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基于SCADA的小电流接地选线研究

发表时间：2020/12/15 来源：《基层建设》2020年第24期作者：李巧媛

[导读] 摘要：为了改善传统采用拉路选线而导致电流不稳问题，提出了基于SCADA的小电流接地选线研究。

        海南电网有限责任公司琼海供电局海南琼海 571400
        摘要：为了改善传统采用拉路选线而导致电流不稳问题，提出了基于SCADA的小电流接地选线研究。在SCADA支持下，分析小电流接地稳态特征和暂态特征，并对信号时频局部化分析。计算故障线路零序电流之和，选取小电流接地故障特征量为故障选线输入节点，设计输出层。由此设计选线流程，为电力系统稳定运行提供技术支持。
        关键词：SCADA；小电流；接地选线；接地故障
        0引言
        当前国内外对小电流接地选线的研究较多，但其精度和灵敏度均不理想。经分析产生故障的原因是接地故障时，故障电流小，易受影响，外部干扰将导致采集到的故障信号产生很大误差。配电网络故障时产生相容电流，即为失效电流，必然会产生电弧，消弧线圈的过补偿功能虽然补偿了对地电容，但同时也使得故障信号难以检测，且误差大。故障发生后会产生大量谐波，干扰零序电流的检测，增加选线难度[1]。引起非线性信号负载产生，例如正在运转的机电装置和大型电力电子装置，故障发生后，谐波量较大，增加了选线难度。长久以来，国内外研究者一直在努力更新选线技术，使其能够满足现代社会生产和生活的需要，但由于以上原因，目前小电流接地系统的选线方法在实际应用中效果不理想。目前需要一种高精度的线路选线方法进行缺陷线路选择。因此，提出了一种基于SCADA的小电流接地选线方法。
        1基于SCADA的小电流接地故障特征分析
        SCADA（Supervisory Control And Data Acquisition）系统是一种基于计算机的自动化生产过程控制与调度系统，它可以监测小电流接地故障。通过SCADA系统对中性点的监测与分析结果表明，中性点是由发电机或变压器三相绕组星形连接所形成。按中性点接地方式的不同，可分为中性点接地与非中性点接地两种[2]。中性点直接接地系统称为中性点有效接地系统，按电流特性，接地方式可分为无接地中性点直接接地和中性点直接接地、中性点直接接地和变阻器接地两种。当中性点不能有效地接地时，产生的电流是小的接地电流。对于没有有效接地的系统，电源中间点不会直接与地面发生短路，所产生的故障电流远远小于通过线路的负荷电流，所以这种系统被称为小电流接地系统。中性点因其与地面绝缘而不能有效接地，利用SCADA系统进行数据监测简单、可靠、实用，可广泛应用于中低压配电网[3]。在此基础上，分析基于SCADA小电流接地故障特征。
        （1）稳态特征。单相接地后，选取零序电流最大的线路。地网经过消弧线圈发生单相故障后，无稳态零序电流不能直接判断故障线路；但是如果非故障线路显示断开，那么对比零序电流的幅度变化，其中幅度变化最大的线路就是故障线路。
        （2）暂态特征。当三相平衡系统出现故障时，故障线路的相电压急剧下降，而无故障线路的相电压迅速上升，发生故障时，瞬态电流会通过系统[4]。在此基础上，可分析单相故障时的暂态信号，时频局部性分析表明，与无故障线相比，故障线的模量最大。
        2小电流接地选线流程设计
        对SCADA系统的零序电流进行比较选线的方法是以稳态的零序电流为分析对象，对幅值进行比较或变幅的，各线路的零序电流数据可通过变电站现有的各种监测设备，采集相关数据，而各级调度机构现有的调度数据是由SCADA系统获得的。
        零序电流数据传输方式与变电站电压、电流等监测数据在控制中心传输方式相同，无需增设专用数据采集装置。每行10千伏安的零序电流显示在单页上，方便了调压器比较零序电流的幅度和变化。各线路的接地电容电流必须经过故障点，故障线路的零序电流是故障线路对地电容电流的总和。见公式(1)。
                                          （1）
        公式（1）中，表示故障线路电流；零序电流。可见，故障线路的零序电流比正常线路的零序电流大。
        随着故障线路零序电流幅值的增大，故障线零序电流幅值也随之增大。所以在实际的选择操作中，为更好地体现故障线路零序电流变化的特点，在选线过程中，可以将零序电流幅度最大的线路断开。
        以小电流接地系统单相接地故障的特征量作为故障选线的输入节点，以序贯电流的幅度作为故障选线模型输入变量，可以表示为Xk(k=1,2,3)，选择三种故障状态作为模型的输出，单相接地的线路1，线路2，单相接地线路3。通过 Matlab Simulink仿真模型分析输出层，在理想不受环境干扰情况下，对训练和测试样本进行选择，输入节点的数量是3，短路接地系统单相故障选线模式输出层设计如表1所示。
                                     表1输出层设计

        表1中，0表示线路中无故障出现，1表示线路中有故障出现。当3个节点输出结果都为0时，线路为正常线路；当输出节点1为1，其余两个都为0时，线路1为故障线路；当输出节点2为0，其余两个都为1时，线路2为故障线路；当输出节点3为1，其余两个都为0时，线路3为故障线路。
        通过上述分析可知，设计基于SCADA的小电流接地选线流程，如图1所示。

        图1基于SCADA的小电流接地选线流程
        由图1可知，在单相接地故障中，应首先切断零序电流最大的线路。零序电流幅值变化最大的地方，突然消失在接地线路中，则是故障线路；相反，零序电流幅值变化最大的地方，则不是接地线路，则是正常线路。需要特别注意的是，如果选定线路后，各线路的零序电流保持不变，则可判定母线为单相接地故障，即故障线路。基于SCADA技术，为小电流接地线路制定了相应的标准：当电网单相接地电压为3~6kV时，电网的电流应小于30A。当电力系统中的发电机运行发生故障时且电网单相接地电压为6~l0kV时，电流应该小于5A。
        3结束语
        针对传统方法存在的问题，提出了基于SCADA的小电流接地选线方法。按行数取零序电流幅值与零序电流幅值变化来选择线路，其基本结论是：
        （1）对中性点不接地系统，选择零序电流幅度最大的线路作故障线路；对中性点通过消弧线圈接地的系统，选择零序电流幅度最大的线路作故障线路，在零序电流幅度发生变化时作故障线路。
        （2）稳态零序电流比较选线法是一种仅与零序电流幅度、幅度变化的相对大小有关，与零序电流绝对大小无关的故障线路定性识别方法。
        针对所提出的路径选择方法，有以下几个问题有待研究；利用Matlab软件建立了选线研究模型，得到了较理想的仿真条件，真实情况下，实验不会受到外界条件的干扰，所以选线方法需要大量的实际操作来验证其准确性。
        参考文献
        [1]朱涛.基于SCADA系统的小电流接地故障选线方法研究[J].电力系统保护与控制,2019,47(13):141-147.
        [2]王建元,张峥.基于注入信号与小波能量的小电流接地故障选线研究[J].电测与仪表,2018,55(05):28-32.
        [3]程启明,高杰,王晓卫,等.基于优化双稳态去噪的小电流接地系统故障选线方法[J].高电压技术,2018,44(11):3483-3492.
        [4]韦莉珊,贾文超,焦彦军.基于导纳不对称原理的小电流接地系统选线方案[J].电力自动化设备,2020,40(03):162-167.
        作者简介
        李巧媛（1987.07.25）；女；黑龙江省；汉；本科；中级工程师；职务：监控班班员；研究方向：自动电压控制。