FTU在配电网自动化中的应用

　　摘要:随着配电网自动化技术在国内的推广,利用分布安装于10kV馈线线路各节点上的馈线终端单元(FTU),对线路电压、电流等进行实时采集,并通过光纤、无线、载波等通信方法将检测的各种接地特征电气量上送到配电自动化子站或主站。在子站/主站上,综合应用整个配电线路各节点的特征量,通过模糊技术、人工智能技术、小波技术等方法寻找故障点,并通过通信方法控制开关,隔离故障区域。这种方法可提高对配电线路的接地故障特别是小电流接地故障检测的精确性。
　　关键词:配电网自动化；馈线终端单元（FTU）；接地故障；检测
　　1接地故障检测方案
　　因配电网自动化“三遥”改造需要,在10kV馈线线路上按照负荷分配的要求分段安装配电终端FTU并进行实时通信,通过这些FTU检测线路故障下的信息特征量进行接地故障。在配电线路各节点安装FTU,并构成图1所示的配电自动化系统。
　　
　　图1典型的配电自动化系统结构
　　配电线路的FTU具备与接地故障检测相关的特性:(1)FTU可快速采集三相电流及电压,并从中分解出各种相关的特征量；(2)FTU可以同时监测故障电流以及正常负荷电流,并具有0.2%～0.5%的精度；(3)FTU在检测到故障或测量值变化的情况下,能够主动地向子站/主站传送变化量；(4)配电主站/子站可通过对时命令,使分散于各处的FTU的时间保持一致；(5)配电主站/子站通过通信可获得任意点FTU的信息,并综合比较,通过分析各FTU处的接地特征量确定出故障线路及故障区段。
　　对于大电流接地系统,其故障接地点的判断较为容易,可以把故障电流作为检测接地的特征量。如配电线路的FTU2、FTU3之间发生接地故障,则FTU1、FTU2均可检测到较大的接地电流,而FTU3未检测到此电流。这些信息上送到子站后,可较为方便地判断出故障点在FTU2与FTU3之间,并能指出某相发生接地故障。主/子站下发命令使FTU2、FTU3控制的开关跳闸,隔离故障区域使接地故障不影响非故障区域的供电。
　　小电流接地系统发生单相接地后零序电压升高,但对于配电线路(特别是架空线路)零序电流通常较小,为了提高故障判断的准确性,需要从中提取其他的辅助特征量。
　　2配电自动化终端FTU检测的接地故障特征量
　　2.1装置采集量
　　FTU通过输入的三相电压、三相电流,采用离散傅里叶变换(DFT)计算可分解出如下的电压、电流谐波分量:
　　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次谐波分量。
　　2.2零序电压特征量
　　该特征是基于线路在小电流接地情况下,系统零序电压上升的特点而提出。
　　
　　Ư0=Ưa（1）+Ưb（1）+Ưc（1）（1）
　　式中：Ư0为零序电压；Ưa（1）、Ưb（1）、Ưc（1）为A、B、C三相电压的基波相量值。
　　在线路故障下,线路上相关的FTU均检测到零序电压超过整定值,此时主/子站可以此判据启动系统的接地故障判别程序；同时FTU记录超过定值前后一段时间的电压、电流的波形,并上传主/子站。
　　2.3零序电流特征量
　　该特征是基于故障支路零序电流大于非故障支路零序电流的特点而提出。
　　İ0=İa（1）+İb(1)+İc(1)(2)
　　式中：İ0为零序电流；İa（1）、İb(1)、İc(1)为三相电流的基波相量值。
　　在线路电容电流较大的情况下,如10kV电缆线路及架空出线支路较多,此特征具有较高的精度；且在故障点前后所检测到的零序电流有较大的变化,通过此点可检测出接地故障点。
　　2.4零序功率方向特征量
　　该特征是基于故障线路零序电流滞后零序电压90o,非故障线路零序电流超前零序电压90o的特点而提出。
　　Q=|Ư0|×|İ0|×sin(a)(3)
　　式中:Q为零序无功；U0、I0为通过式(1)、式(2)计算得到的零序电压、电流；α为U0、I0的夹角。
　　若某条线路上FTU检测到的零序无功为正而其他FTU为负,则表明故障在该线路上。
　　2.55次谐波特征量
　　该特征是基于线路发生单相接地后故障点处电压突变量、5次谐波电流增大的特点提出。
　　İ0=İa（5）+İb(5)+İc(5)(4)
　　△I0（5）＞Iset；△U＞Uset
　　式中:I0（5）为矢量叠加后的零序5次谐波；İa（5）、İb(5)、İc(5)为三相电流中通过傅里叶变换后计算生成的5次谐波；△I0（5）、△U为配电终端检测到的零序电流5次谐波及零序电压的突变,当其大于设定的Iset、Uset后,认为发生接地故障。
　　3主站或子站启动判断故障
　　配电网自动化系统中的各FTU检测到的信息通过通信上报后,由主站或子站全盘考虑整个配电网自动化系统的故障信息,决定是否发生故障及接地区域。其启动量主要有:变电站3U0突变；配电网单点接地状态突变；配电网多点接地状态突变。主站判断系统故障区域的算法可根据实际的通信方法及电网接地方式、结构来编制不同的接地算法,主要有小波变换、模糊算法及人工智能算法。
　　4结论
　　利用目前配电网自动化系统中数量众多的分布安装FTU及快速的通信,通过主站系统的全局综合分析判断系统接地情况,使得精确解决小电流接地问题已成为可能。该方法已在南瑞集团公司DAT系列配电自动化终端中推广使用。相比传统的接地选线方法,基于配电自动化的接地区域检测具有的较高性能,在技术上能够很好地解决困扰配电网运行的小电流接地问题。     论文发表网