我國6～35kV企業(yè)供電網(wǎng)中性點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，因此企業(yè)供電網(wǎng)單相接地故障處理具有重要意義。

針對企業(yè)供電網(wǎng)發(fā)生單相接地故障時的相關(guān)特性，國內(nèi)外已對擾動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)，很難對下級開關(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開關(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)生單相接地故障時發(fā)出選線脈沖電流；在各級出線開關(guān)柜上安裝脈沖電流信號采集器，將電流模擬量轉(zhuǎn)化成數(shù)字量通過CAN總線通信方式傳給選線后臺服務(wù)器，選線后臺服務(wù)器通過比對各支路零序電流信號選出故障線路。采用分布式方案解決企業(yè)用戶供電網(wǎng)架構(gòu)復(fù)雜情況下的分級選線。

1 企業(yè)供電網(wǎng)多級開關(guān)站結(jié)構(gòu)選線簡介

1.1 企業(yè)供電網(wǎng)多級開關(guān)站結(jié)構(gòu)簡介

隨著供電網(wǎng)的發(fā)展，供電可靠性要求也越來越高；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所示為簡單的三級開關(guān)站一次系統(tǒng)示意圖，系統(tǒng)中有兩個主變，變電站側(cè)有兩個母段，一級開關(guān)站有三個母段，二級開關(guān)站有兩個母段，三級開關(guān)站有一個母段；正常運(yùn)行時每級開關(guān)站電源來源于上級站。由于各母段之間聯(lián)絡(luò)開關(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，各級開關(guān)室供電可靠性較高。

圖1 配電網(wǎng)多級開關(guān)站系統(tǒng)圖

1.2 企業(yè)供電網(wǎng)多級開關(guān)站結(jié)構(gòu)擾動法選線困難

以圖1多級開關(guān)站系統(tǒng)正常的運(yùn)行方式為例，一二母段獨立運(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)行時間，增加了事故擴(kuò)大的風(fēng)險。

如果每個開關(guān)站都裝有選線裝置，任何一條出線發(fā)生單相接地故障，同一個系統(tǒng)里的每個開關(guān)站設(shè)備都會報警，而要找出具體故障出線則需要人工判斷多個選線設(shè)置選線的正確性，企業(yè)供電網(wǎng)中多級開關(guān)站系統(tǒng)，下級開關(guān)站越多，各母段之間聯(lián)絡(luò)開關(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，基于擾動法的選線技術(shù)，想找出故障支路也就越難。由于多級開關(guān)站系統(tǒng)運(yùn)行方式的復(fù)雜多變，普通的擾動法選線方式適用于變電站母段出線進(jìn)行選線，想對下級開關(guān)站出線時常轉(zhuǎn)供電的架構(gòu)進(jìn)行選線非常困難。

2 基于擾動法分布式選線

2.1 分布式選線架構(gòu)

擾動法分布式選線系統(tǒng)由脈沖電流選線柜、分布到各級開關(guān)站的脈沖電流采集器、選線后臺三部分組成。一個配電系統(tǒng)配置一臺脈沖電流選線柜，脈沖電流選線柜可在系統(tǒng)的任何一級開關(guān)站接入系統(tǒng)；每個參加選線的出線配置一個脈沖電流采集器；整個配電系統(tǒng)一個選線后臺。

基于擾動法分布式選線系統(tǒng)架構(gòu)圖如圖2所示。

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

2.2 基于擾動法分布式選線原理

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。主要作用為實時監(jiān)測系統(tǒng)母線電壓的變化，當(dāng)檢測到系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時，觸發(fā)晶閘管短時導(dǎo)通，同時發(fā)出同步信號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、時間窗口可控的10ms半波脈沖電流。

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

選線后臺接收到電流采集器上傳的信號后，通過識別和比對選出一條或者多條故障支路，并通過聲光報警告知運(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)簡介

該化工廠供電系統(tǒng)有3臺主變，3臺主變?yōu)閮芍饕粋洌冸娬?0kV 3個母段，下級有12個開關(guān)站，其中一級開關(guān)站4個，二級開關(guān)站6個，三級開關(guān)站2個；各母段及各個開關(guān)站之間均有聯(lián)絡(luò)開關(guān)，一級開關(guān)站中還配有多臺發(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，3臺主變是兩主一備，下面全部為開關(guān)站，所以正常運(yùn)行時實際是兩套系統(tǒng)獨立運(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脈沖電流選線柜，在各級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CAN總線的通信方式手拉手連接在一起，然后通過CAN轉(zhuǎn)光設(shè)備用光纖連接至后臺選線管理機(jī)。分布式選線在該化工廠的應(yīng)用設(shè)備有兩臺脈選柜，145個脈沖電流采集器，1套后臺選線系統(tǒng)；此套分布式選線系統(tǒng)可以對該廠的8個10kV配電室共145條出線系統(tǒng)進(jìn)行準(zhǔn)確分級選線，且不受各母段、各級配電室之間運(yùn)行方式變化的影響。

4 結(jié)論

1）企業(yè)供電網(wǎng)多級開關(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法實現(xiàn)準(zhǔn)確選線和分級選線。

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

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