程诚 王晶莹
内蒙古东部电力有限公司赤峰供电公司 内蒙古 024000
摘要：配电网单相接地故障传统判相方法需要考虑相序和电压大小来判别故障相，但高阻接地故障时相角测量较为困难，因此故障相判断难度很大。通过分析小电流接地系统发生单相接地故障时各相电压以及中性点电压随故障电阻变化的关系，提出单相接地故障时仅根据中性点电压大小以及相电压大小直接判断故障相的简化方法。最后通过PSCAD/EMTDC搭建仿真模型，仿真表明所提判相方法能在不同故障电阻的情况下准确判别出故障相。
关键词：继电保护；配电自动化；配电网故障
中图分类号：TM721文献标识码：A
引言
城市电网负荷逐渐加大，为满足这一需求，变电站的数量也在持续增长，导致单相接地故障发生较为频繁，部分地区甚至长期处于电压不稳定的状态下。为了从根本上提升电网运行稳定性，相关技术人员应联系电网建设实际条件，准确定位故障类型，选择应用科学合理的选线技术，以最大限度地降低配电网故障风险。
1继电保护与配电自动化配合的配电网单相接地故障特性
1.1继电保护与配电自动化配合的配电网结构
国内大型城市10kV配电网属于小电流接地系统，变压器中性点不接地、经消弧线圈接地或经电阻接地。为了简化分析，本文所研究的系统中10kV交流配电网均为中性点不接地系统，110/10kV变压器选择Y/Δ接线方式；10/0.4kV变压器选择Δ/Yn接线方式，使用Δ接线的恒阻抗负荷模型代替低压配电网。继电保护与配电自动化配合的配电网的一种可能的简化拓扑结构，一条±10kV的直流母线上引出多条出线与交流、直流系统相连。不同于交流配电网中性点接地方式，]从交流侧和直流侧两个方面研究了换流器和直流配电网的接地方式。换流器交流侧接地根据换流变压器的接线方式可以分为两种：Δ/Yn接线的换流变压器等效为换流器交流侧有接地点，Yn/Δ接线的换流变压器等效为换流器交流侧无接地点。换流器交流侧无接地点的情况下，瞬时性的故障发生在系统交流线路时，会导致交流侧三相电压在故障后出现直流偏移的现象。对于无换流变压器继电保护与配电自动化配合的配电网，交流侧无接地点。为了避免直流偏移现象的出现，提出了一种交流侧星型电抗+中性点电阻接地的方式，在不改变10kV配电网小电流接地系统特性的同时提供了零电位参考点。
1.2故障距离估计
配电网直接的故障精确测距较困难，本文采用间接估计法。当与正方向相反时，增大估计故障距离，反之，减小估计故障距离。为了快速估计故障距离，采用二分法，每次估计距离为故障范围的一半，并按故障电流与故障相电压间的相位关系，调整估计范围，当故障电流与故障相电压相位关系与正方向相量相同时，可将估计范围上界调整为当前估计范围的一半；反之，将下界调整到当前估计范围的一半。根据故障电流量测值判断故障距离估计值的准确性，流程如图4，其中，0I为故障馈线零序电流，?为设定值，本文设定为1A（故障电流小于3A）。需注意的是，这里的估计故障距离不是为了故障准确定位，不要求估计距离的精确度。
2继电保护与配电自动化配合的配电网故障
2.1电源/负荷角色模糊
为了滤波和建立稳定的输出电压，电源/负荷节点的电力电子设备在直流输出端口往往会配置电容。在故障发生瞬间，各节点的端口电容与故障点之间会形成放电回路，迅速向故障点释放能量，产生极大的冲击性暂态电流。不同于交流配电系统只有电源节点会向故障点提供短路电流，直流配电系统发生故障后，配置电力电子设备的电源和负荷节点均会因端口电容放电向故障点提供极大的冲击性电流，其为保护单元对故障区域以及故障类型的判别带来困难[5]。
2.2配电网运行方式和节点状态的不确定
电力电子设备具备较高的可控性，可根据直流配电网功率、电压等性能指标，对电源、负荷、储能等节点的能量流向进行实时调节［19-20］。高可控的电力电子设备在实现直流配电网内能源合理分配的同时，也导致了故障时刻各节点运行状态的不可预测。同时，随着新能源的大量接入，独立的微网系统逐渐增多，未来直流配电网可根据电源节点的状态，支持并网运行、离网运行、多电源合环运行、多电源分列运行等多种运行方式的自适应切换［21-22］。运行方式的灵活切换虽然可以一定程度上增强直流配电网的韧性，但是也会导致故障时刻直流配电网运行方式的不可预知。直流配电网运行方式以及各节点运行状态的高度不确定，造成直流配电网内电流的潮流方向随机性强，为保护方案的设计以及故障的判断和定位制造了难题[4]。
3继电保护与配电自动化配合的配电网故障处理
3.1分段线性化方法
式(14)、(18)为二次约束，本文利用分段线性化方法对这2个约束进行线性近似。以水泵耗电约束式(18)为例进行说明，分段线性近似方法如图2所示［10］。Wij=∑Kk=1wkijλkij(26)P－ij，pump=∑Kk=1Pij，pump(wkij)λkij(27)∑K－1k=1θkij=1(28)∑K－1k=1λkij=1(29)λkij≤θk－1ij+θkij(30)λ1ij≤θ1ij(31)λkij≤θk－1ij(32)0≤λ1ij≤1(33)使用K个采样坐标(断点)w1ij，w2ij，．．．，wKij，将Wij轴分为K－1段，如图2所示。每一个断点都与一个连续变量λkij相关联，每一个区间［wkij，wk+1ij］都与一个0－1变量θkij相关联。若θkij所对应区间为目标区间，则θkij=1，否则θkij=0。区间［wkij，wk+1ij］中任意一点都可通过λkij表示为区间端点的线性组合[3]。
3.2信号输入法
配电系统出现故障时，传感器（空闲）电压输出为0，以这一特性为基础，很容易得出信号的流动方向即为故障线方向，在途径大地接触点后即可返回，从而准确定位故障位置[1]。为尽量消除信号的干扰作用，应选择科学频率完成信号传输任务，建议在初期选择具有便携优势的装置帮助探测信号。自动化电路可以应用在信号的集中处理环节，并需要以传感器装置作为信号的传输出入口[2]。
结束语
高压开关柜运行过程中电流较高，很容易出现过热、闪络等故障，对绝缘性能要求非常高。设计时应按照标准要求合理设置电气间距、元器件间距、母排连接方式等;安装中应选择强绝缘型电流互感器、套管、触头盒等装置，做好安装检测，合格后方可投入使用;日常运维中应从防潮、防异物、老化处理等出发，做好绝缘危害处理，形成安全、稳定、高效的工作环境，全面改善高压开关柜的运行效益[1]。
参考文献：
[1]刘永生,陈俊,李娟,侯炜,郦君婷,徐青山.基于电流暂态量的分布式直流配电网保护方案[J].电力系统自动化,2021,45(05):159-167.
[2]李强,李玮,贺思林,吴开宇,王丹,毛承雄.继电保护与配电自动化配合的配电网故障隔离策略[J/OL]
[3]李晖,张文海,陈坤燚,汪颖,肖先勇.计及故障距离的配电网单相接地有源消弧法[J/OL].
[4]李穆寅,曹志远,李佳旭,马佳骏,许寅,刘家妤,张琪祁.继电保护-配电自动化配合的配电网故障恢复优化决策方法[J].电力建设,2021,42(03):54-60.
[5]洪书文,李悦,周威,潘子仁,毛兴华.配电网经消弧接地系统不对称度对高阻接地故障选线影响研究[J].电瓷避雷器,2021(01):103-110.