智能环网柜对各种网络故障的判断

一、配电网故障检测

1、智能环网柜技术提高配电网供电可靠性

利用先进的智能环网柜技术就能够进行不间断地对配网系统运行状态监测。配电网目前大部分还是中性点不接地系统，只有部分是高阻接地合小电阻接地。所以重点还是优先解决中性点不接地系统发生的单相接地小电流故障的检测方法。

2、智能环网柜对各种网络故障的判断

（1）、相间短路故障

（2）、接地故障

（3）、小电流单相接地故障（SEF）

（4）、瞬时浪涌冲击

系统发生浪涌过电压故障主要是弧光接地过电压，空载线路的合闸过电压，电容器分闸时的开断电容负载过电压，空载变压器、电抗器和电动机分闸时的开断电感负载过电压等形成的浪涌对自动化设备有很大影响。

3、故障隔离、转供电与网络重构

配电网络重构就是通过改变分段开关、联络开关的分合状态，从而改变了网络的拓扑结构和用户的供电路径。在发生线路故障后就是依据电子线路图操作，隔离故障节点实现快速转供电。配网拓扑重构既隔离了故障同时优化了线路结构、降低网络电损、消除系统部分电流过载、平衡了网络负荷、提高电压质量等。

二、故障检测技术研发

1、配电网的故障很大程度是由于线路单相接地时电容过大而无法自行息弧引起的。因此，我国的电力规程规定当10kV和35kV系统电容电流分别大于30A和10A时，应装设消弧线圈以补偿电容电流，这就要求对配网的电容电流进行测量。必须准确测量配电网的对地电容值。这种方法精度低不能够在早期就发现单相接地故障。

传统的测量方法还要接触到一次设备，因而存在试验危险、操作过程繁杂，实时性差工作效率低。

2、小电流系统单相接地故障大多是间歇性或瞬时性弧光接地，在变电站侧就难以准确判断，特别是故障零序电流保护值的整定难度加大。长期以来，我国配电网在不同的程度上存在消弧与消谐装置运行不正常、接地选线与定位装置检测精度不高。在电源端安装接地检测装置经常出现误报和漏报现象。

3、在发生单相接地报警后还需要现场巡线查找故障点。依靠配网自动化装置的优势可以实现在节点上快速检测单相接地故障。并且根据设定的保护程序控制一次开关动作切除故障点。

小电流系统单相接地故障大多是因为绝缘劣化或过电压冲击损伤引起，发生单相接地故障的间歇性或瞬时性弧光接地，受线路电容电流影响，故障点电流的变化很小甚至没有变化，在变电站侧就难以检测到不能够准确判断，特别是故障零序电流保护值的整定难度加大，误报漏报经常发生。

4、国家电网与南方电网最近都在修订配电网运行规程，要求快速就近隔离小电流接地配电网的永久性单相接地故障，以消除事故扩大的风险，进一步提高供电安全性与可靠性。

要求就近自动隔离小电流接地故障，积极推广小电流接地故障自动跳闸技术。

5、部分大城市配电网线路多数采用地埋电缆，同时改成小电阻接地方式，方便了接地故障电流的检测，但是放大了中性点接地电流对配网设备冲击大，每次过电压故障后都会破坏设备的绝缘层，造成大量设备提前报废。

5、利用配网自动化终端设备加装故障检测装置是有效方法。

6、智能DTU装置连续3-10秒检测到接地故障信息，即可直接认定是永久性故障发生。

7、中性点不接地系统单相接地故障检测技术

我国配电网广泛采用中性点不接地与消弧线圈接地（称为小电流接地）方式，且允许带接地点运行一段时间。这一做法有利于瞬时性接地故障电弧自行熄灭，减少跳闸率，提高供电可靠性；同时，也可以将接地电流控制在十几个安培以内，抑制接地点地电位的升高，减少接触电压与跨步电压触电风险。然而，小电流接地配电网长期带接地点运行，会引发不同线路之间相间短路故障、电缆沟着火，导致大面积停电；坠地导线、树闪故障还可能导致人身触电与火灾事故。

8、小电阻接地系统的浪涌冲击

雷电电磁脉冲电压很高，是工频电压的几十倍。浪涌经中性点接地泄放电流引起线路电压升高形成瞬时浪涌，在小电阻接地系统中对设备接地产生很大的电压差，引起接地保护跳闸，造成设备绝缘层严重的损坏，甚至提前报废设备。

三、 故障快速处置方案

配电网小电流接地系统接地故障快速处置技术方案

1、单相接地故障 - 系统接地

电力系统按变压器中性点接地方式可分为大电流接地系统（包括直接接地，电抗接地和低阻接地）、小电流接地系统（包括高阻接地，消弧线圈接地和不接地）。

2、中性点不接地系统运行方式

我国3～66kV电力系统大多数采用中性点不接地或经消弧线圈接地的运行方式，即为小电流接地系统。在小电流接地系统中，单相接地是一种常见的临时性故障。发生单相接地后，故障相对地电压降低，非故障两相的相电压升高，但线电压却依然对称，因而不影响对用户的连续供电，系统可运行1～2h，这也是小电流接地系统的最大优点。

但是若发生单相接地故障时线路继续运行，因非故障的两相对地电压升高，就要引起网络的其它部分绝缘被击穿，发展成为相间短路，使事故扩大，影响用户的正常用电。同时弧光接地还会引起全系统过电压，进而损坏设备，破坏系统安全运行。

因此，必须寻找到快速的检测单相接地故障的处理方法，当发生单相接地故障时，能够及时找到故障点予以切除。

3、单相接地故障检测技术发展

我国配电系统的电源中性点一般是不直接接地的，所以当线路单相接地时流过故障点的电流实际是线路对地电容产生的电容电流。馈线的线路长度会给对地电容的影响很大，线路越长电容电流越大;线路短对地电容就小，电容电流很小情况下检测装置不易发现或者出现误判。故障点与非故障线路二者的零序电流数值相差不大，保护装置很难检测和区分。如果把接地检测装置安装在变压器电源侧，线路末端的零序电流大小很难反映上来。

中性点不接地系统发生单相接地故障时，由于馈线不构成供电回路，所以流过故障点的是由对地电容形成的容性电流，中性点零序电流数值很小，而整个系统的中性点对地电压发生偏移（偏移程度取决于接地短路的程度，完全金属性短路则中性点对地电压上升为相电压），而不接地相的对地电压也会升高（金属性短路升为线电压），但是每相对中性点电压以及相间的线电压保持不变，所以整个系统可以维持运行，但由于对地的电压升高考验整个系统对地的绝缘好坏，所以在绝缘还没破坏前，最好要及时消除故障，不能在这种状态下长时间运行。

4、中性点有效接地系统

中性点有效接地系统发生单相接地比较容易发现， 依靠配网自动化装置的优势，在设备节点上控制一次开关动作切除故障点。

四、 新型DTU 终端

1、智能DTU 装置

SZLL-6160 系列智能终端装置是针对目前城市配电网复杂网络结构节点数据监测，可与特大型城市配网自动化主站和子站系统配合，实现多条线路的远程控制，检测故障、故障区域定位、隔离及非故障区域的恢复供电、提高供电可靠性。

SZLL-6160系列智能配网DTU终端用于对配网配电房、开闭所、环网柜、柱上开关、配变台区、箱式变等电力设备进行保护、监测、控制。通过通信网与主站相连完成整个配网自动化管理功能。馈线终端FTU-DTU 是装设在馈线开关旁的智能装置，集测量、保护、监控、通讯为一体的综合型自动化装置。馈线开关指的是户外的柱上单路开关,落地式多回路开关柜 10kV-20 kV线路上的断路器、负荷开关、分段开关等。

SZLL -6160系列智能配电终端装置以高性能可编程逻辑器件为硬件平台、嵌入实时多任务数字计算模块作为软件平台。产品在设计上保证稳定可靠、高性能、易于使用。DTU终端装置可提供RS-232维护端口和2个联机主站以太网口。主控插件有标准的RS232口可外接笔记本电脑，通过维护软件对其进行维护。还可以通过通讯网络对装置进行远程维护，如参数修改、程序更新升级，方便系统维护数据读取。液晶屏显示各个回路电压电流一次数值，人机交互操作界面实现了对整个装置的功能操控、数据查询、系统设置查看操作。

机械结构形式为双层机箱式，外层箱体为防雨、防尘密闭的不锈钢（或镀锌板）密封机箱。内箱采用4U、17英寸标准铝型材机箱（可以直接内嵌安装在其他设备机柜内）。主控插件统一分组安装机箱可自动识别功能插件，通过维护软件配置使用。

SZLL6160系列智能终端控制器装置，综合考虑了各种环网柜、柱上开关的监控需求，可以和国内外各种类型开关进行接口。经广州电力工业电力设备及仪表质量检验测中心检测全部合格。

2、实现对多回路开关柜的遥控、遥测和遥信等远程监控功能。1）、具备相间故障检测功能。

2）、具备接地故障检测功能

3）、具备小电流接地系统单相接地故障检测功能

4）、电操控制器安全可靠的遥控输出控制，采用了多项防“误动”技术：就地远程闭锁控制、自动遥控解锁驱动技术。5）、实现对一个开关柜的遥控、遥测和遥信等远程监控功能。6）、具有适应故障检测、分类定位、隔离和恢复，设备定制各种逻辑处理功能。

3、智能环网柜成套装置

（1）智能环网柜自动化成套设备能够实现故障定位、故障隔离、负荷监控、线路转供、带电合环转供等技术流程。

实现配电网消除故障后线路自动复电自愈，最基本的就是要有高效的智能化设备。

（2）为了满足智能化电气控制设备的制造和使用要求，必须进行合理的电气控制工艺设计。这些设计包括电气控制柜的结构设计、电气控制柜总体配置图、总接线图设计及各部分的电器装配图与接线图设计。

（3）故障检测

10 kV配电线路在实际运行中，经常发生单相接地故障，特别是在雨季、大风和雪等恶劣天气条件下，单相接地故障更是频繁发生，单相接地故障更为频繁。

当发生单相接地故障后，三相电路的对称性受到破坏，故障点就出现明显的不对称，如当A相发生单相接地故障后，A相对地电压趋于零，其对地电容被短接，而B相和C相相对地电压升高，对地电容电流相应增大，流过接地点F的电流为所有线路电容电流的总和。

金属性接地：故障相电压趋于零；非故障相电压等于线电压；

非金属性接地：一相或两相电压低，但不为零；另二相或一相电压高，接近并低于线电压。

完全金属性短路则中性点对地电压上升为相电压），而不接地相的对地电压也会升高（金属性短路升为线电压），但是每相对中性点电压以及相间的线电压保持不变。

发生单相接地后，故障相对地电压降低，非故障两相的相电压升高，但线电压却依然对称，因而不影响对用户的连续供电，系统可运行1～2 h，这也是小电流接地系统的最大优点；但是，若发生单相接地故障后电网长时间运行，会严重影响变电设备和配电网的安全经济运行。

五、接地故障检测原理

智能配网设备是成套集成化设备，由负荷开关—熔断器组合电器、断路器、箱式变电站、自动重合器、自动分段器、环网开关柜和中压电流互感器等组成，二次设备是自动控制、数据采集、故障定位、检测计量、通讯等。

配电网的智能装备整体解决方案一次性解决配电网单相接地故障定位技术、保障配电网操作人身安全。

1、电网智能装备是具有感知、分析、推理、决策、控制功能的先进装备，它是先进制造技术、信息技术和智能技术的集成和深度融合，而且是智能电网建设的必不可少的关键装备。

2、装置能够根据采集的电流大小及设置的定值，判别故障电流（单相、相间、接地），据此得出故障信息，并把这些故障量送往配电网控制中心，为故障分析、判断和负荷转移提供依据，并配合配电控制中心，进行故障隔离和非故障区段的供电。故障信号能以遥信形式快速闭锁装置，以故障指示灯点亮报警。然后永久保存在DTU 装置内，通过随机管理软件随时现场读取。

（1）故障信息用于指示故障区段，特别的逻辑能够判断出是瞬时故障还是永久故障，故障指示器就是用信号灯直观快速表明线路故障的类型，是故障信息的可视化标示。

（2）发生瞬时故障时，按恢复按钮故障指示器信号解除。发生永久故障时，按恢复按钮也无法解除故障信号。

（3）故障信息包括起始时间、故障电流大小、结束时间、过流的次数以及故障是瞬时的还是永久的。

（4）故障信息指示器能够检测故障发生在上级，从而给出正确的故障信息。

（5）检测故障的回路有检测电压、电流的方式和只检测电流的方式。