李敏超 翟博涵
内蒙古东部电力有限公司赤峰供电公司 内蒙古 024000
摘要：作为供电系统中的重要部分，电力配电网的重要性毋庸置疑。从实际情况来看单相接地故障是配电网建设与使用过程中经常出现的问题，要求专业人员提高对选线环节的重视，选择应用多种科学的选线方法以从根本上降低单相接地故障的发生风险。本文阐述了常见的几种故障选线方法，并就每一种线型的特性进行了分析。
关键词：电力系统；配电网
中图分类号：TM727.2+1文献标识码：A
引言
我国中压配电网大多采用小电流接地方式，即中性点不接地和经消弧线圈接地[1-3]。在小电流接地系统中，当发生单相接地故障时，故障相电压降低，非故障相电压升高，但线电压仍保持对称，规程规定可以继续运行1~2h。但如果不能及时发现故障、切除故障馈线，则会引起绝缘薄弱处击穿，引发更严重的安全事故。因此，许多学者通过分析单相接地故障特征，提出许多单相接地故障选线方法，以避免人工拉线。但是在中性点经消弧线圈接地的系统中，零序电流等故障选线特征量非常小，导致故障选线的正确率较低。为改善这种情况，有学者提出一种快速开关型消除弧光接地故障的方法，即采用快速开关将单相弧光接地故障转换成母线处单相金属性接地故障。准确、快速地确定故障相尤为重要。
1解析电力系统中配电网的故障特性
1.1交流配电网故障特性
若单相接地故障发生在图1中线路3起点，C相为故障相，由于小电流接地系统的特性，故障相电压变为0，非故障相电压变为故障前√3倍。为了简化分析，假设换流器2交流侧PCC点（PCC2点）电压与故障点电压相同，对于小电流接地系统，单相接地故障发生后，系统故障电流远小于负荷电流，因此PCC2点的线电流及相电流保持不变。此外，单相接地故障不影响功率交换，因此换流器外环控制器输入和输出参数保持不变。结合式（8），可知换流器2内环控制器的输入参数不变，因此换流器2的三相电压参考波保持不变。如果采用线电压作为控制器输入，单相接地故障前后线电压不变，变换到dq0坐标系下，控制参数故障前后保持一致，但忽视了零序电压分量，故障特性与相电压作为控制器输入时保持一致。
1.2负荷阻抗测量
中性点非有效接地配电网单相接地时，负荷不受影响，可继续运行2小时，因此，通过测量非故障相电气量可计算负荷阻抗。
2低压直流配电网故障特征
2.1故障电流持续时间短
直流配电网内几乎任一电源以及负荷节点，均配置用于能量变换和调节的电力电子设备，电力电子设备通常会采用可控器件如绝缘栅双极型晶体管（IGBT）。在现有技术条件下，可控器件设计的耐流能力一般为额定电流的1.5~2倍。然而直流系统发生如极间短路等严重故障时，故障电流可快速达到额定电流的5倍以上。电力电子设备为了防止可控器件的损坏，检测到超过耐流能力的故障电流后，在百微秒完成可控器件的脉冲封锁。虽然可控器件在故障后快速完成关断，但是可控器件上的续流二极管不具备关断能力，使得电源节点依然可以通过续流二极管的不控整流向故障点持续馈入电流［16］。为此，电力电子设备与低压直流配电网之间通常会配置隔断设备如固态断路器、故障限流器等，在数毫秒完成故障电流的自清除。可控器件的快速关断以及隔断设备对故障电流的快速自清除，使得故障电流持续时间极短，其对保护单元的故障判断以及故障区域的正确识别提出了挑战[5]。
2.2断路器开断时间长
目前，市面上主要有3种类型直流断路器用于直流供电系统故障的切断和隔离，分别是纯机械断路器、固态断路器以及混合断路器［18］。附录A表A1为3种直流断路器的技术参数对比。综合考虑成本、安装、运维以及应用推广等因素，低压直流配电网的直流断路器目前普遍采用纯机械断路器。
这使得在现有技术条件下，面对可控器件百微秒的脉冲闭锁以及隔断设备对故障电流的快速自清除，纯机械断路器无法在电源退出前完成故障电流的切除。
3解析电力系统中配电网的安全运行技术
3.1配电网单点故障验证
假设区段发生单点短路故障，节点将故障信息上传到控制中心，根据基于的故障定位方法对故障区段定位，并将定位结果显示。控制中心可以根据故障定位安排人员检修。针对图1的配电网拓扑结构进行故障区段定位仿真。仿真设置两组不同区段的的故障，并且每组故障都外加一组存在信息畸变。一组存在一个信息畸变，另一组存在两个信息畸变。仿真得到的单点故障定位的结果如表1所示。由表1中的故障情况可知，当配电网发生单点故障时，均可的道最优解，且最优解中的定位结果与仿真配电网设置的故障区段一致。当少量检测设备或系统通信发生故障，致使故障信息发生畸变时(如故障序列2和4)，本算法仍可以准确求解，具有一定的容错性。但是，信息畸变越严重，适应度值越高。对于含DG的配电网发生单点故障的情况下，可以有效定位故障区段[4]。
3.2大M法
式(15)为含有条件判断的约束，式(19)是一个整数变量与一个连续变量的乘积，均可以利用大M法将这些约束等效转化为线性约束。－M(1－γk)－(a1Wij+a0)≤Δhij≤M(1－γk)+(a1Wij+a0)，ij∈εpumpw，k∈P(22)Wij≤γkM，ij∈εpumpw，k∈P(23)－γkPmaxk，pump≤Re(sk)≤0，k∈P(24)0≤Re(sk)+Pk，pump≤(1－γk)Pmaxk，pump，k∈P(25)式中:M为一个非常大的正整数;Pmaxk，pump为水泵的额定功率。式(22)—(23)为式(15)等效的一组线性约束，当γk=1时，水泵被恢复，水泵末端节点水头得到提升;当γk=0时，水泵未被恢复，没有水流流过水泵。式(24)—(25)为与式(19)等效的一组线性约束，当γk=1时，水泵被恢复，水泵节点注入功率不会超过水泵额定功率;当γk=0时，水泵未被恢复，水泵节点的注入功率为0[3]。
3.3增量残留法
以手动谐振接地系统为例，如今其接地方式已经被弧圈接地方式代替，尤其是在处理部分接地故障时该方式能够发挥出更为优异的应用效果，在信号补充值的帮助下能够轻松地掌握电流变化情况[2]。一旦超出设定值，可采取线圈补偿的方式将电流值改变。金属接地故障出现后也能够根据具体的故障表现逐渐显现出来。但由于不同电路有不同的故障表现形式，应从故障的最大变化角度思考解决故障的方式[2]。
结束语
所开展的工作，均是以配电网辐射状运行为基础，即所提单/双协同模式下故障排查巡线规划理论模型均是依赖于配电网自身呈辐射状供电运行方式的特点。而实际输电线路也存在着巡线巡检的排查效率问题，且其采用不同于低压配电网的网状运行方式。此外，输电线路巡线巡检也面临着分布点广、地形复杂和冰灾、水灾等自然灾害等诸多困难，依赖于人工排查的传统方式，存在着成本高、困难大、风险大等问题。而目前电力无人机电力巡线将为此提供一种高效替代方案，因此后续将无人机巡线方案的设计作为研究重点，以期为其高效排查提供导向指引[1]。
参考文献：
[1]苏学能,张华,龙呈,高艺文,李世龙.单/双协同模式下配电网故障排查的最优巡线规划[J].四川电力技术,2021,44(01):47-52.
[2]刘怀远.电力配电网安全运行技术的发展[J].电工材料,2021(01):77-78.
[3]李彦彦.基于的有源配电网故障定位[J].电气开关,2021,59(01):65-68+90.
[4]叶远波,蔡翔,谢民,徐波,魏立新.配电网单相接地故障快速选相方法研究[J].电力系统保护与控制,2021,49(03):96-103.
[5]汪剑波,李志超,程序,杨宏伟,钱叶牛.含分布式电源的配电网故障快速识别及RTDS仿真[J].微型电脑应用,2021,37(01):96-98.