配電網(wǎng)單相接地故障定位方法探究

【摘要】對配電網(wǎng)單相接地故障定位方法進(jìn)行探究有利于電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行，保證配電網(wǎng)在結(jié)構(gòu)復(fù)雜和分支增加的情況下仍能夠有效穩(wěn)定地工作。文章通過介紹目前單相接地故障的定位方法，在分析各種方法工作原理的基礎(chǔ)之上，討論了各個方法的優(yōu)缺點(diǎn)，旨在為單相接地故障的定位工作提供借鑒。

【關(guān)鍵詞】配電網(wǎng);單相接地;故障定位方法

1.引言

隨著電力系統(tǒng)的不斷發(fā)展，電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)復(fù)雜度和分支數(shù)量不斷增加，因此，一旦系統(tǒng)中某個環(huán)節(jié)出現(xiàn)故障，將會帶來巨大的經(jīng)濟(jì)損失，甚至可能是人身傷害。快速準(zhǔn)確地對故障進(jìn)行定位，對電力系統(tǒng)的安全性、可靠性等非常重要。

國內(nèi)的配電網(wǎng)中廣泛采用的都是小電流接地方式，絕大部分的電力故障都是為單相接地故障，而又由于電壓等級不同導(dǎo)致的系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)不盡相同，因此，選擇合理有效地故障定位方法尤為重要。目前國內(nèi)配電網(wǎng)采用的故障定位方法有故障測距法、注入法、綜合定位法等等。下面將對一些故障定位方法進(jìn)行詳細(xì)討論。

2.故障測距法

故障測距法是指測量線路檢測點(diǎn)位置到故障發(fā)生點(diǎn)位置之間的距離來進(jìn)行故障定位，按照其工作原理可分為行波定位法、阻抗定位法和故障指示器定位方法。

2.1 行波定位法

行波在線路上進(jìn)行傳播，正常工作時，行波電壓與電流的比值是不變的，但當(dāng)線路的某一節(jié)點(diǎn)處的參數(shù)或是波阻抗在發(fā)生了變化，則行波在此突變點(diǎn)處就會產(chǎn)生部分或是全部的折射或者反射現(xiàn)象，而這個突變點(diǎn)就叫做波阻抗不匹配點(diǎn)。行波法的故障測距原理是：根據(jù)行波的傳輸理論，利用行波在波阻抗不匹配點(diǎn)發(fā)生折射和反射的情況，并根據(jù)波速和時間來對故障進(jìn)行定位。

行波定位法的關(guān)鍵是找到故障點(diǎn)反射行波的波頭，但是，實(shí)際配電網(wǎng)中的行波衰減和畸變的情況都比較嚴(yán)重、行波波頭無法準(zhǔn)確辨識，這就使得行波定位法無法適用于多分支以及大過渡電阻的故障定位工作。

2.2 阻抗定位法

阻抗法時間故障測距的工作原理是：假設(shè)電力系統(tǒng)的工作線路是均勻的，根據(jù)故障時測得的電壓和電流來計算此回路的阻抗值，并利用線路阻抗值與線路的長度成正比這一既定關(guān)系，就可測得計量點(diǎn)與故障發(fā)生點(diǎn)之間的距離大小。

阻抗法的測量方法簡單，消耗資金少，但是阻抗法收到的電源參數(shù)、線路負(fù)荷等因素的影響比較大，導(dǎo)致測得的距離誤差大于理想情況下的誤差標(biāo)準(zhǔn)，并且受故障點(diǎn)電阻干擾，導(dǎo)致測距精度問題嚴(yán)重。所以，用根據(jù)實(shí)際的工作環(huán)境合理地選擇阻抗法進(jìn)行故障測距。

2.3 故障指示器定位方法

故障指示器定位方法的工作原理是：通過檢測配電線路的故障電流來指示故障發(fā)生的出線、分支和區(qū)段。該方法適用于短路故障，可是接地故障特別是高阻接地時，故障信號很弱，這將會導(dǎo)致指示器無法可靠工作。所以，故障指示器定位方法并不能廣泛運(yùn)用。

因上述幾種定位方法不能滿足當(dāng)今配電網(wǎng)中對單相接地故障定位的要求，所以，現(xiàn)通過研究影響配電網(wǎng)故障定位的各種因素，提出了以下幾種方法來對故障進(jìn)行定位，保證配電網(wǎng)絡(luò)的安全運(yùn)行。

3.注入法

注入法的運(yùn)用原理是：配電網(wǎng)系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障后，人為地通過母線電電壓互感器向故障電路發(fā)生的故障一相注入電流信號（如圖1所示），并根據(jù)注入信號流動的特點(diǎn)，利用信號探測儀器追蹤注入信號的路徑，以實(shí)現(xiàn)故障定位。

圖1 故障線路線號的注入示意圖

這里，將注入法又分為交流注入法和直流注入法。

3.1 直流注入故障定位方法

直流定位法的故障定位原理是：先將故障線路注入直流電流，再通過對各個分支節(jié)點(diǎn)處分支電流的強(qiáng)度檢測來確定故障發(fā)生的路徑，進(jìn)而沿著故障路徑做相同的檢測工作，最終確定故障發(fā)生點(diǎn)。

圖2為配電網(wǎng)的拓?fù)鋱D，現(xiàn)通過圖2來對直流注入法進(jìn)行分析和理解。

圖2 配電網(wǎng)拓?fù)?/p>

現(xiàn)定義從直流信號的注入點(diǎn)到故障發(fā)生點(diǎn)的路徑為故障路徑，如圖中的O-A-B-故障點(diǎn)，同時定義故障點(diǎn)鄰近兩節(jié)點(diǎn)間的線路為故障段，如圖中的B-G。當(dāng)發(fā)生單相接地故障時，先通過選線裝置選擇故障線路，并將其安全退出;然后在變電站的故障線路的故障相上接入電流源，調(diào)節(jié)電壓維持毫安級的電流;最后再檢測線路的第一個分支點(diǎn)（圖中A點(diǎn)）下游的各分支的故障相直流電流強(qiáng)度。

因AC及其下游支路沒有接地點(diǎn)，可將其等效為電容，對于穩(wěn)態(tài)直流來說，有電容的線路相當(dāng)于開路，所以，理論上AC支路上無電流通過;AB支路因下游有接地故障發(fā)生點(diǎn)，而流過較大的直流電流，所以，根據(jù)AC和AB的電流強(qiáng)度可以確定AB是在故障路徑上;再沿故障路徑對B點(diǎn)進(jìn)行與A點(diǎn)相同的檢測，可判斷故障發(fā)生在BG線路上;最后檢測G點(diǎn)下游2個支路，無電流信號，進(jìn)而可確定BG為故障段。電流源要如圖所示連接，一端接地，另一端接到線路故障相上。

3.2 交流注入故障定位方法

交流注入法的故障定位原理是：當(dāng)配電網(wǎng)單相接地故障發(fā)生后，將特定的電流信號通過母線傳感器注入到故障相，然后再利用指定的電流信號探測裝置沿線路對注入的電流信號進(jìn)行追蹤，通過區(qū)別非故障線路與故障線路電流信號的不同來實(shí)現(xiàn)故障定位。

但是，隨著配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的愈加復(fù)雜以及分支數(shù)量的不斷增加，分布電容的分流作用也同時增加，故障點(diǎn)的電流信號與電容的電流信號的間的差值不斷減小，甚至出現(xiàn)分布電容的電流大于故障點(diǎn)的電流的情況。這就導(dǎo)致非故障分支的電流相對電容電流的值較大，不利于對發(fā)生故障的判斷。

S注入法是交流注入法的一種，其故障定位的原理是：將特定的電流信號通過母線傳感器注入到故障相，注入信號的基波頻率應(yīng)介于工頻信號的n次和n+1次諧波之間，然后再利用指定的電流信號探測裝置來對線路進(jìn)行巡查，進(jìn)而定位出故障線路和故障點(diǎn)。經(jīng)實(shí)踐證明，S注入法在當(dāng)接地點(diǎn)的過渡電阻不大于時，對于故障定位工作的確有效，而當(dāng)過渡電阻值大于時，S注入法的效用會降低，當(dāng)過渡電阻持續(xù)增大，此方法效用將會逐漸降低直到完全失效。所以，S注入法的適用范圍是有限的，適用于小范圍故障定位。

4.單相接地故障綜合定位法概述

因配電網(wǎng)線路大多采用中性點(diǎn)不直接接地的系統(tǒng)，當(dāng)發(fā)生單相接地故障時，故障電流小，故障特性復(fù)雜，檢測到的故障特征量具有很大的不確定性等情況。針對故障線路的特征，應(yīng)考慮使用分步對故障進(jìn)行定位，將幾種定位方法相結(jié)合的綜合定位方法。該方法利用不同定位方法的互補(bǔ)性來提高單相接地故障定位的有效性與準(zhǔn)確性。

4.1 行波法與直流注入法結(jié)合

將行波法與直流注入法相結(jié)合的綜合定位方法，對于故障定位要優(yōu)于其中任何一個方法。此綜合故障定位方法的思路是先計算故障發(fā)生的距離，再找出故障發(fā)生的分支線路。具體方法是：先用行波法，分別從線路的兩端注入脈沖信號，并分別求出相應(yīng)的可能存在的故障點(diǎn)，然后再用直流注入法確定故障發(fā)生的路線，得到結(jié)果。

4.2 直流注入法與交流注入法結(jié)合

交流注入法對定位小范圍內(nèi)的故障具有很好的效果，而直流注入法可以在在較大范圍內(nèi)進(jìn)行故障區(qū)域劃分且不受線路長度的限制。因此，先通過直流注入法進(jìn)行故障區(qū)域的判斷，再通過交流注入法進(jìn)行故障點(diǎn)的判斷，即可準(zhǔn)確判斷出故障發(fā)生點(diǎn)，完成定位。

5.結(jié)束語

電網(wǎng)規(guī)模的擴(kuò)大，導(dǎo)致電力系統(tǒng)單相接地故障的發(fā)生復(fù)雜度也逐漸增加，進(jìn)而對于故障定位的研究方法也需要不斷改進(jìn)。文章介紹了幾種基本的故障定位方法，并以此為基礎(chǔ)，對綜合故障定位方法進(jìn)行了展望。相信在未來的配電網(wǎng)單相接地故障定位工作中，綜合定位方法一定會是行之有效的途徑。

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作者簡介：鄺慕輝（1983—），男，廣東江門人，工程師，主要從事配網(wǎng)運(yùn)行管理及施工現(xiàn)場質(zhì)量、班組安全管理工作。