基于GOOSE智能消弧线圈接地选线技术及应用

基于GOOSE智能消弧线圈接地选线技术及应用

吕亮赵川江傅三川施月泉

（国网绍兴供电公司浙江绍兴312000）

摘要：本文基于智能变电站一次设备智能化和二次设备网络化的特点，对比分析智能接地选线系统实现方式，提出消弧线圈及接地选线成套装置智能化的实施方案。借助目前现有智能变电站架构体系，依靠IEC61850标准实现智能测量和网络控制，实现消弧线圈及接地选线成套装置的智能化，并利用实际工程验证了该方案的可行性。

关键词：智能变电站；消弧线圈；IEC61850；智能接地选线。

0引言

智能配电网主要是由架空线路、电缆线路、智能变电站、各种监测设备及分布式电源组成，其网络结构非常复杂，且分支线路较多，很容易发生单相短路故障[1]，为了补偿因电力线路输电而产生的较大电容电流以及实现接地选线功能，基本都配置了消弧线圈及接地选线成套装置。在基于IEC61850标准的智能变电站的建设中，合并单元、电子互感器、智能终端和交换机等设备大量应用，相对于传统变电站其技术形态和设备形态发生了巨大变革：一次设备智能化和二次设备网络化[2]。实现消弧线圈及接地选线成套装置的智能化，已成为智能变电站建设的迫切需求。

1小电流接地选线系统现状

我国6kV-66kV配电网多数为小电流接地方式，其中66kV和35kV电网主要采用中性点经消弧线圈接地方式。针对配电网故障选线问题，很多学者先后开发出了基波比幅比相法、五次谐波法、小波分析法、注入信号法等原理的新型选线装置[3-5]。但现有的配电网选线装置现场运行效果并不令人满意，准确率低，达不到智能配电网快速准确选线的要求。同时也有人提出通过零序电流比幅比相法来选线，或基于五次谐波突变量作为故障选线的判据[6]，但随着系统分布式电源接入带来的助增电流，接地电容电流往往较小不易检测，且接地引起的零序电流提取受系统中性点接地方式、馈线出线形式、过渡电阻、故障时刻电压等影响，单一的故障选线方法实际运行中的选线结果并不理想。对此有学者提出利用多种故障信息联合判断选线方法算法，其中最受关注的为基于神经网络算法信息融合故障选线模型[7]，然而，传统的神经网络算法由于网络结构复杂，当遇到大系统，输入向量位数较高时，面临网络训练时间过长的问题。目前配电网多采用拉路法与人工巡线查找接地线路和故障点的方式来排除故障，多不符合目前发展智能配电网自动化的要求。

2并联中电阻选线原理

并联中电阻选线法是在消弧线圈旁通过开关并联一个电阻，发生单相接地后，若为瞬时性接地，消弧线圈零延时对电容电流进行补偿，将残流控制在安全范围内，使故障得以自动消除。若是永久性接地故障，装置延时后（一般设为10s）投入并联中电阻（投入时间设置为500ms），通过测量零序电流的变化进行选线，选线结束后，迅速跳开中电阻。当电网发生非金属性单相接地故障后，其等值电路如图1所示。根据戴维南定理，其接地电流及中性点位移电压为：

在谐振接地系统中，当消弧线圈装置没有采取并联电阻或其他措施进行故障选线时，由于电容电流被消弧线圈补偿，装置容易发生误选，而投入并联中阻后，其故障线路的阻性电流并未补偿，在消弧线圈并联中阻前后故障线路上零序电流变化较大，有利于故障选线。

3智能接地选线实现方式分析

智能变电站中智能接地选线主要实现方式可分为两种：一种是通过配电自动化监控后台利用站控层MMS网络获取数据来实现；另一种是利用消弧智能控制器通过过程层GOOSE网络获取数据来实现。

3.1监控后台实现智能选线方式

通过配电自动化监控后台来实现智能接地选线的方式主要方案是：当后台接到故障接地告警后，首先后台程序先判断故障类型，然后通过站控层MMS网络发送投切中电阻命令，获取配电网中各支路其它厂家设备发送的零序电流有效值3I0信号，最后由后台利用所收取的3I0信号判断接地故障线路。该方案实现方式的主要特点是：（1）可以不配置过程层网络，但必须配置站控层MMS网络，可充分体现智能变电站网络化和信息共享的特点，如图3所示；（2）零序电流是以MMS报文传送至站层网络；（3）通过站控层MMS网方式实现智能选线，实时性差；（5）需与消弧控制器配合控制。

3.2智能控制器实现智能选线方式

在IEC61850标准中，GOOSE报文不仅可以传送开关量，还可以传输模拟量。消弧智能控制器利用GOOSE这一特点，通过智能变电站配置的过程层GOOSE网络获取零序电流有效值3I0信号。具体实现方案是：当消弧智能控制器接到故障接地告警后，消弧智能控制器先判断故障类型，然后发送投切中电阻命令，消弧智能控制器利用过程层GOOSE网络获取零序电流有效值3I0信号，10/35kV线路零序电流互感器输出模拟信号接入就地布置的测控保护单元中，测控保护单元接入过程层GOOSE交换机，如图4所示。该方案实现方式的主要特点是：（1）节约了大量零序电流信号控制电缆；（2）零序电流就地数字化后，经光缆传送零序电流有效值3I0信号至智能控制器，抗干扰能力大大增强；（3）利用过程层中已有的GOOSE交换机，无需新增设备；（4）但是测控装置必须具有零序电流的GOOSE输出功能。

4.1消弧线圈就地智能化

（1）交流采样值信号数字化

就地智能单元采集消弧线圈电流互感器及电压互感器的二次信号，以DL/T860-9-2标准报文通过光纤传输给位于二次设备室的智能消弧线圈控制装置。

（2）档位及控制信号数字化

就地智能单元采集档位信息并以GOOSE报文传送给智能消弧控制装置，如表1所示。

智能消弧线圈控制装置根据实际运行情况，通过GOOSE报文向就地智能单元发送有载开关档位控制命令。

4.2接地选线的智能化

采用并联中电阻的方法，每条线路的测控装置采集线路零序电流有效值3I0信号，通过GOOSE服务传送至网络，智能消弧线圈控制装置从网络实时接收通过GOOSE报文上送的零序电流有效值3I0信号。线路正常情况下，零序电流有效值3I0信号较小，GOOSE报文保持10s心跳时间，当线路发生接地或中电阻投入、切除时，3I0数据发生变化，当数据变化超过5%时，将以GOOSE报文将3I0数据立即上传，智能消弧线圈控制装置利用从网络实时接收的3I0数据综合判断接地线路。

5结论

本文就智能变电站消弧线圈及小电流接地选线的智能化方案进行了探讨，提出了消弧线圈及小电流接地选线智能化实现方案，实现了一次设备与二次设备之间完全通过光缆连接，提高了数据传输稳定性；采用完全符合IEC61850标准的数据交换格式，实现了设备通讯标准化的要求；利用GOOSE报文，实现了间隔层到站控层的遥信遥测数据交换，支持站控层到间隔层的控制数据交换；该方案具有既可广泛用于用于新建智能变电站又可用于改造传统变电站。文章最后结合工程应用实例给出了消弧线圈及小电流接地选线智能化方案，并验证了所提方案的实用性，对今后智能消弧线圈及小电流选线系统具有指导意义。

参考文献：

[1]秦立君，马其燕．智能配电网及其关键技术[M]．北京：中国电力出版社，2010：2-6

[2]徐丙垠，李天友．智能配电网与配电自动化[J]．电力系统自动化，2009，33（17）：38-41

[3]程路，陈桥夫．小电流接线选线单相接线选线技术综述[J]．电网技术，2009，33（18）：219-224

[4]明志强，许虎．经消弧线圈接线系统的中电阻快速接地选线方法[J]．电网技术，2009，33（12）：112-114

[5]窦春霞．基于信息融合的电力系统故障检测及稳定控制研究[D]：[燕山大学硕士论文].秦皇岛：燕山大学，2005：14-17

[6]薛永端，冯祖仁．基于暂态零序电流比较的小电流接地选线研究[J]．电力系统自动化，2003，27（9）：48-53

[7]申东滨．中低压配电网单相接地故障检测技术与装置的研究[D]：[山东大学硕士学位论文]．山东：山东大学，2005：6-9

作者简介：

吕亮（1983－），男，浙江绍兴，工程师，从事变电站电气设计和管理工作。

赵川江（1968－），女，浙江绍兴，高级工程师，从事变电站电气设计和管理工作。

傅三川（1961－），男，浙江绍兴，高级工程师，从事变电站电气设计和管理工作。

施月泉（1962－），男，浙江绍兴，高级工程师，从事输变电管理工作。