智能環(huán)網(wǎng)柜對各種網(wǎng)絡故障的判斷

一、配電網(wǎng)故障檢測

1、智能環(huán)網(wǎng)柜技術提高配電網(wǎng)供電可靠性

利用先進的智能環(huán)網(wǎng)柜技術就能夠進行不間斷地對配網(wǎng)系統(tǒng)運行狀態(tài)監(jiān)測。配電網(wǎng)目前大部分還是中性點不接地系統(tǒng)，只有部分是高阻接地合小電阻接地。所以重點還是優(yōu)先解決中性點不接地系統(tǒng)發(fā)生的單相接地小電流故障的檢測方法。

2、智能環(huán)網(wǎng)柜對各種網(wǎng)絡故障的判斷

（1）、相間短路故障

（2）、接地故障

（3）、小電流單相接地故障（SEF）

（4）、瞬時浪涌沖擊

系統(tǒng)發(fā)生浪涌過電壓故障主要是弧光接地過電壓，空載線路的合閘過電壓，電容器分閘時的開斷電容負載過電壓，空載變壓器、電抗器和電動機分閘時的開斷電感負載過電壓等形成的浪涌對自動化設備有很大影響。

3、故障隔離、轉供電與網(wǎng)絡重構

配電網(wǎng)絡重構就是通過改變分段開關、聯(lián)絡開關的分合狀態(tài)，從而改變了網(wǎng)絡的拓撲結構和用戶的供電路徑。在發(fā)生線路故障后就是依據(jù)電子線路圖操作，隔離故障節(jié)點實現(xiàn)快速轉供電。配網(wǎng)拓撲重構既隔離了故障同時優(yōu)化了線路結構、降低網(wǎng)絡電損、消除系統(tǒng)部分電流過載、平衡了網(wǎng)絡負荷、提高電壓質量等。

二、故障檢測技術研發(fā)

1、配電網(wǎng)的故障很大程度是由于線路單相接地時電容過大而無法自行息弧引起的。因此，我國的電力規(guī)程規(guī)定當10kV和35kV系統(tǒng)電容電流分別大于30A和10A時，應裝設消弧線圈以補償電容電流，這就要求對配網(wǎng)的電容電流進行測量。必須準確測量配電網(wǎng)的對地電容值。這種方法精度低不能夠在早期就發(fā)現(xiàn)單相接地故障。

傳統(tǒng)的測量方法還要接觸到一次設備，因而存在試驗危險、操作過程繁雜，實時性差工作效率低。

2、小電流系統(tǒng)單相接地故障大多是間歇性或瞬時性弧光接地，在變電站側就難以準確判斷，特別是故障零序電流保護值的整定難度加大。長期以來，我國配電網(wǎng)在不同的程度上存在消弧與消諧裝置運行不正常、接地選線與定位裝置檢測精度不高。在電源端安裝接地檢測裝置經(jīng)常出現(xiàn)誤報和漏報現(xiàn)象。

3、在發(fā)生單相接地報警后還需要現(xiàn)場巡線查找故障點。依靠配網(wǎng)自動化裝置的優(yōu)勢可以實現(xiàn)在節(jié)點上快速檢測單相接地故障。并且根據(jù)設定的保護程序控制一次開關動作切除故障點。

小電流系統(tǒng)單相接地故障大多是因為絕緣劣化或過電壓沖擊損傷引起，發(fā)生單相接地故障的間歇性或瞬時性弧光接地，受線路電容電流影響，故障點電流的變化很小甚至沒有變化，在變電站側就難以檢測到不能夠準確判斷，特別是故障零序電流保護值的整定難度加大，誤報漏報經(jīng)常發(fā)生。

4、國家電網(wǎng)與南方電網(wǎng)最近都在修訂配電網(wǎng)運行規(guī)程，要求快速就近隔離小電流接地配電網(wǎng)的永久性單相接地故障，以消除事故擴大的風險，進一步提高供電安全性與可靠性。

要求就近自動隔離小電流接地故障，積極推廣小電流接地故障自動跳閘技術。

5、部分大城市配電網(wǎng)線路多數(shù)采用地埋電纜，同時改成小電阻接地方式，方便了接地故障電流的檢測，但是放大了中性點接地電流對配網(wǎng)設備沖擊大，每次過電壓故障后都會破壞設備的絕緣層，造成大量設備提前報廢。

5、利用配網(wǎng)自動化終端設備加裝故障檢測裝置是有效方法。

6、智能DTU裝置連續(xù)3-10秒檢測到接地故障信息，即可直接認定是永久性故障發(fā)生。

7、中性點不接地系統(tǒng)單相接地故障檢測技術

我國配電網(wǎng)廣泛采用中性點不接地與消弧線圈接地（稱為小電流接地）方式，且允許帶接地點運行一段時間。這一做法有利于瞬時性接地故障電弧自行熄滅，減少跳閘率，提高供電可靠性；同時，也可以將接地電流控制在十幾個安培以內，抑制接地點地電位的升高，減少接觸電壓與跨步電壓觸電風險。然而，小電流接地配電網(wǎng)長期帶接地點運行，會引發(fā)不同線路之間相間短路故障、電纜溝著火，導致大面積停電；墜地導線、樹閃故障還可能導致人身觸電與火災事故。

8、小電阻接地系統(tǒng)的浪涌沖擊

雷電電磁脈沖電壓很高，是工頻電壓的幾十倍。浪涌經(jīng)中性點接地泄放電流引起線路電壓升高形成瞬時浪涌，在小電阻接地系統(tǒng)中對設備接地產(chǎn)生很大的電壓差，引起接地保護跳閘，造成設備絕緣層嚴重的損壞，甚至提前報廢設備。

三、 故障快速處置方案

配電網(wǎng)小電流接地系統(tǒng)接地故障快速處置技術方案

1、單相接地故障 - 系統(tǒng)接地

電力系統(tǒng)按變壓器中性點接地方式可分為大電流接地系統(tǒng)（包括直接接地，電抗接地和低阻接地）、小電流接地系統(tǒng)（包括高阻接地，消弧線圈接地和不接地）。

2、中性點不接地系統(tǒng)運行方式

我國3～66kV電力系統(tǒng)大多數(shù)采用中性點不接地或經(jīng)消弧線圈接地的運行方式，即為小電流接地系統(tǒng)。在小電流接地系統(tǒng)中，單相接地是一種常見的臨時性故障。發(fā)生單相接地后，故障相對地電壓降低，非故障兩相的相電壓升高，但線電壓卻依然對稱，因而不影響對用戶的連續(xù)供電，系統(tǒng)可運行1～2h，這也是小電流接地系統(tǒng)的最大優(yōu)點。

但是若發(fā)生單相接地故障時線路繼續(xù)運行，因非故障的兩相對地電壓升高，就要引起網(wǎng)絡的其它部分絕緣被擊穿，發(fā)展成為相間短路，使事故擴大，影響用戶的正常用電。同時弧光接地還會引起全系統(tǒng)過電壓，進而損壞設備，破壞系統(tǒng)安全運行。

因此，必須尋找到快速的檢測單相接地故障的處理方法，當發(fā)生單相接地故障時，能夠及時找到故障點予以切除。

3、單相接地故障檢測技術發(fā)展

我國配電系統(tǒng)的電源中性點一般是不直接接地的，所以當線路單相接地時流過故障點的電流實際是線路對地電容產(chǎn)生的電容電流。饋線的線路長度會給對地電容的影響很大，線路越長電容電流越大;線路短對地電容就小，電容電流很小情況下檢測裝置不易發(fā)現(xiàn)或者出現(xiàn)誤判。故障點與非故障線路二者的零序電流數(shù)值相差不大，保護裝置很難檢測和區(qū)分。如果把接地檢測裝置安裝在變壓器電源側，線路末端的零序電流大小很難反映上來。

中性點不接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時，由于饋線不構成供電回路，所以流過故障點的是由對地電容形成的容性電流，中性點零序電流數(shù)值很小，而整個系統(tǒng)的中性點對地電壓發(fā)生偏移（偏移程度取決于接地短路的程度，完全金屬性短路則中性點對地電壓上升為相電壓），而不接地相的對地電壓也會升高（金屬性短路升為線電壓），但是每相對中性點電壓以及相間的線電壓保持不變，所以整個系統(tǒng)可以維持運行，但由于對地的電壓升高考驗整個系統(tǒng)對地的絕緣好壞，所以在絕緣還沒破壞前，最好要及時消除故障，不能在這種狀態(tài)下長時間運行。

4、中性點有效接地系統(tǒng)

中性點有效接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地比較容易發(fā)現(xiàn)， 依靠配網(wǎng)自動化裝置的優(yōu)勢，在設備節(jié)點上控制一次開關動作切除故障點。

四、 新型DTU 終端

1、智能DTU 裝置

SZLL-6160 系列智能終端裝置是針對目前城市配電網(wǎng)復雜網(wǎng)絡結構節(jié)點數(shù)據(jù)監(jiān)測，可與特大型城市配網(wǎng)自動化主站和子站系統(tǒng)配合，實現(xiàn)多條線路的遠程控制，檢測故障、故障區(qū)域定位、隔離及非故障區(qū)域的恢復供電、提高供電可靠性。

SZLL-6160系列智能配網(wǎng)DTU終端用于對配網(wǎng)配電房、開閉所、環(huán)網(wǎng)柜、柱上開關、配變臺區(qū)、箱式變等電力設備進行保護、監(jiān)測、控制。通過通信網(wǎng)與主站相連完成整個配網(wǎng)自動化管理功能。饋線終端FTU-DTU 是裝設在饋線開關旁的智能裝置，集測量、保護、監(jiān)控、通訊為一體的綜合型自動化裝置。饋線開關指的是戶外的柱上單路開關,落地式多回路開關柜 10kV-20 kV線路上的斷路器、負荷開關、分段開關等。

SZLL -6160系列智能配電終端裝置以高性能可編程邏輯器件為硬件平臺、嵌入實時多任務數(shù)字計算模塊作為軟件平臺。產(chǎn)品在設計上保證穩(wěn)定可靠、高性能、易于使用。DTU終端裝置可提供RS-232維護端口和2個聯(lián)機主站以太網(wǎng)口。主控插件有標準的RS232口可外接筆記本電腦，通過維護軟件對其進行維護。還可以通過通訊網(wǎng)絡對裝置進行遠程維護，如參數(shù)修改、程序更新升級，方便系統(tǒng)維護數(shù)據(jù)讀取。液晶屏顯示各個回路電壓電流一次數(shù)值，人機交互操作界面實現(xiàn)了對整個裝置的功能操控、數(shù)據(jù)查詢、系統(tǒng)設置查看操作。

機械結構形式為雙層機箱式，外層箱體為防雨、防塵密閉的不銹鋼（或鍍鋅板）密封機箱。內箱采用4U、17英寸標準鋁型材機箱（可以直接內嵌安裝在其他設備機柜內）。主控插件統(tǒng)一分組安裝機箱可自動識別功能插件，通過維護軟件配置使用。

SZLL6160系列智能終端控制器裝置，綜合考慮了各種環(huán)網(wǎng)柜、柱上開關的監(jiān)控需求，可以和國內外各種類型開關進行接口。經(jīng)廣州電力工業(yè)電力設備及儀表質量檢驗測中心檢測全部合格。

2、實現(xiàn)對多回路開關柜的遙控、遙測和遙信等遠程監(jiān)控功能。1）、具備相間故障檢測功能。

2）、具備接地故障檢測功能

3）、具備小電流接地系統(tǒng)單相接地故障檢測功能

4）、電操控制器安全可靠的遙控輸出控制，采用了多項防“誤動”技術：就地遠程閉鎖控制、自動遙控解鎖驅動技術。5）、實現(xiàn)對一個開關柜的遙控、遙測和遙信等遠程監(jiān)控功能。6）、具有適應故障檢測、分類定位、隔離和恢復，設備定制各種邏輯處理功能。

3、智能環(huán)網(wǎng)柜成套裝置

（1）智能環(huán)網(wǎng)柜自動化成套設備能夠實現(xiàn)故障定位、故障隔離、負荷監(jiān)控、線路轉供、帶電合環(huán)轉供等技術流程。

實現(xiàn)配電網(wǎng)消除故障后線路自動復電自愈，最基本的就是要有高效的智能化設備。

（2）為了滿足智能化電氣控制設備的制造和使用要求，必須進行合理的電氣控制工藝設計。這些設計包括電氣控制柜的結構設計、電氣控制柜總體配置圖、總接線圖設計及各部分的電器裝配圖與接線圖設計。

（3）故障檢測

10 kV配電線路在實際運行中，經(jīng)常發(fā)生單相接地故障，特別是在雨季、大風和雪等惡劣天氣條件下，單相接地故障更是頻繁發(fā)生，單相接地故障更為頻繁。

當發(fā)生單相接地故障后，三相電路的對稱性受到破壞，故障點就出現(xiàn)明顯的不對稱，如當A相發(fā)生單相接地故障后，A相對地電壓趨于零，其對地電容被短接，而B相和C相相對地電壓升高，對地電容電流相應增大，流過接地點F的電流為所有線路電容電流的總和。

金屬性接地：故障相電壓趨于零；非故障相電壓等于線電壓；

非金屬性接地：一相或兩相電壓低，但不為零；另二相或一相電壓高，接近并低于線電壓。

完全金屬性短路則中性點對地電壓上升為相電壓），而不接地相的對地電壓也會升高（金屬性短路升為線電壓），但是每相對中性點電壓以及相間的線電壓保持不變。

發(fā)生單相接地后，故障相對地電壓降低，非故障兩相的相電壓升高，但線電壓卻依然對稱，因而不影響對用戶的連續(xù)供電，系統(tǒng)可運行1～2 h，這也是小電流接地系統(tǒng)的最大優(yōu)點；但是，若發(fā)生單相接地故障后電網(wǎng)長時間運行，會嚴重影響變電設備和配電網(wǎng)的安全經(jīng)濟運行。

五、接地故障檢測原理

智能配網(wǎng)設備是成套集成化設備，由負荷開關—熔斷器組合電器、斷路器、箱式變電站、自動重合器、自動分段器、環(huán)網(wǎng)開關柜和中壓電流互感器等組成，二次設備是自動控制、數(shù)據(jù)采集、故障定位、檢測計量、通訊等。

配電網(wǎng)的智能裝備整體解決方案一次性解決配電網(wǎng)單相接地故障定位技術、保障配電網(wǎng)操作人身安全。

1、電網(wǎng)智能裝備是具有感知、分析、推理、決策、控制功能的先進裝備，它是先進制造技術、信息技術和智能技術的集成和深度融合，而且是智能電網(wǎng)建設的必不可少的關鍵裝備。

2、裝置能夠根據(jù)采集的電流大小及設置的定值，判別故障電流（單相、相間、接地），據(jù)此得出故障信息，并把這些故障量送往配電網(wǎng)控制中心，為故障分析、判斷和負荷轉移提供依據(jù)，并配合配電控制中心，進行故障隔離和非故障區(qū)段的供電。故障信號能以遙信形式快速閉鎖裝置，以故障指示燈點亮報警。然后永久保存在DTU 裝置內，通過隨機管理軟件隨時現(xiàn)場讀取。

（1）故障信息用于指示故障區(qū)段，特別的邏輯能夠判斷出是瞬時故障還是永久故障，故障指示器就是用信號燈直觀快速表明線路故障的類型，是故障信息的可視化標示。

（2）發(fā)生瞬時故障時，按恢復按鈕故障指示器信號解除。發(fā)生永久故障時，按恢復按鈕也無法解除故障信號。

（3）故障信息包括起始時間、故障電流大小、結束時間、過流的次數(shù)以及故障是瞬時的還是永久的。

（4）故障信息指示器能夠檢測故障發(fā)生在上級，從而給出正確的故障信息。

（5）檢測故障的回路有檢測電壓、電流的方式和只檢測電流的方式。