回路的高频振荡,其非故障相的过电压幅值往往会达到3.15~3.5倍。系统发生单相接地故障时,一般会产生警铃,如“xx千伏母线接地”信号,或者是在中性点经过消弧线圈接地系统中出现“消弧线圈动作”信号;绝缘监视表中的三相电压指示值不尽相同,出现一相降低,两相升高的情况,即稳定接地,或者是表针不停来回摆动,即间歇性弧光接地;当出现间歇性弧光接地故障时,非故障相电压较高,常常出现表针打到头,并伴随有互感器高压侧熔断等。系统发生单相弧光接地故障时,往往会产生以下共同特点:1.故障均繁盛在小电流接地的配电网中;2.弧光接地故障中均会产生过电压,且过电压值存在明显波动,并且这跟电力系统中的非周期分量和系统谐振有关;3.在中性点经消弧线圈接地的小电流系统中,消弧线圈中多会出现位移过电压超过限制、装置故障等;4.单相接地故障时多会伴随着出现过电流保护动作、开关跳闸等事故;5.单相弧光接地故障多发生在配网的电缆线路部分。
2 配电线路弧光高阻故障检测技术
2.1电弧特性辨识法
电弧特性辨识法主要基于HIF发生时,一般会伴随出现电弧畸变,并设计故障检测方法。电弧特性在时域上表现为零序电流的过零畸变性、间歇性;从频域上体现为特定的偶次、3次、5次等谐波含量、相位的变化特征。根据侧重点的不同,现有的电弧特性辨识法主要从时、频域角度反映电弧畸变,识别故障。从时域角度,主要关注HIF的随机性行为及不对称性,用故障电流前一个周期正、负电流的峰值与后一个周期正、负电流的峰值差来表征电流信号中的“闪烁”,用1个周期内正峰值和负峰值的差来表征电流的不对称性,进而实现了HIF检测的检测。文献[12]基于HIF故障的“过零畸变”特征设计一种凹凸性检测法,用二阶导数的正负表征故障电流波形过零点前后的凹凸性变换规律,在1个周波内,当正向过零点是凸性,之后的1/8周波内是凹性,则认为发生了HIF检测,但该方法仅能够实现信噪比大于10dB的HIF的检测。从频域角度,将HIF检测的低频频谱与变电站正常运行1周所记录的电流谐波进行差异性比较,确定了可以利用二次谐波含量的越限检测线路经干燥、湿润土壤接地故障情况。将故障电流近似为基波与3次谐波的叠加,当基波与3次谐波的幅值比大于某阈值,相位差进入一定的范围时则认为发生了HIF。分析发现故障电流波形的非对称性主要由偶次谐波引起,基于偶次谐波设计并对比分析了偶次功率、偶次比值、偶次增量方差3种判据的实际效果,能够实现正常开关事件与HIF的区分。谐波分析法从频域的角度展开研究,可以很好地应对HIF时域波形复杂多变的难题,但其本质上是一种定量分析方法,无法给出一个可靠、灵敏的整定值。
2.2接地故障解决措施
对于接地故障,工作人员可按照3个步骤进行检修。1)测量电路。其主要目的就是通过测量电路,了解配电线路接地问题的情况,并获得相关检测数据,从而为后续的故障解决奠定基础。需要注意的是在所有检测数据中,比较关键的测量数据是绝缘电阻测量数据。如果经过测量发现该测得的电阻值远小于预定电阻值,就应进行二次测量,确定故障回路。2)部分接地故障不容易检测。对此,检修人员应采取合理的解决方法。以单相接地故障为例,这是一种难以识别的在线故障。因为当单相接地故障发生时,配电线路表面并没有任何明显的变化。尤其是当发生小电流单相接地故障时,更加难以识别。在定位、检测故障时,检修人员可利用相关检测仪器,并结合丰富的工作经验,判断配电线路是否存在单向接地故障。例如应用小电流接地选线、故障测距和户外故障点探测等方法。在确定故障之后,检修人员就可采用替换、修复等故障解决方法。3)为了切实减少短路故障,电力企业还应采取有效的管理措施。例如加大配电线路的建设投资,提升配电线路工程的建设质量。做好开关柜、箱式变电站等的质量检测及运行检测,尤其是做好封堵作业,以免潮气进入设备内部,造成设备故障。同时,定期进行电缆及其设备的检测、维护,降低短路故障的发生率。
2.3调度处理措施
在中性点废纸接接地系统发生接地故障信号时,值班人员应该首先保持冷静的思考能力,及时向上一级调度汇报,并且对故障现象做好应有的记录,并且根据故障信号、表计指示、运行方式等判断故障情况。例如:如果变电站的出现中都装有接地信号装置,在装置正常运行的情况下,就很容易发现故障区域;在发出母线接地信号的同时,如果另有一线路也发出了接地信号,则故障点很有可能就在该线路上;如果仅仅发出了母线接地信号,则故障点很可能就在母线上或者是在与母线相连的设备上。但是,如果母线出现没有装设接地信号装置,则应该根据以上特征,判别故障性质,在进行分网运行,以缩小查找范围。在系统发生单相接地故障,进行分网运行时,首先应该从总的降压站内分支开始,分别切除10kV系统中的供电回路,然后再逐级往下进行查找,直到找到接地点为止。
结语
配电线路弧光高阻故障快速检测是目前配电线路故障检测的难点。其本质原因是:中性点接地方式多样、故障点情况复杂,导致故障后的暂态过程不同,难以采用统一的公式表达。此外,故障后故障附加信号幅值较小,使得常规整定方法和阈值选择难以有效地平衡灵敏性和选择性。本文对配电线路HIF检测技术的研究状况进行了比较全面、系统的总结,给出统一的故障分析模型,也给出对应不同工况的暂态过程分析。并从谐波波动、选线启动判据、波头识别、弧光畸变等几个方面提出后续研究思路。
参考文献
[1]林志超,刘鑫星,王英民,等.基于零序电流比较的小电阻接地系统接地故障保护[J].电力系统保护与控制,2018,46(22):15-21.
[2]许庆强,许扬,周栋骥,等.小电阻接地配电网线路保护单相高阻接地分析[J].电力系统自动化,2010,34(9):91-94,115.