10kV配电网相间短路故障定位方法研究

引言

根据有关资料显示,电力用户所遇到的停电事故绝大多数是由于配电网发生了问题。在我国造成配电网停电的因素有很多,如限电、计划检修、事故检修、市政建设等。随着近年来我国电网建设水平的不断提升以及老旧电网的改造等,使得电力供需关系逐渐平衡,且备用容量以及可选择的线路不断增加,因此基本不会发生因限电和计划检修而引起的停电,事故检修逐渐成为目前主要的停电原因。

1配电网相间短路的故障定位方法

相间短路故障一般可分为区域内相间短路故障以及区域间相间短路接地故障。其中区域内故障指的是短路事故是在区域内部发生的,而区域间故障则是由某个区域内部单相接地导致另外两相对地绝缘升高,从而造成了其他某个或多个区域内的两相电接地形成短路。对相间短路故障进行准确定位的主要方法有:

方法一:当一段线路处于开环运行状态,如果某个区域的一个端点上显示了短路电流,但是其他端点并没有出现该种信息,则说明这段区域内出现了相间短路故障:如果其他端点中也出现了一个或多个短路信息,说明故障发生的位置不在该段。

方法二:当一段线路处于闭环运行状态,如果某一区域的端点显示了短路电流,且都显示故障功率来自于该区域内部,说明该区域内出现了相间短路故障:如果其中有一个或多个短路端点显示其故障功率来自于其他区域,说明故障发生的位置不在该段。

以上两种故障定位方法只适用于区域内的情况,而对于区域间相间短路故障的准确定位则应当分别分析短路接地的每个相别,再根据以上两种方法进行相应的判断。

2多重相间短路故障的分辨性判据

(1)多重区域内相间短路故障的分辨性。如果多重区域内存在"长辈"与"晚辈"关系,并且两个区域内都出现了相间短路故障,则无法准确定位其相间短路故障:如果不是这种情况,则可以准确定位多重区域内的相间短路故障。

(2)多重区域间相间短路接地故障的分辨性。在多重区域间,如果有相别发生接地故障,并且有"长辈"与"晚辈"关系的区域也出现了接地故障,那么这种情况下就不能准确分辨发生接地故障的位置,其余接地故障的情况都可以准确分辨。也就是说,只有当每个相别的接地位置都能准确定位时,整个区域间的接地故障才能够准确分辨。

(3)容错相间短路故障定位。在所接收故障信息准确、全面的前提下,方法一能够准确定位故障发生的位置,但是配电线路基本都是在户外,且相关的配电设备以及区域间的通信网络等都在一定程度上制约了短路信息的上报,容易出现漏报、错报等情况。因此要对短路故障进行准确定位就需要在以上定位方法的基础上制定相应的容错机制。

(4)含分布式电源的配电网故障定位。结合故障电流信息的特点,利用以上两种常规的定位方法对含分布式电源的配电网进行故障定位具有普遍适用性,即使已经投入使用的配电自动化系统也同样可以在不进行改造的情况下接入分布式电源。如果一些配电自动化终端所安装的元件不具备相应的方向性,则可以通过重合闸结合分布式电源脱网的相关特性对故障进行准确定位,本文将这种思路作为第三种定位方法,实施的具体步骤如下:首先设置重合闸的延时时间,通常设定在2.5~3.5s范围内:发生短路故障时,短路保护器发生作用:2s后该段线路上的DG逐渐从主体电网上脱离:断路器发生作用后经过设定的延时时间会重合,如果故障为瞬时性的,当重合时会恢复全线路的供电:如果故障为永久性的,当重合时会再次发生跳闸现象,这样相应的配电系统根据所获取的信息排除故障是由DG引起的,并结合收集的电流信息采用相应的定位方法对故障进行准确定位。

(5)主站的相间短路故障定位流程。在发生相间短路故障后,主站根据自动化终端所接受的电流信息分析该段线路是否为开环运行状态、是否存在分布式电源、线路容量大小、故障信息的全面性等,然后确定定位方法,准确判断故障位置。

3供电恢复策略

3.1即时供电恢复策略

即时供电恢复策略是针对出现故障时的电流分布信息,根据健全区域的范围,合理制定恢复全区域供电方案所提出的恢复策略。虽然健全区域得到恢复之后在很短的时间内并不会发生问题,但是事故修复期间该区域的负荷会产生一定的变化,有时会造成超负荷运行,因此出现故障后使用该策略并不一定可行、有效。

3.2短时供电恢复策略

短时供电恢复策略是充分考虑了事故修复过程中电流负荷的变化,并根据这种变化对健全区域实施供电恢复的一种策略。该策略有两种实现方法:(1)对短时负荷进行合理预测,从而找出可以满足故障修复过程中对电气极限要求的策略,但是这种方式算法复杂且计算量非常大。(2)结合历史统计的相关数据,合理预测故障修复过程中线路中最大供电负荷的时间,并以此制定即时供电恢复策略,这种方式能够利用启发式算法进行相应的计算,但是计算结构具有一定的局限性。

3.3最小用负荷供电恢复策略

以甩负荷最小为目标的供电恢复策略适用于外界环境影响较大的情况,虽不能恢复整体区域供电,但是能恢复尽可能大范围的健全区域的供电。

3.4模式化供电恢复策略

近些年来,国内外该领域内的大量研究与实践表明,设置备用线路、多分段等多种模式化的线路连接方式可以有效节约备用容量,用于故障发生时的应急储备,有助于进一步提高对相关配电设备的使用效率。但是,不同的连接模式需要有相适应的故障恢复策略。

3.5区域间两相短路接地供电恢复策略

当发生区域间两相短路接地故障时,接地故障位置处于两个不同的区域,尤其是对设施老旧、线路绝缘层老化严重的线路,更需要将发生接地故障的两个区域进行有效隔离,然后再对健全区域进行供电恢复:如果故障线路为新建或者绝缘层效果较好的情况下,可以只选择隔离其中一个接地故障区域,然后再对健全区域进行供电恢复。确定隔离区域时应当确保恢复供电后可以服务更多的用户。

3.6多种供电恢复策略的综合运用

当配电网中出现母线失压、相间短路、断路器跳闸等情况时,会将信号发送至配电自动化系统,然后配电自动化系统对故障进行定位,并根据其设定的故障处理流程对故障进行定位分析,最终提出相应的供电恢复策略。下面对处理流程进行简单介绍。

(1)首先辨别故障位置,如果故障是在供电线路上产生的,则进入到(2)步骤:反之,则判定为母线失压,进入到(6)步骤。(2)按照零序电压的相关信息判断故障是否属于区域间两相短路接地故障,如果是,则执行相应的供电恢复策略:反之,则进入到(3)步骤。(3)通过所判断的故障位置确定其是否处于模式化的接线网中,如果是,则执行相应的供电恢复策略:反之,则进入到(4)步骤。(4)确定能否制定可行、有效的短时供电恢复策略,并且防止在故障维修过程中发生超负荷运行,如果可以,则制定并执行:反之,则进入到(5)步骤。(5)确定能否制定有效的即时供电恢复策略,如果条件满足,则制定并执行,但是执行时可能会产生超负荷运行的情况,届时就要进行到(6)步骤进行甩负荷,或者直接进行(6)步骤。(6)进行甩负荷,尽可能为更多的负荷恢复供电。

4结语

配电网相间短路在10kV线路中属于最常发生的一种故障。当配电线路发生故障时,首先也是最关键的就是要对故障进行准确定位,判断故障类型,从而制定可行的供电恢复策略,在对健全区域恢复供电时还要避免发生线路的超负荷运行,充分利用配电自动化系统对不同的故障类型进行处理,采取相应的供电恢复策略,为电网中故障的定位、供电恢复等提供有价值的信息。