摘要：針對(duì)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(yīng)各種電網(wǎng)結(jié)構(gòu)與復(fù)雜的故障狀況。一種可行的辦法是使用多重選線判據(jù)來(lái)構(gòu)成綜合判據(jù)，利用各種判據(jù)選線性能上的互補(bǔ)性擴(kuò)大正確選線的故障范圍，提高選線結(jié)果的可靠性。而利用模糊理論實(shí)現(xiàn)多判據(jù)選線信息融合開(kāi)發(fā)的分布式小電流接地選線系統(tǒng)通過(guò)在湖北電網(wǎng)應(yīng)用實(shí)踐證明，可明顯提高小電流單相接地故障選線的正確性。

作者簡(jiǎn)介：張浩(1964-)，男，湖北襄陽(yáng)人，襄陽(yáng)科能機(jī)電公司，高級(jí)工程師。(湖北襄陽(yáng)441001)胡東波(1975-)，男，湖北咸寧人，咸寧供電公司，高級(jí)工程師。(湖北咸寧437000)

我國(guó)35kV及以下的中低壓配電網(wǎng)系統(tǒng)一般采用中性點(diǎn)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(shí)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(duì)稱，不影響系統(tǒng)正常工作。我國(guó)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(yùn)行1～2小時(shí)。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(diǎn)。但隨著饋線的增多，電容電流也在增大，長(zhǎng)時(shí)間帶故障運(yùn)行就易使故障擴(kuò)大為相間短路或兩點(diǎn)及多點(diǎn)接地故障?；」饨拥剡€會(huì)引起全系統(tǒng)過(guò)電壓，進(jìn)而損壞設(shè)備，破壞系統(tǒng)安全運(yùn)行。隨著當(dāng)今對(duì)電能質(zhì)量的要求越來(lái)越高，這就需要運(yùn)行人員在發(fā)生故障后必須盡快查明短路線路和短路點(diǎn)，以便采取相應(yīng)對(duì)策解除故障，使系統(tǒng)恢復(fù)正常運(yùn)行。

一、現(xiàn)狀

中性點(diǎn)非有效接地系統(tǒng)單相接地故障選線長(zhǎng)期以來(lái)是國(guó)內(nèi)外關(guān)注的尚未解決的一大難題。針對(duì)這一問(wèn)題提出了多種選線方法，但都很難完全適應(yīng)各種電網(wǎng)結(jié)構(gòu)與復(fù)雜的故障狀況。湖北電網(wǎng)35kV變電站共800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(zhǔn)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。

二、原理分析

小電流接地系統(tǒng)單相接地故障后的信號(hào)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(gòu)成的故障判據(jù)。然而對(duì)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(huì)有變化，有些算法可能會(huì)失效，所以根據(jù)不同算法作出的判斷結(jié)果的準(zhǔn)確度也往往不同。理論和實(shí)踐都表明，沒(méi)有一種選線方法能夠保證對(duì)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(jìn)行選線是不充分的。

在這種現(xiàn)實(shí)狀況下，一種可行的辦法是使用多重選線判據(jù)來(lái)構(gòu)成綜合判據(jù)，利用各種判據(jù)選線性能上的互補(bǔ)性擴(kuò)大正確選線的成功率，提高選線結(jié)果的可靠性。那么多重選線判據(jù)如何來(lái)構(gòu)成綜合判據(jù)呢?由于小電流接地系統(tǒng)及電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，很難取得某種選線判據(jù)與選線結(jié)果之間精確的數(shù)學(xué)模型，而運(yùn)用模糊理論實(shí)現(xiàn)多判據(jù)選線信息融合是一個(gè)可行的方法。

針對(duì)以往選線裝置存在的問(wèn)題，襄陽(yáng)科能機(jī)電設(shè)備有限公司成功開(kāi)發(fā)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。

三、理論依據(jù)

模糊理論是美國(guó)加州大學(xué)伯克利分校電氣工程系的扎德教授在1965年創(chuàng)立的模糊集合理論的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的。模糊理論是以模糊集合為基礎(chǔ)，其基本精神是接受模糊性現(xiàn)象存在的事實(shí)，而以處理概念模糊不確定的事物為其研究目標(biāo)，并積極地將其嚴(yán)密的量化成計(jì)算機(jī)可以處理的訊息，不主張用繁雜的數(shù)學(xué)分析即模型來(lái)解決模型，即在信息不完整、不精確的情況下作出判斷與決策，也就是進(jìn)行模糊信息處理。

模糊理論已在實(shí)踐中被證明是現(xiàn)代智能技術(shù)中最重要的技術(shù)之一，是處理復(fù)雜不確定問(wèn)題的較先進(jìn)的方法之一，是用數(shù)學(xué)方法研究和處理具有“模糊”現(xiàn)象的一門科學(xué)。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)中提出了一些利用模糊理論實(shí)現(xiàn)多判據(jù)選線的新方法。實(shí)踐證明，應(yīng)用模糊理論實(shí)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(bǔ)充、相互融合，可以明顯提高故障判別能力。

四、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(guān)事物差異中間過(guò)渡的不分明性，并成功應(yīng)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(cè)度隸屬函數(shù)和各選線方法的權(quán)系數(shù)隸屬函數(shù)。最后對(duì)各個(gè)判據(jù)的數(shù)值屬性進(jìn)行融合，得出一個(gè)綜合選線結(jié)果。其處理過(guò)程為：首先根據(jù)基波比幅比相算法確定基波比幅比相算法的故障測(cè)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(cè)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(cè)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(cè)度隸屬函數(shù)，然后根據(jù)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)確定各選線方法的權(quán)系數(shù)隸屬函數(shù)，最后對(duì)各個(gè)判據(jù)的數(shù)值屬性進(jìn)行融合，得出一個(gè)綜合選線結(jié)果。

五、基本結(jié)構(gòu)及核心元件

本系統(tǒng)采用上下位機(jī)構(gòu)成的分布式結(jié)構(gòu)，整個(gè)系統(tǒng)包括主機(jī)、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(gè)變電站只需一臺(tái)選線主機(jī)和若干臺(tái)信號(hào)采集分支器以及若干臺(tái)零序電流互感器組成一個(gè)完整的分布式接地選線系統(tǒng)。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

1.選線主機(jī)

選線主機(jī)是整個(gè)系統(tǒng)的指揮控制中心。它主要完成以下任務(wù)：四段相電壓的監(jiān)測(cè)，一旦發(fā)生接地故障立即進(jìn)入故障分析處理程序;故障分析處理程序：主機(jī)讀取各數(shù)據(jù)采集分支器傳來(lái)的數(shù)據(jù)，采用模糊理論的方法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，得出正確的選項(xiàng)結(jié)果;管理好人機(jī)接口：包括按鍵的處理、液晶顯示畫面的處理、打印機(jī)的管理等;通訊處理任務(wù)：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(shí)時(shí)并行處理，以上多任務(wù)嵌入了RTX_51實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，以保證各任務(wù)之間的協(xié)調(diào)配合。

選線主機(jī)可同時(shí)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(jī)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(cè)高壓線上，分支器的跳閘繼電器輸出接口可與高壓開(kāi)關(guān)的跳閘回路連接，4段母線PT的二次電壓回路與主機(jī)的PT接線端子連接，中文顯示的液晶屏、打印機(jī)、7個(gè)按鍵在前面板上，RS485通訊接口和繼電器的無(wú)源接點(diǎn)輸出可與電力綜合自動(dòng)化微機(jī)保護(hù)聯(lián)接。

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(gè)單片機(jī)(工業(yè)級(jí)小電腦)，其作用是對(duì)來(lái)自于零序電流互感器的信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理，正常情況下其對(duì)各分支的零序信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)并保持對(duì)數(shù)據(jù)緩存區(qū)數(shù)據(jù)的刷新，而故障狀態(tài)時(shí)則對(duì)故障信息進(jìn)行預(yù)處理，處理完的信息再送選線主機(jī)，從而大大減輕了主機(jī)負(fù)擔(dān)，提高了選線的時(shí)效性。

3.高精度零序電流互感器

為了更好地保證選線效果，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(hù)、選線裝置的可靠性大大提高。

六、工作過(guò)程

正常情況下，主機(jī)實(shí)時(shí)監(jiān)控各母線段的各相電壓并進(jìn)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(shí)進(jìn)行各路零序電流的實(shí)時(shí)監(jiān)控。當(dāng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，由于系統(tǒng)中性點(diǎn)的偏移，必然造成各相電壓的異常，主機(jī)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(jìn)入異常狀態(tài)處理程序，其處理過(guò)程是首先按比幅比相的方法對(duì)數(shù)據(jù)采集分支器采集的三路信號(hào)進(jìn)行預(yù)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(jī)，而可能性極小的回路數(shù)據(jù)丟棄，入運(yùn)行，此系統(tǒng)在投入運(yùn)行的一年多期間共發(fā)出103次接地報(bào)警信號(hào)，伴有警鈴響，顯示并上傳了接地線路和接地相別。絕大部分屬于瞬間接地，沒(méi)有做任何操作故障能夠自動(dòng)消除。共有5次操作開(kāi)關(guān)后，接地信號(hào)消失;有2次速斷跳閘后，信號(hào)消失。接地線路和接地相別均能正確顯示出來(lái)。

2.咸寧通城供電公司110kV麥?zhǔn)凶冸娬?/p>

110kV麥?zhǔn)凶冸娬就哆\(yùn)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(dòng)作15次，選線準(zhǔn)確率達(dá)88.2%。其中發(fā)生2次不正確動(dòng)作情況，后經(jīng)廠家現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，發(fā)現(xiàn)其中一個(gè)分支器損壞，更換后恢復(fù)正常。更換后共發(fā)生接地故障4次，均正確動(dòng)作。

3.咸寧嘉魚(yú)縣供電公司110kV潘灣變電站

嘉魚(yú)縣供電公司110kV潘灣變電站投運(yùn)于1970年7月。該站屬于戶內(nèi)電纜式架空出線、中性點(diǎn)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(kāi)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。

該站又在2012年9月16日安裝使用了一套DJDX-08型“分布式單相接地故障電腦綜合選線裝置”。運(yùn)行三個(gè)月選線裝置共記錄了發(fā)生單相接地的情況9次，其中經(jīng)過(guò)巡線核查和停電處理證實(shí)過(guò)的金屬性接地的情況有8次，告警自行恢復(fù)1次。每次發(fā)生單相接地時(shí)，DJDX-08型裝置的音響和燈光會(huì)立即報(bào)警，液晶屏上顯示接地的線路、接地相別、接地發(fā)生時(shí)間和持續(xù)時(shí)間，同時(shí)把接地信息上傳到后臺(tái)機(jī)和調(diào)度室，實(shí)現(xiàn)了無(wú)人值班變電站的遠(yuǎn)程控制。另有1次屬于瞬間接地的情況，沒(méi)有進(jìn)行處理接地故障就自動(dòng)消失。

對(duì)于較復(fù)雜的接地故障，該系統(tǒng)也能正確判斷告警。例如在11月6日記錄保存了不同母線段上的兩條線路同時(shí)發(fā)生接地故障的情況。當(dāng)?shù)谝粭l線路先發(fā)生接地時(shí)，選線裝置發(fā)出了音響燈光報(bào)警，同時(shí)把接地信息傳到了后臺(tái)和調(diào)度室。當(dāng)時(shí)調(diào)度室和變電站值班員決定先觀察一下，看故障能否自動(dòng)消失;過(guò)了10分鐘左右，裝置上另一段母線上發(fā)出了線路接地的報(bào)警，調(diào)度室下達(dá)了斷開(kāi)兩條故障線路的命令。斷開(kāi)兩條線路后，裝置報(bào)警分別消失，同時(shí)自動(dòng)打印出了兩條線路的接地信息。后經(jīng)巡線人員證實(shí)，這兩條線路都屬于刮風(fēng)導(dǎo)致其中一相碰到樹(shù)枝引起的間接性接地。裝置判斷出來(lái)的接地線路和相別與實(shí)際一致。

八、結(jié)束語(yǔ)

在10kV、35kV系統(tǒng)中，發(fā)生單相接地故障如果不進(jìn)行及時(shí)處理，由于非故障相的兩相對(duì)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(kuò)大，影響電網(wǎng)安全運(yùn)行;特別是線路因斷線發(fā)生接地時(shí)不能夠及時(shí)切除停電就會(huì)對(duì)斷線附近的人或牲畜構(gòu)成生命安全，造成更大的經(jīng)濟(jì)損失及不良的社會(huì)影響。襄陽(yáng)供電公司在近幾年內(nèi)曾經(jīng)使用過(guò)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(lái)逐漸退出運(yùn)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(shí)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(shí)也減輕了運(yùn)行維護(hù)人員的工作量，取得了滿意的效果。分布式接地選線技術(shù)在湖北其他地區(qū)的使用也受了用戶的歡迎。

參考文獻(xiàn)：

[1]陳炯聰 ,齊鄭,楊奇遜.基于模糊理論的小電流單相接地選線裝置[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化,2004,(8):88-91.

(責(zé)任編輯：王祝萍)

原標(biāo)題:分布式接地選線技術(shù)在湖北電網(wǎng)的應(yīng)用