配电网多级开关站结构分布式选线技术
针对具有多级开关站结构且运行方式灵活多变的企业供电网发生系统单相接地故障后选线困难的问题，安徽一天电气技术股份有限公司的研究人员余银钢、李岭、吴喜生、洪新春、陈文毕，在2020年第12期《电气技术》上撰文，提出一种基于扰动法的分布式采集集中处理选线方案。通过发生单相接地故障时从系统中性点主动注入大小可控半波电流对系统造成的扰动，分布在系统中的脉冲电流采集器将捕捉到脉冲电流模拟信号转成数字信号发送至选线后台，选线后台经过分析、计算、对比，最终选出一条或者多条故障支路。此方案在企业供电网中的应用大幅度提高了选线的灵活性和准确率。
我国6～35kV企业供电网中性点接地方式普遍采用非有效接地方式，其单相接地故障占总故障的80%以上，且大多数相间短路故障都是由单相接地故障发展而来，因此企业供电网单相接地故障处理具有重要意义。针对企业供电网发生单相接地故障时的相关特性，国内外已对扰动法选线有非常深入的研究，且有较多的研究成果，但这些方法适用于供电网络架构固定的系统，很难对下级开关站供电不固定倒负荷的系统进行选线。因此，本文提出一种适用于多级开关站频繁变换供电方式结构的企业供电网系统选线方案；基于一次侧扰动法选线原理，在系统母线上装设脉冲电流选线柜，用于系统发生单相接地故障时发出选线脉冲电流；在各级出线开关柜上安装脉冲电流信号采集器，将电流模拟量转化成数字量通过CAN总线通信方式传给选线后台服务器，选线后台服务器通过比对各支路零序电流信号选出故障线路。采用分布式方案解决企业用户供电网架构复杂情况下的分级选线。随着供电网的发展，供电可靠性要求也越来越高；特别是企业供电网，为了安全生产，很多负荷是不允许停电的，因此大型企业内的电网为了供电灵活可靠，变得越来越复杂多变，特别是钢铁、化工、煤矿等重工业。图1所示为简单的三级开关站一次系统示意图，系统中有两个主变，变电站侧有两个母段，一级开关站有三个母段，二级开关站有两个母段，三级开关站有一个母段；正常运行时每级开关站电源来源于上级站。由于各母段之间联络开关较多，且成环网结构，并列运行的方式也有多种途径，所以运行方式灵活多变，各级开关室供电可靠性较高。
以图1多级开关站系统正常的运行方式为例，一二母段独立运行，1、3、6、8属于1#主变系统，2、4、5、7属于2#主变系统。如果只有变电站侧装有选线装置，1#主变系统下级任何一条出线发生单相接地故障，在准确选线情况下接地告警都是101#支路，而要找出具体故障出线则需要逐一拉闸寻找；故障支路的寻找非常麻烦，影响下级系统的供电可靠性，且增加了系统带单相接地故障运行时间，增加了事故扩大的风险。如果每个开关站都装有选线装置，任何一条出线发生单相接地故障，同一个系统里的每个开关站设备都会报警，而要找出具体故障出线则需要人工判断多个选线设置选线的正确性，企业供电网中多级开关站系统，下级开关站越多，各母段之间联络开关越多，运行方式越灵活，供电可靠性相应也就越高。但是发生单相接地故障时，基于扰动法的选线技术，想找出故障支路也就越难。由于多级开关站系统运行方式的复杂多变，普通的扰动法选线方式适用于变电站母段出线进行选线，想对下级开关站出线时常转供电的架构进行选线非常困难。扰动法分布式选线系统由脉冲电流选线柜、分布到各级开关站的脉冲电流采集器、选线后台三部分组成。一个配电系统配置一台脉冲电流选线柜，脉冲电流选线柜可在系统的任何一级开关站接入系统；每个参加选线的出线配置一个脉冲电流采集器；整个配电系统一个选线后台。图1所示多级开关站系统加入分布式选线系统后架构如图2所示，配置两台脉冲电流选线柜，多个脉冲电流采集器（系统出线数量决定），及一套后台选线管理后台。脉冲电流选线柜由控制器、熔丝、带零序阻抗的接地变压器、晶闸管及触发装置等主要部件组成。主要作用为实时监测系统母线电压的变化，当检测到系统发生单相接地故障时，触发晶闸管短时导通，同时发出同步信号告知分布在支路上的脉冲电流采集器，产生幅值大小、方向、时间窗口可控的10ms半波脉冲电流。电流采集器检测到系统零序电压发生突变，且接收到脉选柜控制器发出的同步信号时，检测此时刻各支路零序电流突变量，将各支路零序电流模拟信号转化成数字信号传给选线后台。选线后台接收到电流采集器上传的信号后，通过识别和比对选出一条或者多条故障支路，并通过声光报警告知运行监控人员。
该化工厂供电系统有3台主变，3台主变为两主一备，变电站10kV 3个母段，下级有12个开关站，其中一级开关站4个，二级开关站6个，三级开关站2个；各母段及各个开关站之间均有联络开关，一级开关站中还配有多台发电机，供电方式非常灵活多变，供电可靠性高。由于该化工厂供电系统正常运行时，3台主变是两主一备，下面全部为开关站，所以正常运行时实际是两套系统独立运行，因此该化工厂供电系统加入分布式选线后的简易架构图如图3所示。
在变电站10kVⅠ段和Ⅲ段母线上各安装一台脉冲电流选线柜，在各级配电室需要选线的出线柜上安装脉冲电流采集器。接入该分布式选线系统的配电室有变电站Ⅰ段Ⅱ段Ⅲ段、开关站Ⅰ段Ⅱ段、厂用Ⅰ段Ⅱ段、厂用Ⅲ段Ⅳ段、厂用Ⅴ段、4#发电机小室、5#发电机小室、6#炉脱硫，共8个配电室（图3中用11段—32段表示）；参加选线的出线共有145条。各配电室内的采集器用屏蔽双绞线通过CAN总线的通信方式手拉手连接在一起，然后通过CAN转光设备用光纤连接至后台选线管理机。分布式选线在该化工厂的应用设备有两台脉选柜，145个脉冲电流采集器，1套后台选线系统；此套分布式选线系统可以对该厂的8个10kV配电室共145条出线系统进行准确分级选线，且不受各母段、各级配电室之间运行方式变化的影响。1）企业供电网多级开关站结构系统单相接地故障选线困难，普通的小电流接地选线方法无法实现准确选线和分级选线。2）基于扰动法分布式选线技术采用脉冲电流扰动法，全系统分布式采集，采集数据统一上传至后台选线系统统一处理，集中选线。3）基于扰动法分布式选线方案能较好地解决多级开关站结构配电站单相接地故障选线难题，实现准确选线和分级选线，在企业用户应用得到非常理想的效果。
