FTU在配電網(wǎng)自動化中的應(yīng)用
摘要:隨著配電網(wǎng)自動化技術(shù)在國內(nèi)的推廣,利用分布安裝于10kV饋線線路各節(jié)點上的饋線終端單元(FTU),對線路電壓、電流等進行實時采集,并通過光纖、無線、載波等通信方法將檢測的各種接地特征電氣量上送到配電自動化子站或主站。在子站/主站上,綜合應(yīng)用整個配電線路各節(jié)點的特征量,通過模糊技術(shù)、人工智能技術(shù)、小波技術(shù)等方法尋找故障點,并通過通信方法控制開關(guān),隔離故障區(qū)域。這種方法可提高對配電線路的接地故障特別是小電流接地故障檢測的精確性。
關(guān)鍵詞:配電網(wǎng)自動化；饋線終端單元（FTU）；接地故障；檢測
1接地故障檢測方案
因配電網(wǎng)自動化“三遙”改造需要,在10kV饋線線路上按照負荷分配的要求分段安裝配電終端FTU并進行實時通信,通過這些FTU檢測線路故障下的信息特征量進行接地故障。在配電線路各節(jié)點安裝FTU,并構(gòu)成圖1所示的配電自動化系統(tǒng)�！�
圖1典型的配電自動化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
配電線路的FTU具備與接地故障檢測相關(guān)的特性:(1)FTU可快速采集三相電流及電壓,并從中分解出各種相關(guān)的特征量；(2)FTU可以同時監(jiān)測故障電流以及正常負荷電流,并具有0.2%～0.5%的精度；(3)FTU在檢測到故障或測量值變化的情況下,能夠主動地向子站/主站傳送變化量；(4)配電主站/子站可通過對時命令,使分散于各處的FTU的時間保持一致；(5)配電主站/子站通過通信可獲得任意點FTU的信息,并綜合比較,通過分析各FTU處的接地特征量確定出故障線路及故障區(qū)段。
對于大電流接地系統(tǒng),其故障接地點的判斷較為容易,可以把故障電流作為檢測接地的特征量。如配電線路的FTU2、FTU3之間發(fā)生接地故障,則FTU1、FTU2均可檢測到較大的接地電流,而FTU3未檢測到此電流。這些信息上送到子站后,可較為方便地判斷出故障點在FTU2與FTU3之間,并能指出某相發(fā)生接地故障。主/子站下發(fā)命令使FTU2、FTU3控制的開關(guān)跳閘,隔離故障區(qū)域使接地故障不影響非故障區(qū)域的供電。
小電流接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地后零序電壓升高,但對于配電線路(特別是架空線路)零序電流通常較小,為了提高故障判斷的準確性,需要從中提取其他的輔助特征量。
2配電自動化終端FTU檢測的接地故障特征量
2.1裝置采集量
FTU通過輸入的三相電壓、三相電流,采用離散傅里葉變換(DFT)計算可分解出如下的電壓、電流諧波分量:
Ưa(1…13)、Ưb(1…13)、Ưc(1…13)、İa(1…13)、İb(1…13)、İc(1…13)。
其中,(1…13)表示1到13次諧波分量。
2.2零序電壓特征量
該特征是基于線路在小電流接地情況下,系統(tǒng)零序電壓上升的特點而提出�！�
Ư0=Ưa（1）+Ưb（1）+Ưc（1）（1）
式中：Ư0為零序電壓；Ưa（1）、Ưb（1）、Ưc（1）為A、B、C三相電壓的基波相量值。
在線路故障下,線路上相關(guān)的FTU均檢測到零序電壓超過整定值,此時主/子站可以此判據(jù)啟動系統(tǒng)的接地故障判別程序；同時FTU記錄超過定值前后一段時間的電壓、電流的波形,并上傳主/子站。
2.3零序電流特征量
該特征是基于故障支路零序電流大于非故障支路零序電流的特點而提出。
İ0=İa（1）+İb(1)+İc(1)(2)
式中：İ0為零序電流；İa（1）、İb(1)、İc(1)為三相電流的基波相量值。
在線路電容電流較大的情況下,如10kV電纜線路及架空出線支路較多,此特征具有較高的精度；且在故障點前后所檢測到的零序電流有較大的變化,通過此點可檢測出接地故障點。
2.4零序功率方向特征量
該特征是基于故障線路零序電流滯后零序電壓90o,非故障線路零序電流超前零序電壓90o的特點而提出。
Q=|Ư0|×|İ0|×sin(a)(3)
式中:Q為零序無功；U0、I0為通過式(1)、式(2)計算得到的零序電壓、電流；α為U0、I0的夾角。
若某條線路上FTU檢測到的零序無功為正而其他FTU為負,則表明故障在該線路上。
2.55次諧波特征量
該特征是基于線路發(fā)生單相接地后故障點處電壓突變量、5次諧波電流增大的特點提出。
İ0=İa（5）+İb(5)+İc(5)(4)
△I0（5）＞Iset；△U＞Uset
式中:I0（5）為矢量疊加后的零序5次諧波；İa（5）、İb(5)、İc(5)為三相電流中通過傅里葉變換后計算生成的5次諧波；△I0（5）、△U為配電終端檢測到的零序電流5次諧波及零序電壓的突變,當(dāng)其大于設(shè)定的Iset、Uset后,認為發(fā)生接地故障。
3主站或子站啟動判斷故障
配電網(wǎng)自動化系統(tǒng)中的各FTU檢測到的信息通過通信上報后,由主站或子站全盤考慮整個配電網(wǎng)自動化系統(tǒng)的故障信息,決定是否發(fā)生故障及接地區(qū)域。其啟動量主要有:變電站3U0突變；配電網(wǎng)單點接地狀態(tài)突變；配電網(wǎng)多點接地狀態(tài)突變。主站判斷系統(tǒng)故障區(qū)域的算法可根據(jù)實際的通信方法及電網(wǎng)接地方式、結(jié)構(gòu)來編制不同的接地算法,主要有小波變換、模糊算法及人工智能算法。
4結(jié)論
利用目前配電網(wǎng)自動化系統(tǒng)中數(shù)量眾多的分布安裝FTU及快速的通信,通過主站系統(tǒng)的全局綜合分析判斷系統(tǒng)接地情況,使得精確解決小電流接地問題已成為可能。該方法已在南瑞集團公司DAT系列配電自動化終端中推廣使用。相比傳統(tǒng)的接地選線方法,基于配電自動化的接地區(qū)域檢測具有的較高性能,在技術(shù)上能夠很好地解決困擾配電網(wǎng)運行的小電流接地問題。
