基于零序电流检测的0.4 kV配电网故障研判研究及应用
郭晶 唐冬来 喻梅
摘? 要：我国的0.4 kV配电网缺少监测手段，供电公司仅依靠客户报修被动发现故障。该文提出了基于零序电流监测的0.4 kV配电网故障研判设备及系统，首先，设备通过基于零序电流检测技术发现配电网的故障点;其次，复用用采通道将故障信息传输到主站;最后，建立配网健康状态评估模型，预测可能会出现的故障，提醒台区经理进行故障消缺。项目应用后，实现了配电网状态监控、预警、故障研判及决策分析，降低配电网故障抢修时间，提高供电可靠性。
关键词：0.4 kV配电网;故障研判;态势感知决策;零序电流检测
中圖分类号：TM762? ? ? ? ? ? ? 文献标志码：A
0 引言
长期以来，我国电网公司一直沿用低效的定期检修制度对配电网网设备进行检修和被动式的抢修，当配电网设备出现故障后，依靠配电网检修人员的设备巡视和用电客户的报修电话才知道，不能主动发现配电网设备发生的故障和异常预警。目前，我国的电网公司对配电网设备状态缺乏监测手段影响了供电服务效率和可靠性，因此，亟需研发0.4 kV配电网设备故障研判系统，利用智能终端采集配电设备的电气状态数据，建立起0.4 kV配电网设备大数据分析模型，采用零序电流检测技术定位单相接地故障，通过电流监测判断短路故障等，实现对0.4 kV配电网异常故障主动实时告警和故障诊断;通过0.4 kV配电网健康状态评估，实现0.4 kV配电网异常状态提前预警，为0.4 kV配电网设备的状态检修工作提供技术支持，从而提升电网企业的经济效益。
1 系统关键技术
0.4 kV配电网设备故障研判系统的关键技术包括4部分，具体内容如下。
1.1 配电网监测数据解析算法
由于0.4 kV配网自动化设备设计的算法的跨专业性与集成性，需要对各类监测算法进行深入分析，完成各类监测数据的高效解析，保证各类监测算法的有效性，避免TTU、智能总保、户表等配电网各类监测设备仅完成数据采集，而无法进行数据高级分析的处理。
1.2 配电网故障定位模型
基于零序电流检测的0.4 kV配电网故障定位模型，能够监测线路运行参数，检测各类短路、接地故障，监测装置分A、B、C三相监测装置单元，分别监测配电网线路中的A、B、C三相线路。0.4 kV配电网线路故障指示器可以在线路发生故障时快速准确地识别故障区域并远传故障信息，大大缩短了故障查找时间，为快速排除故障、恢复正常供电提供了有力保障。在正常运行时，通过0.4 kV配电网线路故障指示器可以实时监测0.4 kV配电网的运行状况，可为配电网运行方式的优化提供支撑。
1.3 多源异构的配电网监测终端数据采集及传输技术
研究多源异构数据采集设备，实现了配电网多种监控设备之间的数据聚合、智能路由和高速传输。包括实现对不同配电网监测设备的不同作用模式分析，对TTU、无功补偿装置等不同的监测终端应用的数据结构、功能架构进行研究和设计;研究监测类型管理（切换到相应的监测方式，应用将自动切换通信方式）、检测基本参数管理、数据管理，实现了数据聚合和智能路由，突破了配电网传统数据传输技术轮询周期长、适应性差的局限，有效地解决了0.4 kV配电网多种监控设备之间的数据聚合、智能路由和高速传输的问题。
1.4 配电网设备健康状态评估模型
针对0.4 kV配电网设备的特点，建立基于0.4 kV配电网线路的数据模型，将地理信息、设备位置、设备台账和健康状态检测数据等进行集中呈现，统一调度;并对0.4 kV配电网设备在状态、风险和经济等多个角度进行评估，做到对0.4 kV配电网设备的故障研判及状态预警。
2 基于零序电流的故障定位技术
采用“零序电流基波幅值法”对0.4 kV配电网故障进行判断，首先，在0.4 kV配电网中安装三相的零序电流互感器;其次，实时监测A、B、C三相的零序电流，当出现单相故障接地时，接地相零序电流增加，通过判断零序电流增加项即可判断故障发生相位。
在我国的三相供电0.4 kV配电网中，不对称的三相向量可分解为正序分量、负序分量、零序分量。
设三相相量分量分别为Fa、Fb、Fc，角标2、1、0分别代表正序分量、负序分量、零序分量，即：
Fa= Fa1+ Fa2+ Fa0
Fb= Fb1+ Fb2+ Fb0
Fc= Fc1+ Fc2+ Fc0 （1）
在0.4 kV配电网运行时，正常情况下，系统中只存在正序分量。当系统发生接地故障时，则系统保护3种不对称分量，零序分量在发生接地故障后出现，向量关系如图1所示。
例如，当配电网在D点发生单相接地故障时，接地的相位为A相，则UDa=0;另外，在配电网D点处，三相对地的电阻不同，配电网的三相电压、电流也不对称，产生了ID0配电网线路的零序电流，如图2所示。
对于配电网中的接地点故障，当D点发生故障时，配电网A相的零序电流分量的计算如下：
UDa=0;IDb=0;IDc=0? ? ? （2）
据式（2）所示，配电网D点发生故障后，电压的方程式入式（3）所示：
UDa=-ZD0×ID0? （3）
在0.4 kV配电网线路发生单相接地故障时，由于故障点前后的零序电流相位相反，通过装在故障点前后的配电网故障监测装置，采集故障点前后零序电流的相位关系，对照出两者相反的情况，即可判断配电网故障发生的区间范围。
当0.4 kV配电网线路发生故障时，该系统可以及时确定故障区段、发出故障报警指示（或信息）并上报主站，大幅缩短了故障区段查找时间。
3 应用成效
0.4 kV配电网设备状态监测设备与分析系统在四川某地市公司上线运行2年以来，能够有效发现0.4 kV配电网存在的单相接地故障、短路等停电等故障，解决了以往0.4 kV配电网单相接地故障点发现难的问题，为0.4 kV配电网运维抢修提供了丰富的问题分析手段，并能及时通过短信通知配电网运维抢修人员处理问题，依托该系统实现了0.4 kV配电网设备状态全景监测，实现了配电网状态监控、预警、故障研判及决策分析，降低0.4 kV配电网故障抢修时间，提高供电可靠性，支撑配电网经济、稳定运行。
4 结语
综上所述，基于零序电流检测的0.4 kV配电网设備故障研判系统实现了对0.4 kV配电网设备状态的全景监控，实现对0.4 kV配电网设备故障的告警。故障研判及决策分析，精准定位故障点及故障发生原因，能通过对0.4 kV配电网设备历史数据的变化分析，进行配电网健康状态评估，提前消除配电网故障隐患。配电网设备故障研判系统降低配电网故障发生率及处理时间，发挥在电力物联网对配电网的支撑作用，确保我国电网公司的配电网可靠、经济、稳定的运行。
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