我國(guó)6～35kV企業(yè)供電網(wǎng)中性點(diǎn)接地方式普遍采用非有效接地方式，其單相接地故障占總故障的80%以上，且大多數(shù)相間短路故障都是由單相接地故障發(fā)展而來(lái)，因此企業(yè)供電網(wǎng)單相接地故障處理具有重要意義。

針對(duì)企業(yè)供電網(wǎng)發(fā)生單相接地故障時(shí)的相關(guān)特性，國(guó)內(nèi)外已對(duì)擾動(dòng)法選線有非常深入的研究，且有較多的研究成果，但這些方法適用于供電網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)固定的系統(tǒng)，很難對(duì)下級(jí)開(kāi)關(guān)站供電不固定倒負(fù)荷的系統(tǒng)進(jìn)行選線。

因此，本文提出一種適用于多級(jí)開(kāi)關(guān)站頻繁變換供電方式結(jié)構(gòu)的企業(yè)供電網(wǎng)系統(tǒng)選線方案；基于一次側(cè)擾動(dòng)法選線原理，在系統(tǒng)母線上裝設(shè)脈沖電流選線柜，用于系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時(shí)發(fā)出選線脈沖電流；在各級(jí)出線開(kāi)關(guān)柜上安裝脈沖電流信號(hào)采集器，將電流模擬量轉(zhuǎn)化成數(shù)字量通過(guò)CAN總線通信方式傳給選線后臺(tái)服務(wù)器，選線后臺(tái)服務(wù)器通過(guò)比對(duì)各支路零序電流信號(hào)選出故障線路。采用分布式方案解決企業(yè)用戶供電網(wǎng)架構(gòu)復(fù)雜情況下的分級(jí)選線。

1 企業(yè)供電網(wǎng)多級(jí)開(kāi)關(guān)站結(jié)構(gòu)選線簡(jiǎn)介

1.1 企業(yè)供電網(wǎng)多級(jí)開(kāi)關(guān)站結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介

隨著供電網(wǎng)的發(fā)展，供電可靠性要求也越來(lái)越高；特別是企業(yè)供電網(wǎng)，為了安全生產(chǎn)，很多負(fù)荷是不允許停電的，因此大型企業(yè)內(nèi)的電網(wǎng)為了供電靈活可靠，變得越來(lái)越復(fù)雜多變，特別是鋼鐵、化工、煤礦等重工業(yè)。

圖1所示為簡(jiǎn)單的三級(jí)開(kāi)關(guān)站一次系統(tǒng)示意圖，系統(tǒng)中有兩個(gè)主變，變電站側(cè)有兩個(gè)母段，一級(jí)開(kāi)關(guān)站有三個(gè)母段，二級(jí)開(kāi)關(guān)站有兩個(gè)母段，三級(jí)開(kāi)關(guān)站有一個(gè)母段；正常運(yùn)行時(shí)每級(jí)開(kāi)關(guān)站電源來(lái)源于上級(jí)站。由于各母段之間聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)較多，且成環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)，并列運(yùn)行的方式也有多種途徑，所以運(yùn)行方式靈活多變，各級(jí)開(kāi)關(guān)室供電可靠性較高。

圖1 配電網(wǎng)多級(jí)開(kāi)關(guān)站系統(tǒng)圖

1.2 企業(yè)供電網(wǎng)多級(jí)開(kāi)關(guān)站結(jié)構(gòu)擾動(dòng)法選線困難

以圖1多級(jí)開(kāi)關(guān)站系統(tǒng)正常的運(yùn)行方式為例，一二母段獨(dú)立運(yùn)行，1、3、6、8屬于1#主變系統(tǒng)，2、4、5、7屬于2#主變系統(tǒng)。如果只有變電站側(cè)裝有選線裝置，1#主變系統(tǒng)下級(jí)任何一條出線發(fā)生單相接地故障，在準(zhǔn)確選線情況下接地告警都是101#支路，而要找出具體故障出線則需要逐一拉閘尋找；故障支路的尋找非常麻煩，影響下級(jí)系統(tǒng)的供電可靠性，且增加了系統(tǒng)帶單相接地故障運(yùn)行時(shí)間，增加了事故擴(kuò)大的風(fēng)險(xiǎn)。

如果每個(gè)開(kāi)關(guān)站都裝有選線裝置，任何一條出線發(fā)生單相接地故障，同一個(gè)系統(tǒng)里的每個(gè)開(kāi)關(guān)站設(shè)備都會(huì)報(bào)警，而要找出具體故障出線則需要人工判斷多個(gè)選線設(shè)置選線的正確性，企業(yè)供電網(wǎng)中多級(jí)開(kāi)關(guān)站系統(tǒng)，下級(jí)開(kāi)關(guān)站越多，各母段之間聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)越多，運(yùn)行方式越靈活，供電可靠性相應(yīng)也就越高。

但是發(fā)生單相接地故障時(shí)，基于擾動(dòng)法的選線技術(shù)，想找出故障支路也就越難。由于多級(jí)開(kāi)關(guān)站系統(tǒng)運(yùn)行方式的復(fù)雜多變，普通的擾動(dòng)法選線方式適用于變電站母段出線進(jìn)行選線，想對(duì)下級(jí)開(kāi)關(guān)站出線時(shí)常轉(zhuǎn)供電的架構(gòu)進(jìn)行選線非常困難。

2 基于擾動(dòng)法分布式選線

2.1 分布式選線架構(gòu)

擾動(dòng)法分布式選線系統(tǒng)由脈沖電流選線柜、分布到各級(jí)開(kāi)關(guān)站的脈沖電流采集器、選線后臺(tái)三部分組成。一個(gè)配電系統(tǒng)配置一臺(tái)脈沖電流選線柜，脈沖電流選線柜可在系統(tǒng)的任何一級(jí)開(kāi)關(guān)站接入系統(tǒng)；每個(gè)參加選線的出線配置一個(gè)脈沖電流采集器；整個(gè)配電系統(tǒng)一個(gè)選線后臺(tái)。

基于擾動(dòng)法分布式選線系統(tǒng)架構(gòu)圖如圖2所示。

圖1所示多級(jí)開(kāi)關(guān)站系統(tǒng)加入分布式選線系統(tǒng)后架構(gòu)如圖2所示，配置兩臺(tái)脈沖電流選線柜，多個(gè)脈沖電流采集器（系統(tǒng)出線數(shù)量決定），及一套后臺(tái)選線管理后臺(tái)。

2.2 基于擾動(dòng)法分布式選線原理

脈沖電流選線柜由控制器、熔絲、帶零序阻抗的接地變壓器、晶閘管及觸發(fā)裝置等主要部件組成。主要作用為實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)母線電壓的變化，當(dāng)檢測(cè)到系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，觸發(fā)晶閘管短時(shí)導(dǎo)通，同時(shí)發(fā)出同步信號(hào)告知分布在支路上的脈沖電流采集器，產(chǎn)生幅值大小、方向、時(shí)間窗口可控的10ms半波脈沖電流。

電流采集器檢測(cè)到系統(tǒng)零序電壓發(fā)生突變，且接收到脈選柜控制器發(fā)出的同步信號(hào)時(shí)，檢測(cè)此時(shí)刻各支路零序電流突變量，將各支路零序電流模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號(hào)傳給選線后臺(tái)。

選線后臺(tái)接收到電流采集器上傳的信號(hào)后，通過(guò)識(shí)別和比對(duì)選出一條或者多條故障支路，并通過(guò)聲光報(bào)警告知運(yùn)行監(jiān)控人員。

圖2 分布式選線系統(tǒng)架構(gòu)圖

3? 工業(yè)配電網(wǎng)分布式選線典型應(yīng)用

3.1 某化工廠局部供電系統(tǒng)簡(jiǎn)介

該化工廠供電系統(tǒng)有3臺(tái)主變，3臺(tái)主變?yōu)閮芍饕粋?，變電?0kV 3個(gè)母段，下級(jí)有12個(gè)開(kāi)關(guān)站，其中一級(jí)開(kāi)關(guān)站4個(gè)，二級(jí)開(kāi)關(guān)站6個(gè)，三級(jí)開(kāi)關(guān)站2個(gè)；各母段及各個(gè)開(kāi)關(guān)站之間均有聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)，一級(jí)開(kāi)關(guān)站中還配有多臺(tái)發(fā)電機(jī)，供電方式非常靈活多變，供電可靠性高。

3.2 分布式選線技術(shù)在某化工廠應(yīng)用

由于該化工廠供電系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，3臺(tái)主變是兩主一備，下面全部為開(kāi)關(guān)站，所以正常運(yùn)行時(shí)實(shí)際是兩套系統(tǒng)獨(dú)立運(yùn)行，因此該化工廠供電系統(tǒng)加入分布式選線后的簡(jiǎn)易架構(gòu)圖如圖3所示。

圖3 分布式選線系統(tǒng)典型應(yīng)用系統(tǒng)圖

在變電站10kVⅠ段和Ⅲ段母線上各安裝一臺(tái)脈沖電流選線柜，在各級(jí)配電室需要選線的出線柜上安裝脈沖電流采集器。接入該分布式選線系統(tǒng)的配電室有變電站Ⅰ段Ⅱ段Ⅲ段、開(kāi)關(guān)站Ⅰ段Ⅱ段、廠用Ⅰ段Ⅱ段、廠用Ⅲ段Ⅳ段、廠用Ⅴ段、4#發(fā)電機(jī)小室、5#發(fā)電機(jī)小室、6#爐脫硫，共8個(gè)配電室（圖3中用11段—32段表示）；參加選線的出線共有145條。

各配電室內(nèi)的采集器用屏蔽雙絞線通過(guò)CAN總線的通信方式手拉手連接在一起，然后通過(guò)CAN轉(zhuǎn)光設(shè)備用光纖連接至后臺(tái)選線管理機(jī)。分布式選線在該化工廠的應(yīng)用設(shè)備有兩臺(tái)脈選柜，145個(gè)脈沖電流采集器，1套后臺(tái)選線系統(tǒng)；此套分布式選線系統(tǒng)可以對(duì)該廠的8個(gè)10kV配電室共145條出線系統(tǒng)進(jìn)行準(zhǔn)確分級(jí)選線，且不受各母段、各級(jí)配電室之間運(yùn)行方式變化的影響。

4 結(jié)論

1）企業(yè)供電網(wǎng)多級(jí)開(kāi)關(guān)站結(jié)構(gòu)系統(tǒng)單相接地故障選線困難，普通的小電流接地選線方法無(wú)法實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確選線和分級(jí)選線。

2）基于擾動(dòng)法分布式選線技術(shù)采用脈沖電流擾動(dòng)法，全系統(tǒng)分布式采集，采集數(shù)據(jù)統(tǒng)一上傳至后臺(tái)選線系統(tǒng)統(tǒng)一處理，集中選線。

3）基于擾動(dòng)法分布式選線方案能較好地解決多級(jí)開(kāi)關(guān)站結(jié)構(gòu)配電站單相接地故障選線難題，實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確選線和分級(jí)選線，在企業(yè)用戶應(yīng)用得到非常理想的效果。