10kV架空線路單相接地故障的定位方法分析

摘要：10kV架空線路單相接地故障會(huì)引發(fā)多方面的問題，不僅影響供電系統(tǒng)的安全運(yùn)行，也會(huì)造成其他方面的故障問題，甚至引發(fā)多相線路故障，必須加大對(duì)10kV架空線路單相接地故障定位方法的研究力度。文章首先分析了10kV架空線路單相接地故障定位與選線的必要性，然后探究了具體的故障定位方法。

關(guān)鍵詞：10kV架空線路；單相接地故障；供電系統(tǒng)；故障定位；故障選線 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：TM726 文章編號(hào)：1009-2374（2015）29-0129-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.29.065

1 10kV架空線路單相接地故障定位的意義

10kV架空線路發(fā)生單相接地故障頻率較高，故障發(fā)生后可能造成故障跳閘，電氣裝置損壞、繼電保護(hù)性設(shè)備不動(dòng)作，配電線路大規(guī)模斷電等問題。這些故障問題的出現(xiàn)會(huì)為配網(wǎng)帶來巨大的經(jīng)濟(jì)損失，引發(fā)較為復(fù)雜的事故與傷亡問題。引發(fā)架空線路故障問題的原因十分復(fù)雜，其中單相接地故障就是主要原因之一。

單相接地故障會(huì)引發(fā)多方面的危害性問題，具體體現(xiàn)在：

第一，因?yàn)楝F(xiàn)階段大多數(shù)10kV輸電線變壓器一端選擇三角形接法，尚未設(shè)置消弧線圈，某一線路出現(xiàn)單相接地故障，其他線路對(duì)地工頻電壓就會(huì)相對(duì)上升，使得用電設(shè)備走向過電壓運(yùn)行模式，從而形成兩點(diǎn)、多點(diǎn)的故障短路以及相間短路問題，造成嚴(yán)重的跳閘停電問題，也可能導(dǎo)致電纜燒毀，引發(fā)嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失性

問題。

第二，通常的配電網(wǎng)都選擇中性點(diǎn)接地模式。一旦線路出現(xiàn)單相接地故障，因?yàn)闊o法形成低阻抗短路回路，就會(huì)導(dǎo)致接地短路電流變小，出現(xiàn)小電流接地的問題，更重要的是電網(wǎng)結(jié)構(gòu)一般呈現(xiàn)出樹形結(jié)構(gòu)，單端電源供電。因此，一旦出現(xiàn)單相接地故障，則很難判斷究竟故障所在的具體相路、方位，也就是無法準(zhǔn)確定位故障位置?，F(xiàn)階段，針對(duì)這一問題依然選擇拉路法，依靠這一方法來實(shí)施單相接地選線，或者通過人工巡視的方法來目測(cè)故障接地的具體位置，這無疑會(huì)加劇供電部門故障排除的成本投入，也影響供電恢復(fù)的時(shí)間，從而引發(fā)更為嚴(yán)重的單相接地問題。

從以上分析能夠看出，10kV架空線路單相接地故障問題不僅會(huì)影響架空線路自身的運(yùn)轉(zhuǎn)與運(yùn)行，影響供電質(zhì)量，還可能造成其他較為嚴(yán)重的供電系統(tǒng)危害和風(fēng)險(xiǎn)，而且當(dāng)前的故障定位技術(shù)也相對(duì)落后，無法同現(xiàn)代化自動(dòng)化的電力系統(tǒng)相適應(yīng)，亟待改進(jìn)和發(fā)展。因此，必須加強(qiáng)10kV架空線路單相接地故障的定位技術(shù)和方法的研究，發(fā)揮這些方法的積極作用。

2 10kV架空線路單相接地故障的定位方法

2.1 以往的故障定位模式

10kV架空線路配電網(wǎng)單相接地故障定位通常采用人為的巡檢的方法，故障查找工作者要圍繞故障線路來巡查、尋找，逐漸排除發(fā)現(xiàn)故障點(diǎn)，最終解決故障。這樣的方法往往會(huì)延長(zhǎng)時(shí)間，也會(huì)加大人力、物力等的投入與消耗，而且會(huì)影響用戶的正常用電，影響供電服務(wù)質(zhì)量。由此可見，傳統(tǒng)的單相接地故障定位方法具有一定的局限性，需要改進(jìn)和優(yōu)化。

2.2 改進(jìn)后的故障定位模式

2.2.1 阻抗法。當(dāng)故障發(fā)生時(shí)，可以通過測(cè)量故障線路的電流、電壓，來計(jì)算故障回路的阻抗，再假設(shè)架空線路為均勻性，其長(zhǎng)度與阻抗則成正比，根據(jù)這一關(guān)系，就能大致計(jì)算得出故障線路的位置。這一故障定位法最明顯的優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在：成本低、簡(jiǎn)便安全；然而其也存在缺陷，那就是很容易受到路徑阻抗、電源參數(shù)等因素的影響。通常阻抗法適合應(yīng)用在結(jié)構(gòu)相對(duì)基礎(chǔ)、線路較為清晰、簡(jiǎn)單的架空線路中。同時(shí)，阻抗法還存在一些弱點(diǎn)，那就是不能有效識(shí)別真正的故障點(diǎn)，也無法及時(shí)排除偽故障點(diǎn)。因此，阻抗法不適合用在分支較多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的配網(wǎng)線路中，一般來說，阻抗法只作為一種附加的輔助性方法用在架空線路單相接地故障定位，將阻抗法同S注入法、行波法等有效配合起來，能夠更加有效地定位故障。

2.2.2 注入法。交流注入法的具體工作過程為：依靠重合器將發(fā)生故障的線路隔離出來，再輸入高壓信號(hào)，并使電流控制在100～200mA。再利用檢測(cè)器順著架空線路來逐級(jí)檢查，自隔離部位的初始位置開始到末尾慢慢檢查，一旦發(fā)現(xiàn)被檢測(cè)區(qū)段的前后存在兩倍以上的信號(hào)差，就能初步斷定故障點(diǎn)大概在這一位置。這種檢測(cè)方法也存在一些缺點(diǎn)和弊端，這是由于通常情況下，架空線路和地面之間存在一定距離，更長(zhǎng)的距離達(dá)到10米，期間電流也相對(duì)較小。然而，因?yàn)樗鶞y(cè)算的信號(hào)同流經(jīng)線路的信號(hào)之間成正比。這種定位檢測(cè)方法無需過高的精度，對(duì)于故障點(diǎn)附近較為明顯、強(qiáng)度較高的信號(hào)，檢測(cè)器就能將其準(zhǔn)確地檢測(cè)出，進(jìn)而科學(xué)定位故障點(diǎn)，具體的信號(hào)源結(jié)構(gòu)圖如1所示：

圖1 信號(hào)源結(jié)構(gòu)圖

在線路所處的方位設(shè)置交流信號(hào)源，如上圖1所示，其中R代表變頻器，主要發(fā)揮著信號(hào)轉(zhuǎn)換的作用，能夠?qū)?0Hz的信號(hào)轉(zhuǎn)換成60Hz，以此為基礎(chǔ)將信號(hào)輸入線路重合器內(nèi)，測(cè)出PT，故障處隔離重合器的一端通常帶電，其中T代表升壓變壓器，主要功能就是提升電壓，把發(fā)生故障的那一相線路同交流輸出一側(cè)鏈接起來，對(duì)應(yīng)的輸入端接地，再注入60Hz、100～200mA的

信號(hào)。

S注入法也是一種故障定位方法，具體原理如圖2

所示：

圖2 S注入法

如果配網(wǎng)處于常規(guī)工作狀態(tài)，那么UAN=UBN=UCN=U0假設(shè)A相發(fā)生短路故障，那么則有UAN=0，UBN=UCN不等于0，此時(shí)則應(yīng)該參照相電壓的變化，從而分析得出故障的位置，也可以朝A相注入電流，那么其中就產(chǎn)生了電流，再途徑接地點(diǎn)F接地。因?yàn)榘l(fā)生故障的A相會(huì)出現(xiàn)磁場(chǎng)，對(duì)應(yīng)來找出故障點(diǎn)。

2.2.3 行波法。架空線路出現(xiàn)故障問題時(shí)，會(huì)對(duì)應(yīng)出現(xiàn)行波，可以根據(jù)行波在母線與故障點(diǎn)間來回往返所花費(fèi)的時(shí)間來對(duì)應(yīng)測(cè)算故障的實(shí)際距離，或者通過分析行波抵達(dá)線路兩側(cè)的時(shí)間差來對(duì)應(yīng)測(cè)算出故障距離。這種故障定位法就是行波法，主要的行波法包括四

大類。

A類行波定位：就是通過依靠故障發(fā)生時(shí)出現(xiàn)的行波來具體分析單端故障所在的位置。B類行波定位：就是通過依靠故障發(fā)生時(shí)出現(xiàn)的行波來具體分析雙端故障所在的位置。C類行波定位：當(dāng)線路發(fā)生故障后，認(rèn)為地把脈沖信號(hào)輸入。E型行波定位：當(dāng)單線接地故障出現(xiàn)后，在開關(guān)重合閘的一剎那來輸入電流脈沖。

同時(shí)，行波的運(yùn)行會(huì)受到故障點(diǎn)的干擾，因?yàn)槲挥诠收宵c(diǎn)之前和之后的波形會(huì)差異較大，位于故障點(diǎn)的相位差也會(huì)發(fā)生畸變，在已經(jīng)定位故障區(qū)域的基礎(chǔ)上，憑借行波能量對(duì)應(yīng)發(fā)現(xiàn)故障點(diǎn)。由于10kV配網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單、穩(wěn)定，根據(jù)S、V的關(guān)系，能夠知道行波達(dá)到故障點(diǎn)的時(shí)長(zhǎng)，對(duì)應(yīng)算出行波能量。假設(shè)故障區(qū)域的行波能量忽然上升，則意味著能量較高的點(diǎn)為故障點(diǎn)，具體可以運(yùn)用以下公式計(jì)算：

式中：i為節(jié)點(diǎn)行波；j為頻帶；x為離散點(diǎn)個(gè)數(shù)。

行波法的故障檢測(cè)法其構(gòu)造相對(duì)簡(jiǎn)單，便于操作，而且不容易受到各種變化性因素的影響，行波法在實(shí)際運(yùn)用中，要想切實(shí)發(fā)揮故障定位的功能，就要重點(diǎn)捕捉行波波頭，明確波頭抵達(dá)的具體時(shí)間來明確故障的位置。行波法在故障定位中也存在一些弱點(diǎn)和問題，那就是由于行波信號(hào)屬于傳播性質(zhì)的混合信號(hào)，這些信號(hào)可能會(huì)對(duì)行波定位故障的精準(zhǔn)度帶來影響，因?yàn)椴煌膫鞑シ绞?，有不同的頻率分量，對(duì)應(yīng)的傳播速度也不同，最終造成行波畸變現(xiàn)象的出現(xiàn)，這樣就會(huì)影響行波法定位故障的精準(zhǔn)度。

3 結(jié)語

10kV架空線路結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜，且存在較多的分支線路與節(jié)點(diǎn)，這就使得其故障判斷難免出現(xiàn)困難，必須加大對(duì)單相接地故障定位方法的研究力度，開創(chuàng)更多的單相接地故障定位的科學(xué)方法，提高架空線路的運(yùn)行質(zhì)量和水平。

參考文獻(xiàn)

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[2]丁榮，王書孟，佟巖冰.10kV及以下配電線路典型故障分析與預(yù)防[M].北京：中國(guó)電力出版社，2012.

作者簡(jiǎn)介：梁耀炳（1983-），男，廣東江門人，廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司江門新會(huì)供電局工程師，研究方向：配網(wǎng)運(yùn)行及規(guī)劃管理。

（責(zé)任編輯：蔣建華）