关键词:小电流接地；配电网；自动化
近几年来，随着我国输电网自动化程度的提高，地、县调系统及无人值守变电站的综合自动化程度也迅速发展与提高。随之而来的是大家对配电网的重要性有了新的认识，意识到了加快配电网自动化的发展，是提高配电网供电可靠性的一个关键环节。
1 制定设计方案
凤县供电分局处于秦岭山区，其配电线路多，并且大部分呈辐射状，供电半径长，地形复杂，在配网自动化改造方面非常困难。针对以上情况我们决定开发一种结构简单、安装方便、立足于山区农村配网的多功能（能检测单相接地故障）实用型配网自动化系统，为此凤县供电分局从2006年5月开始对配电自动化技术进行调研，整个系统方案的制定立足于以下几个方面。
立足于国情，配电网的实际要求是结合配电网的实际问题，以符合供电可靠性及用户供电的要求，不搞形式、不追潮流、不盲目，结合技术和经济比较将有限的资金投入到较为实际有效的电网改造中去，解决较为突出的技术问题。
以保证供电可靠性为前提，确保电力用户用电的时效性，满足电力用户的供电需求。无论电力能源紧缺，还是电力富裕从用户用电的实际要求为出发点，做好用户用电的服务工作避免其它事故所造成供电的影响，体现用户是电力经营部门的需要。
提高网络的供电能力，减少用户的停电机率，网络的互供能力主要反应在网络接线、负荷的合理调整。
采用自动化装备，提高设备的故障判断能力和自动隔离故障，恢复非故障线路的供电条件，选择自动化程度较高的自动化设备。
解决配电网用设备的技术性能，提高设备的自身可靠性运行能力，尤其是配电网开关设备的操动机构及内部结构适应于户外（户内）运行条件，做到不检修周期长，设备运行可靠。大大地减轻运行人员的劳动强度和维护费用。
便于系统的监控，方便配电网的经济调度，历史数据的记录和查备，事件记录的查询规划。
2 系统组成
基于小电流接地故障查巡的配网自动化系统是由软件管理系统A、测试信号发生装置B、安装于断路器上的FTU装置C、接地点故障巡查装置D四部分组成，如图1所示。
软件管理系统A：主要用于接收、分析处理线路上各FTU发回的在线检测数据，实时监控线路的运行状况，分合断路器进行负荷调控。当发生线路故障时，系统可快速确定故障区段，并远程控制FTU以隔离或切除相应故障区段。
信号发生装置B：安装于变电站内或故障线路，当线路发生单相接地故障时，该装置可向线路中性点注入检测信号，用于FTU进行检测。
安装于断路器上的FTU装置C：在线检测线路运行状况，并将检测数据发送到软件管理系统，具备以下功能特点：
•工作电源取自于运行线路导线负荷电流感应所产生的能量，并且可以实现零负荷启动。避免了受自然环境的影响，使用简便、可靠、终生免维护。
•不用自行建设通讯网络，系统采用GSM/CDMA通讯方式，通讯费用低廉，网络稳定可靠、免维护。
•可在线检测线路负荷大小，可检测出相间短路故障区段，可检测出单相接地故障区段。
•可接收软件管理系统的控制命令，远程控制断路器分合。
•内部采用微功耗芯片，停电后利用内部蓄电池还可连续工作12 h以上。
•外壳采用双层屏蔽设计，具有抗恶劣环境工作能力。
接地点故障巡查装置D：为手持可移动测量装置，用于确定单相接地故障点。在线路运行情况下也可检测线路负荷电流的大小。
3 故障检测原理及流程
单相接地故障检测，如图2所示，变电站中性点经消弧线圈接地。
当线路发生单相接地故障时信号发生装置B可向线路发送检测信号（灰色箭头所示），该检测信号为一特殊频率的低频信号（采用低频信号主要是为了减小线路分布电容对该检测信号的衰减）。FTU通过内部测量TA采集线路电流信号，该信号经过滤波模块滤除工频信号，并对剩下的信号发生装置所发出的检测信号进行处理。如果该信号强度超过所设定门限值则认为线路发生单相接地故障，并向后台发送故障信息，如在上图中装置1、2向后台软件管理系统A发送信息。后台软件管理系统A根据装置返回的数据及装置在线路的安装位置判断出故障区段，如图3所示。
当软件判断出单相接地故障区段后，因为两个相邻的FTU之间可能相距比较远而且单相接地故障一般比较隐蔽，所以此时靠工作人员的目测还是很难找出故障点。此时就需要用到接地点故障巡查装置D，此装置工作原理与FTU装置相同，不同之处是其可移动测量线路上的检测信号，当测到线路上检测信号消失（或出现）的地方即为单相接地故障点。
单相接地故障检测（变电站中性点不接地）。单相接地故障时，故障点的零序电压为Ud0 = (Uad + Ubd + Ucd)/3 = -Ua，故障零序电流为全系统的容性电流。
其向量图如图5所示。由于架空线路对地有相同的等值电容，根据向量图，零序电压及零序电流的特点归纳起来有以下4点：
•发生单相接地故障时（例如A相），故障相的对地电容C0被短接；
•非故障线路3I01的大小等于本线路的接地电容电流，其电容性无功功率的方向为由母线流向线路；
•故障线路3I02的大小等于所有非故障线路的3I01之和，也就是所有非故障线路的接地电容电流之和，其电容性无功功率的方向为由线路流向母线；
•若零序电流互感器的极性是以变电所母线流向线路为正方向，那么非故障线路的零序电流超前零序电压90°，故障线路的零序电流滞后零序电压90°，故障线路的零序电流与非故障线路的零序电流在相位上相差180°。
当发生单相接地时FTU检测到线路零序电流超过门限值时，主动将线路零序电流及零序电压信息传送到后台软件管理系统A。后台软件管理系统A根据装置返回的数据、装置在线路的安装位置及以上所述的单相接地时零序电流及零序电压的特点判断出故障区段。
相间短路故障检测。FTU实时检测线路的负荷电流，当线路的负荷电流超过某一个门限值，装置认为线路发生相间短路故障（此时断路器是否需要立刻跳闸可由用户设定）并向后台软件管理系统发送故障信息。如图6所示，发生故障后装置1、3向软件管理系统A发送故障信息。后台软件管理系统A根据装置返回的数据及装置在线路的安装位置判断出故障区段。
过负荷报警。FTU通过内部的3个测量TA采集线路的电流信号，正常情况下可实时检测线路负荷电流，当发现线路负荷电流超过所设定的门限时，FTU向后台软件管理系统发送过负荷报警信号。
4 系统特点
FTU和柱上断路器是一体化结构，所有二次接线均在装置内部。现场安装只有一次线连接，故现场安装十分方便。
采用GSM/CDMA等移动通讯方式完成数据传输。不用自行建设通讯网络，通讯费用低，网络稳定可靠，免维护。
FTU装置及断路器的分合闸电源采用特殊取能方式无须外接电源，也无特别采用智能型开关，FTU可与一般型柱上断路器组合。
通过系统管理软件可对FTU下达指令，控制断路器的分合，实现负荷调控和故障区段隔离和切除。因为该系统采用移动公网通讯，为了确保系统的安全性及保密性，FTU装置只接收后台软件管理系统所发出的指令。
5 现场运行情况
根据凤县供电分局配网自动化现状，我们选择线路情况较为复杂（线路长、分支多、周边环境复杂）的10 kV凤双线、黄秦线、黄长线线路进行自动化改造。对一二次设备进行完善，对没有安装断路器的地方进行安装，对已安装断路器但不具有自动化功能的装置进行改造，加装FTU，使线路实现足不出户就可掌握线路运行状态。从安装至今线路发生过两次单相接地故障，该系统都快速准确的判断出了故障区段，缩短了故障查找的时间，并减小了停电面积。
6 结束语
基于小电流接地故障查巡的配网自动化系统的研制成功为配网系统正常运行及事故情况下的监测、保护、控制、配电管理及确保电网安全提供了一种先进的监控设备，使配网系统管理水平进一步提高，也将为中国农网配电自动化发展做出自己应有的贡献。
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