淺析配電網(wǎng)接地故障的解決方案

丁進軍，李方臨

（西安供電局，西安 710032）

淺析配電網(wǎng)接地故障的解決方案

丁進軍，李方臨

（西安供電局，西安 710032）

0 引言

小電流接地系統(tǒng)具有供電可靠性高、故障時對設備沖擊小的優(yōu)點，因而在我國配電中應用廣泛。但配電網(wǎng)發(fā)生單相接地故障十分頻繁，如不及時選出故障線路，找到故障點，隔離故障，將影響系統(tǒng)安全運行，導致設備損壞，同時直接影響供電可靠性。

由于配網(wǎng)結構日趨混雜、中性點經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)單相接地故障特征不明顯和接地狀態(tài)不穩(wěn)等原因，配網(wǎng)接地故障選線一直沒有得到很好的解決，其故障定位更是無從談起。

1 目前現(xiàn)狀

小電流接地系統(tǒng)單相接地故障選線一直是繼電保護領域研究的難點和熱點，國內(nèi)外的學者對小電流接地選線問題進行了大量研究，提出了多種選線方案，但實用性與普及性有限。在西安市配電網(wǎng)所有故障中，所占比例最大的就是單線接地故障，據(jù)統(tǒng)計2008年接地故障數(shù)量約占全部故障的40%。而調(diào)度指揮機構，仍廣泛采用最傳統(tǒng)的分割電網(wǎng)法和拉路試驗法，即發(fā)現(xiàn)變電站10kV母線存在接地故障后，首先縮小接地電網(wǎng)的范圍，分割母線，判斷接地線路在哪一段母線上，然后通過對逐條饋路進行拉推的方法判斷出接地線路，最后由線路運行部門對接地線路進行查線，直至查出故障點。這種方法最大的弊端就是查找接地時間長，正常線路有短暫停電過程，并且因為接地線路電壓變化，容易造成電網(wǎng)設備及用戶設備損壞。由于查找接地時間過長，短則1h，長則超過4h，嚴重影響了客戶正常用電以及供電可靠性。

縮短接地故障查找時間，采用更為先進的查找方法，勢在必行。

2 解決方案

配網(wǎng)發(fā)生單相接地時，可以在母線的非故障相與地間通過信號源短時注入特殊信號，通過檢測故障線中短時存在的特殊信號選擇故障線，這樣就可以根據(jù)在線路干線及其分支線上安裝的故障指示儀的動作情況查找故障點。

注入信號源任務是向檢測線路上發(fā)送一個固定頻率、一定功率的信號，其輸出信號有兩種：1）直流高壓信號（輸出電壓：10kV，輸出功率：50W）；2）低壓交流信號（輸出頻率：125Hz；輸出功率：20W）。

信號發(fā)生裝置電路分為4部分（見圖1）：1）頻率發(fā)生裝置。頻率為125Hz，通過對晶振發(fā)出的頻率進行分頻得到。優(yōu)點為頻率穩(wěn)定可靠，容易實現(xiàn)信號發(fā)生裝置與信號檢測裝置信號頻率嚴格一致。2）功率放大及升壓部分。為使線路上產(chǎn)生可靠的短路和使電路上有足夠大的電流以確保檢測的可靠性，實驗證明純電阻接地時其被檢測線路上通過的最小電流的有效值不得小于20mA、間隙接地時輸出的高壓信號不得低于8kV。3）控制與顯示部分。此部分為信號發(fā)生裝置的輔助部分，主要完成參數(shù)顯示、信號發(fā)生裝置的運行狀態(tài)及參數(shù)修正功能。4）掛線部分。此部分將信號發(fā)生裝置輸出的信號加到輸電線路上。

信號檢測裝置是小電流接地檢測的核心，其目的是將信號發(fā)生裝置發(fā)送的特殊頻率信號產(chǎn)生的電流有效值及間歇放電時產(chǎn)生的脈沖個數(shù)檢測出來，并傳給上位機進行數(shù)據(jù)采集分析。

數(shù)據(jù)分析中心通過前端采集裝置發(fā)回的信息，可顯示出線路的運行狀況并在發(fā)生故障時判斷并直觀的顯示出線路的故障區(qū)段。

在數(shù)據(jù)分析中心判斷出發(fā)生單相接地故障的區(qū)段后，使用接地點故障巡查裝置可迅速準確的將發(fā)生故障的位置精確的定位在某一基桿塔。

圖2 信號注入工作原理

如圖2所示，當發(fā)生純電阻小電流接地時，信號發(fā)送裝置E1所輸出的特殊頻率信號電流I1>>0，而I2=0，因此，分別通過裝置1，2，…，8采集的線路上的信號電流大小，在接地點前后產(chǎn)生突變，其突變點就是小電流接地點。

當發(fā)生間隙放電小電流接地時，信號發(fā)送裝置E1所輸出的特殊頻率信號能量所引起放電脈沖方向如圖2中箭頭所示，在接地點前后脈沖方向相反，其突變點就是小電流接地點。

在實際工作中，將信號發(fā)生裝置所發(fā)出的功率信號加載在線路上之后，通過數(shù)據(jù)分析中心啟動線路信號檢測裝置，對線路信號進行數(shù)據(jù)采集，采集完成后，數(shù)據(jù)分析中心對所采集數(shù)據(jù)進行分析，判斷并顯示出小電流接地故障區(qū)段。最后，由人工用接地點故障巡查裝置確定具體的小電流接地線段。

3 關鍵技術

注入信號源及其控制系統(tǒng)的研制，包括信號源發(fā)出信號強度和特征的確定、信號源接入系統(tǒng)的具體方式等關鍵技術。對于信號源所發(fā)出信號強度的控制，太弱則不易檢測，太強則會影響繼電保護，導致繼電保護裝置誤動作。

注入信號源，信號較強，為20～50A（不同于S注入法只有毫安級），能可靠保證選出故障線，且不會使繼電保護裝置誤動作；注入的方法可以采用經(jīng)電阻和電子器件短接非故障相，或者短接變壓器中性點的方式實現(xiàn)信號的注入。注入的信號選擇為“直流”，避免網(wǎng)絡規(guī)模大小不同，電容大小差異大，導致注入的信號無法識別或不好控制；同時電容能隔離直流信號，從而保證注入的信號只經(jīng)過故障線到達故障點，再經(jīng)過大地返回，保證了選線方法可適用于所有規(guī)模的網(wǎng)絡，且可靠性高。

開發(fā)選線裝置，綜合信號檢測、處理和通信功能，其關鍵技術在于信號源所發(fā)出特定信號的檢測，并能夠據(jù)此選出故障線。故障指示儀的研制，除具有感應信號源注入信號的功能，還能動作于信號，便于快速正確選擇故障點。

4 創(chuàng)新點

1）在接地故障發(fā)生時，通過信號源短時注入特定信號，進行故障選線，具有100%的成功率。

2）該方案可同時用于中性點不接地和經(jīng)消弧線圈接地的配電網(wǎng)系統(tǒng)。

3）該方案集故障選線和定位于一體，有利于提高自動化水平。

5 效益分析

本方案面向電網(wǎng)實際運行問題，著眼于解決困擾繼電保護多年的技術難點。通過提高選線成功率和實現(xiàn)故障點快速定位來提高供電安全性和可靠性，對供電部門和電力客戶均具有巨大的經(jīng)濟和社會效益。由于我國絕大多數(shù)配電網(wǎng)均采用不接地系統(tǒng)，因此本方案可推廣性強，能滿足供電部門的迫切需要，因此本項目的成果具有重要的實用價值和廣闊的應用前景。

結合西安供電局實際情況，2007年上半年共3座110kV變電站YH損壞，14個站發(fā)生YH保險熔斷20次，多數(shù)由于10kV線路單相接地導致諧振所致，影響電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行。在2006年5月，110kV振興變電站由于10kV出線不完全接地產(chǎn)生間歇性弧光過電壓，因未能快速選線并隔離故障，導致變電站10kV YH間隔燒毀，嚴重影響電網(wǎng)安全運行、客戶正常用電。因此本方案對變電站設備安全運行具有重要的實用價值和廣闊的應用前景。

[1]何金良.電力系統(tǒng)接地技術[M].北京：科學出版社，2003.

[2]要煥年，曹梅月.電力系統(tǒng)諧振接地[M].北京：中國電力出版社，2000.

[3]束洪春.配電網(wǎng)絡故障選線[M].北京：機械工業(yè)出版社，2008.

Solutions for the Grounding Fault of the Electric Distribution Network

DING Jin-jun,LI Fang-lin
（Xi’an Power Supply Bureau,Xi’an 710032，Shaanxi Province,China）

The small current grounding system has high reliability and is less impact on the distribution equipments when breakdown. However, the single phase groundinghas been the major factor for the fault ofthe distribution network stability for a longtime. The solutions for the operation stability of the distribution network were presented by analyzing the distribution network and grounding fault. As the result, high quality power supply service might be provided for the clients to make distribution network operate safely and reliably.

distribution network；grounding；fault；solution

小電流接地系統(tǒng)具有供電可靠性高、故障時對設備沖擊小的優(yōu)點，但單相接地是長期困擾配電網(wǎng)穩(wěn)定運行的主要故障之一。通過研究目前配電網(wǎng)現(xiàn)狀及接地故障現(xiàn)象，提出解決方案，使配電網(wǎng)更加安全可靠運行，為廣大客戶提供優(yōu)質(zhì)供電服務。

配電網(wǎng)；接地；故障；解決

1674-3814（2010）04-0049-03

M862

B

2009-04-08。

丁進軍(1974—)，男，西安供電局工程師。

（編輯 李 沈）