单相接地故障辅助研判方法在配电自动化数据分析中的应用.pdf

2023年第9 期（总第30 9 期）doi:10.3969/j.issn.1009-3230.2023.09.004应用能源技术17单相接地故障辅助研判方法在配电自动化数据分析中的应用许天耀，黄镜，林高正（广西电网有限责任公司南宁武鸣供电局，广西南宁530 1 0 0）摘要：单相接地故障是配电网络中最常见的故障类型之一，其准确快速地定位对于提高电网的可靠性和供电质量具有重要意义。随着配电自动化技术的发展，大量的数据被采集和存储，为故障分析提供了丰富的信息资源。本文介绍了一种单相接地故障辅助研判方法在配电自动化数据分析中的应用。首先，将介绍接地故障的定位原理，包括故障时负荷数据获取、故障前负荷数据获取以及零序电流获取等内容。然后，将详细阐述辅助研判程序，包括数据清洗和辅助研判的具体步骤。最后，将通过两个实际的技术应用案例来展示单相接地故障辅助研判方法在配电自动化数据分析中的应用效果。结果表明，该方法能够有效利用配电自动化系统中的数据，提高单相接地故障的识别和定位准确率，为电网运维提供技术支持。关键词：单相接地故障；辅助研判法；配电自动化；配电网中图分类号：TM862Ancillary Diagnostic Method for Single-phase Ground Fault Basedon Analysis of Data from Distribution Automation System(Nanning Wuming Power Supply Bureau,Guangxi Power Grid Co.Ltd.,Nanning 530100,China)Abstract:Single-phase ground fault is one of the most common fault types in distribution networks,and its accurate and rapid localization is crucial for improving the reliability and power supply qualityof the power grid.With the development of distribution automation technology,a large amount of datais collected and stored,providing rich information resources for fault analysis.This paper introducesan auxiliary analysis method for single-phase ground faults applied in the data analysis of distributionautomation.Firstly,the principles of fault localization are presented,including the acquisition of loaddata during faults,pre-fault load data acquisition,and zero-sequence current acquisition.Then,the auxiliary analysis procedure,including data cleaning and specific steps of auxiliary analysis,isdetailed.Finally,the application effectiveness of the single-phase ground fault auxiliary analysismethod in distribution automation data analysis is demonstrated through two practical technical cases.The results indicate that this method effectively utilizes data in distribution automation systems,improves the accuracy of identification and localization of single-phase ground faults,and providestechnical support for power grid operation and maintenance.Key words:single-phase ground fault;auxiliary analysis method;distribution automation;distri-bution network收稿日期：2 0 2 3-0 7-0 7作者简介：许天耀（1 9 9 6），男，本科，助理工程师,研究方向为配网生产运行。文献标志码：AXU Tianyao,HUANG Jingxi,LIN Gaozheng修订日期：2 0 2 3-0 8-1 3文章编号：1 0 0 9-32 30(2 0 2 3)0 9-0 0 1 7-0 70引言在配电系统中，小电流接地系统发生单相接地故障时，接地电流信号较弱，而配网结构复杂，18这导致了故障定位的困难，给配网的安全稳定运行带来了较大的挑战1-2 。配电自动化IV区主站系统虽然具有过流告警与接地告警功能,但接地点故障相电流幅值一般无法达到过流告警阈值，因此主站无法通过捕捉过流信号进行接地故障定位3。同时,虽然智能开关具有接地告警功能，但是由于消弧线圈投入、运行方式改变、告警阈值设定等因素的影响,智能开关接地告警准确率有待提升。小电流接地系统发生单相是一种常见的故障类型，它可能会导致电网设备的损坏,甚至对电网的安全稳定运行造成严重影响4。因此,及时准确地定位和研判接地故障对于保障电网的安全运行至关重要。随着配电自动化技术的不断发展，配电自动化系统已经成为现代配电网的重要组成部分，其数据采集和分析功能为接地故障的定位和研判提供了新的可能性5-6 。为此,本文旨在探讨单相接地故障辅助研判方法在配电自动化数据分析中的应用。首先,将介绍接地故障的定位原理，包括故障时负荷数据获取、故障前负荷数据获取以及零序电流获取等内容。然后,将详细阐述辅助研判程序,包括数据清洗和辅助研判的具体步骤。最后,将通过两个实际的技术应用案例来展示单相接地故障辅助研判方法在配电自动化数据分析中的应用效果。1接地故障定位原理在配电系统中,接地故障是一种常见的故障类型,其发生会对系统的安全运行造成严重影响。因此,准确快速地定位接地故障对于保障系统的可靠运行至关重要。接地故障定位原理主要基于零序电流的测量和分析,通过对零序电流的特性进行研究,可以确定接地故障的位置。当发生接地故障时,电流会通过接地点流回地面,形成一条回路。由于接地故障点与系统中其他设备的接地应用能源技术点之间存在一定的电阻,因此在接地故障点处会形成一定的电压,导致零序电流的产生。通过对零序电流进行测量和分析,可以确定接地故障点的位置。在实际应用中，接地故障定位通常采用了多种方法，如基于电流采样的定位方法、基于电压采样的定位方法等。其中,基于电流采样的定位方法是应用最为广泛的一种方法。通过对系统中的零序电流进行实时采样和监测，可以实现对接地故障的快速定位。除了基于零序电流的定位方法外,还可以通过对故障前后的负荷数据进行分析，结合系统的拓扑结构和接地点的分布情况,进一步确定接地故障的位置。通过综合应用多种定位方法,可以提高接地故障定位的准确性和可靠性，为系统的故障处理和维护提供有力的支持。接地故障发生后,非故障相电流幅值大致不变,接地点故障相电流幅值增大,且三相电流相位失衡,形成零序电流，如某供电所1 1：45 1 2:1 5期间0 43#线主干线#7 线路相接地故障时故障指示器上电流所示。变电站母线流向故障馈线接地点的零序电流为同母线下所有馈线的分布电容电流之和,其幅值大于其余馈线零序电流幅值。以下情况零序电流突变量较大：一是中性点不接地系统；二是配网规模扩大和线缆线路增加，电容电流增大，消弧线圈自身容量不足；三是变电站母线并联电容器调压投入。上述情况可通过智能开关和故障指示器零序电流幅值的差异来标记故障监测装置，接地故障点位于距离变电站最远的标记点后段。中性点经消弧线圈接地方式可以补偿接地时的电容电流，但减少了零序电流，故障信号特征量微弱，且目前自动化设备采集精度不够,本方法在经消弧线圈接地系统的实际应用中受到了一定限制。2023年第9 期（总第30 9 期）2023年第9 期（总第30 9 期）表1数据采集时间10:3010:4511:0011:1511:3011:4512:0012:1512:3012:452辅助研判程序2.1古故障时负荷数据获取在配电自动化系统中,故障时负荷数据的获取可以通过智能仪表、智能终端等设备实现。在发生单相接地故障时,系统中的智能仪表和智能终端会实时采集故障时刻的负荷数据，包括故障点的电流、电压、功率因数等信息。这些数据可以为后续的故障辅助研判提供重要的依据。故障时负荷数据的获取需要保证数据的准确性和完整性。因此,在设计数据获取程序时,需要考虑到数据采集设备的精度和采样频率，以及数据传输的稳定性和可靠性。此外，还需要考虑到数据的实时性，确保故障时负荷数据能够及时传输到数据分析系统中进行处理。为了提高故障时负荷数据的获取效率，可以采用分布式数据采集的方式。通过在配电网中部署多个智能仪表和智能终端，可以实现对故障时刻的负荷数据进行多点采集，从而提高数据的全面性和准确性。2.2故障前负荷数据获取在单相接地故障发生后，需要获取接地发生前对相应变电站下所有1 0 kV线路的自动化设备的负荷数据。由于历史数据系统只记录0 分、1 5分、30 分、45分四个时刻的数据,因此在选择历史数据时应选择接地发生时间前一个时刻的数据。故障前负荷数据获取的主要步骤包括数据采集、数据传输和数据处理。首先，数据采集是指通过配电自动化系统中应用能源技术043#线主干线#7 线路接地故障时故障指示器上电流C相电流/AA相电流/A13142525131349526471776974696661000019C相电流/AA相对地电场A相对地电场1420825209132054620267202168253172252157230706的传感器和仪器设备对负荷数据进行实时监测和采集。这些传感器和仪器设备通常会安装在配电网的关键节点和重要设备上，可以实时地监测电流、电压、功率因数等负荷参数。通过这些设备采集到的数据，我们可以获取到故障前的负荷状态，为后续的故障研判提供数据支持。其次,数据传输是指将采集到的负荷数据通过网络传输到数据中心或监控中心。在现代配电自动化系统中，通常会采用无线传输或有线传输的方式将数据实时地传输到数据中心，以便后续的数据处理和分析。数据传输的稳定性和实时性对于故障前负荷数据的获取至关重要，只有及时准确地传输数据，才能保证后续的故障研判工作能够顺利进行。最后,数据处理是指对传输过来的负荷数据进行清洗、整理和存储。在数据处理过程中,需要对数据进行去噪、去干扰等处理,以确保数据的准确性和可靠性。同时,还需要将处理后的数据进行存储和备份，以便后续的数据分析和应用。数据处理的质量直接影响着后续故障研判的准确性和可靠性,因此在数据处理过程中需要严格把关，确保数据的质量和完整性。2.3零序电流获取在配电自动化数据分析中,对于电缆型敌障指示器和智能开关，可以直接获取零序电流。但是对于架空线路的故障指示器来说，由于其无零序电流、电压传感器，因此无法直接获取零序电A相对地电场1801851801831771821751791721732295323013208561213111220流、电压。因此需要对三相负荷数据进行向量转换，以估算零序电流。而通过获取零序电流的数据,可以帮助系统进行故障的定位和研判。在实际应用中,获取零序电流的方法主要有两种：一种是通过传感器直接获取线路上的零序电流数据，另一种是通过计算得出零序电流的数值。通过传感器获取零序电流数据是一种比较直接的方法。传感器可以安装在配电线路上，实时监测线路上的电流情况,并将数据传输到配电自动化系统中进行分析。这种方法可以实现对零序电流的实时监测，对于故障的及时发现和处理具有重要意义。同时，传感器获取的数据准确性较高,可以为系统提供可靠的参考依据。通过计算得出零序电流的数值也是一种常用的方法。在配电自动化系统中，可以通过对线路上的三相电流进行采样，然后通过数学模型和算法计算得出零序电流的数值。这种方法不需要额外的传感器设备，可以通过系统内部的数据进行计算，成本较低。同时,通过计算得出的零序电流数据也可以为系统提供较为准确的参考信息。无论是通过传感器获取零序电流数据，还是通过计算得出零序电流的数值，都可以为配电自动化系统提供重要的数据支持。这些数据可以用于辅助研判单相接地故障,帮助系统及时发现和处理故障，保障配电系统的安全稳定运行。2.4数据清洗数据清洗是指对采集到的原始数据进行处理,去除其中的噪声和异常值,以保证数据的准确性和可靠性。在单相接地故障辅助研判方法中，数据清洗是非常重要的一步,因为故障时负荷数据、故障前负荷数据和零序电流数据都可能受到各种干扰,需要经过一定的处理才能用于后续的分析和判断。(1)对于故障时负荷数据和故障前负荷数据,需要进行异常值的检测和处理。在实际配电网中,负荷数据可能会受到突发负荷变化、设备故障等因素的影响,导致数据出现异常值。因此,需应用能源技术要利用统计学方法或者专业的异常检测算法对数据进行筛选和修正，去除其中的异常值，以保证数据的准确性。(2)对于零序电流数据,也需要进行类似的处理。零序电流是用于判断接地故障的重要参数，但是在实际采集过程中，可能会受到电磁干扰、设备故障等因素的影响,导致数据的波动和偏差。因此,需要对零序电流数据进行滤波和校正，去除其中的噪声和干扰,以保证数据的可靠性和稳定性。(3)数据清洗还包括对数据的格式和结构进行调整和优化。在实际应用中，不同设备和系统采集到的数据可能存在格式不一致的情况，需要对数据进行统一的格式转换和整合，以便于后续的数据分析和处理。同时,还需要对数据进行去重和补缺，保证数据的完整性和连续性。综上所述，数据清洗是单相接地故障辅助研判方法中不可或缺的一步，只有经过严格的数据清洗处理，才能保证后续的数据分析和判断的准确性和可靠性。在实际应用中，需要结合具体的场景和需求,选择合适的数据清洗方法和工具，以保证数据的质量和有效性。2.5辅助研判在获取了故障时负荷数据、故障前负荷数据和零序电流之后，接下来就是进行辅助研判。辅助研判是通过对比故障时和故障前的负荷数据以及零序电流数据,来判断故障类型和位置。对数据进行清洗和预处理，包括去除异常值、填补缺失值等。然后,针对不同类型的接地故障,制定相应的研判规则和算法。例如,对于单相接地故障,可以通过比较故障时和故障前的零序电流波形,来判断接地故障的相别;对于接地故障位置的判断,则可以通过比较故障时和故障前的负荷数据,结合零序电流的变化情况,来进行定位。在辅助研判过程中,还可以结合配电自动化系统中的故障定位算法和人工智能技术，进行更精确地判断。通过对历史故障数据的积累和分析，可以不断优2023年第9 期（总第30 9 期）2023年第9 期（总第30 9 期）化辅助研判程序,提高判断的准确性和可靠性。除了基于数据的辅助研判方法,还可以结合现场巡检和设备状态监测等手段，进行综合分析，提高故障判断的准确性。通过将辅助研判与现场实际情况相结合，可以更好地指导故障处理和维修工作,提高配电系统的可靠性和安全性。接地区域B矿业零序异常2#中压器C废奔矿业8#变电站Q18线DF10kVQ18线1 0 kVQ18线1 0 kVQ18线Q180开关1#中压器1#中压器1#中压器应用能源技术3技术应用3.1 应用案例一某年9 月6 日9 时47 分，1 1 0 kV某变1 0 kVI、I V 段母线发生金属性单相接地。接到调度中心通知后，该地区供电局立刻启动单相接地研判和处置流程,1 0 kVQ18线接地研判图如图1 所示。A矿业17#1#14#正常.10#A矿区支线开关7#B矿区支线B矿区支线1#中压器6#2#零序异常零序异常2#DFDF21PD2公司6#A矿区支线开关5#1#?零序异常某变2#1#3#17#1#零序异常A矿区支线B开关零序异常正常18#21#23#37#3#16#PD1公司39#22#Q190开关1#图1 1 0 kVQ18线接地研判图利用单相接地研判程序通过对1 0 5台故障指线路为1 0 kVQ18线。同时1 0 kVQ18线路上主示器和6 0 台智能开关的数据一键处理分析Q18干线3#、主干线2 1#、A矿业支线2#、B矿业支线线接地故障研判零序异常数据如表2 所示,1 0 kV3#故障指示器和Q180开关、A矿业支线B开关Q18线4台故障指示器和2 台智能开关负荷数据的负荷数据零序电流突变明显，故确定接地故障符合接地特征，故在8 条1 0 kV线路中选定接地区域为某矿业支线2#杆后段。表2Q18线接地故障研判零序异常数据名称数据项A相A矿业支线线2#B相C相A相A矿业支线线B开关B相C相38#故障前电流故障时电流44343595556456相电流差值01560152零序电流差值5449.5122B矿业支线2#Q180开关Q18线路上总线3#Q18线路上总线2 1#综上所述该案例中，通过对故障指示器和智能开关的负荷数据进行分析研判，成功确定了接地线路和故障区段,为故障处理提供了重要依据。这一方法的应用不仅提高了研判准确性,还大幅缩短了非故障区段的复电时长，节省了大量用户停电时间,降低了用户投诉风险,为配电网的安全稳定运行提供了有力支持。同时，对于未成功研判的接地事件,也为下一步改进和深化方法应用提供了重要参考。这一应用案例充分展示了单相接地故障辅助研判方法在配电自动化数据分析中的实际应用价值，为提高故障研判准确性和快速响应故障提供了有效的技术支持。3.2应用案例二某年1 2 月4日1 1 时38 分，1 1 0 kV某变PD3公司变压器043#线应用能源技术续表2名称数据项A相B相C相A相B相C相A相B相C相A相B相C相PD1公司1#5#零序异常11#12#19#2#3#7#043#PD2公司图2 1 0 kV043#线接地研判图2023年第9 期（总第30 9 期）故障前电流故障时电流1一42046121141110105513131619125416181213125410kVI段母线发生金属性单相接地。接到调度中心通知后,某供电局立刻启动单相接地研判和处置流程，1 0 kV043#线接地研判图如图2 所示。通过对2 2 台故障指示器和1 2 台智能开关数据一键处理分析后，1 0 kV043#线2 台故障指示器和1台智能开关符合接地特征，故在1 2 条1 0 kV线路中选定接地线路为1 0 kV043#线。同时1 0 kV043#线路上主干线7#、2 0#故障指示器以及0 43#线1 1 0 开关的负荷数据零序电流突变明显且主干线43#数据故障指示器正常，故确定接地故障区域为0 43#线1 1 0 开关与主干线43#之间。利用单相接地研判程序对1 1 0 kV某变下属全量1 0 kV线路故障指示器动态负荷数据进行分析研判程序展示结果见表3。1#11#零序异常，零序异常接地区域21#38#8#20#ZB公司相电流差值01462-145103422142043#37#线110某直线H关开关HW环网零序电流差值43.5141.4134.7534.742#1#1正常43#45#52#42#53#2023年第9 期（总第30 9 期）表3名称043#线主干线7#043#线主干线2 0#043#线1 1 0 开关综上所述该案例中,通过对故障指示器和智能开关的负荷数据进行分析研判，成功确定了接地故障线路和故障区段，为后续的故障处理和恢复供电提供了重要的参考依据。这一应用案例充分展示了单相接地故障辅助研判方法在配电自动化数据分析中的实际应用价值，为提高故障研判准确性和快速响应故障提供了有效的技术支持。4结束语本文介绍了一种单相接地故障辅助研判方法在配电自动化数据分析中的应用。该方法基于对配电自动化系统中的电气参数和状态数据进行实时监测和分析，通过比对故障数据和正常数据的差异,来判定是否存在单相接地故障。同时，通过对故障数据进行进一步的处理和分析，可以准确定位故障的位置。这种单相接地故障辅助研判方法的应用，可以有效提高故障的快速判定和定位的准确性,有利于对故障的及时处理和维修,减少故障对电网运行的影响，提高电网的可靠性和安全性。进一步挖掘本方法应用深度，提高接地研判准确性。但是单相接地故障辅助研判方法作为一种辅助手段，需要结合实际操作经验和专业知应用能源技术043#线接地故障研判零序异常数据数据项故障前电流A相49B相52C相46A相71B相74C相73A相70B相70C相7023故障时电流相电流差值7627722016411869-264-101729963-769-115888识进行综合分析，不能完全依赖于算法和数据。同时，对于复杂的故障情况，还需要进行更深入地研究和探索，以提高故障判定和定位的准确性和可靠性。参考文献1唐会祥，陈智勇.小电阻接地系统高阻接地故障反时限零序过电流保护J电工技术,2 0 2 3（2 0)：1 0 5-109.2关荣根.小电流接地系统单相接地故障特征分析及其应用J.水电与新能源,2 0 2 3,37(1 0):39-42.3周波，夏惠惠，叶怡君.基于配电自动化技术的配网线路线损管理实践研究J.自动化应用，2 0 2 3，64(20):72 74,83.4刘健，常小强，张志华，等.基于零序电压的小电流接地系统高阻单相接地检测启动性能分析及其应用J.供用电,2 0 2 3,40(9):2 7-35,7 3.5罗雪莲，陈成功，刘志豪，等.基于配电自动化系统的配网单相接地故障辅助研判模块开发及应用J.机电工程技术,2 0 2 2,51(1 1):2 43-2 47.6罗雪莲，陈成功，刘志豪，等.基于配电自动化系统的配网单相接地故障辅助研判方法J.湖南电力，2022,42(5):85 89.零序电流差值84.87102.9492.15