基于配電自動(dòng)化系統(tǒng)的單相接地定位

湯海燕

摘 要：線路分段器可以將電力線路分為不同的區(qū)段，一旦產(chǎn)生短路或接地故障，就可以立即斷開產(chǎn)生故障的區(qū)段，確保沒(méi)有發(fā)生故障的區(qū)段恢復(fù)供電。然而，單一使用線路分段器僅可以找到發(fā)生故障的區(qū)段，仍然難以明確發(fā)生故障的具體位置，要明確發(fā)生故障的具體位置往往需要操作人員使用肉眼進(jìn)行判斷，造成了人力、物力的消耗。本文將線路分段器和交流法進(jìn)行結(jié)合，提出了基于配電自動(dòng)化系統(tǒng)的單相定位技術(shù)。

關(guān)鍵詞：配電自動(dòng)化;單相接地;接地故障;分段器

1交流注入法的定位原理

1.1交流注入信號(hào)源

高壓信號(hào)源由逆變電源、調(diào)壓器、升壓變壓器聯(lián)接構(gòu)成。其中逆變電源能夠?qū)④囕d直流12 V電源逆變?yōu)榻涣?20 V，60 Hz電源，然后交流電壓再依次通過(guò)調(diào)壓器和升壓變壓器，在變壓器的輸出端獲取電壓穩(wěn)定的高壓交流信號(hào)。信號(hào)源使用60 Hz交流信號(hào)對(duì)于單相接地定位來(lái)說(shuō)，主要有下列優(yōu)勢(shì)：①其可以在一定空間中造成同頻交變電磁場(chǎng)，在較大范圍內(nèi)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，不需要操作人員在近距離進(jìn)行檢測(cè)，防止由于攀登電桿所造成的傷亡風(fēng)險(xiǎn);②這一信號(hào)所造成的電磁場(chǎng)不會(huì)受到附近50 Hz電磁場(chǎng)的影響;③由于60 Hz的頻率不高，能夠消除線路對(duì)地分布電容所產(chǎn)生的分流作用。

1.2交流信號(hào)檢測(cè)器

這種檢測(cè)器包括交流電磁場(chǎng)感應(yīng)器以及信號(hào)處理顯示系統(tǒng)。一旦注入60 Hz的交流信號(hào)，就可以在附近形成穩(wěn)定的60 Hz交變電磁場(chǎng)，在10 m的范圍之內(nèi)感應(yīng)到交流電壓信號(hào)。而信號(hào)在通過(guò)放大和處理以后，就可以在顯示屏上顯示出相應(yīng)數(shù)據(jù)。

1.3交流注入法定位過(guò)程

首先，使用分段器對(duì)存在故障的區(qū)段加以隔離，然后在區(qū)段的始端注入60 Hz的高壓交流信號(hào)，維持電流強(qiáng)度在150 mA左右。

操作人員攜帶60 Hz信號(hào)檢測(cè)器從這一區(qū)段的起始處沿著線路開展檢測(cè)工作，如圖1所示。

在操作人員對(duì)故障區(qū)段進(jìn)行檢測(cè)的過(guò)程中，應(yīng)適用以下原則：①一旦操作人員在對(duì)故障區(qū)段的檢測(cè)中遇到分支，就需要分別測(cè)定不同分支的信號(hào)，故障必然在信號(hào)較強(qiáng)的那個(gè)分支。適用這一原則能夠準(zhǔn)確定位故障點(diǎn)。②若在某個(gè)特定位置，操作人員檢測(cè)到位置前后的信號(hào)數(shù)值差異超過(guò)2倍，就可以判斷這一位置屬于故障點(diǎn)。在定位的過(guò)程中，適用這一原則能夠有效防止檢測(cè)器在一定范圍內(nèi)存在的誤差現(xiàn)象。③若故障不屬于顯性故障，此時(shí)操作人員就無(wú)法使用肉眼進(jìn)行觀測(cè)，應(yīng)將檢測(cè)器靠近電桿。一旦使用檢測(cè)器檢測(cè)到這一位置上存在較大的電流，則可以認(rèn)定故障點(diǎn)位于此處。

因?yàn)樵趯?shí)際操作中，操作人員進(jìn)行檢測(cè)的位置往往位于地面，其與線路之間存在8～10 m的距離，且60 Hz的電流并不大，這就容易使檢測(cè)產(chǎn)生誤差。但應(yīng)當(dāng)注意到，檢測(cè)儀器測(cè)到的信號(hào)和線路上通過(guò)的信號(hào)一定具有正比例關(guān)系。因而在使用前述原則的時(shí)候，不需要追求較高的精度，只需要在可能產(chǎn)生故障的位置前后找到60 Hz信號(hào)強(qiáng)度差別較為明顯之處，就可以確定故障發(fā)生的具體位置，完成定位工作。

2分段器的最優(yōu)隔離區(qū)段長(zhǎng)度分析

2.1故障區(qū)段線路對(duì)地電容范圍

為了確保定位的正確性，還需要確定最優(yōu)的隔離區(qū)段長(zhǎng)度。利用這一技術(shù)進(jìn)行單相定位的重要前提是，線路對(duì)地的分布電容影響較小，不然上述所提到的原則就會(huì)產(chǎn)生錯(cuò)誤。分布電容發(fā)生影響的情形之一：在故障區(qū)段始端較近位置存在短分支，而在這一分支上產(chǎn)生了高阻接地，在注入60 Hz的高壓信號(hào)之后，就可以利用檢測(cè)儀器檢測(cè)到電流I1，在未產(chǎn)生故障的主干線上檢測(cè)到電流I2。使用U以代表信號(hào)源的電壓，用R表示接地電阻，用C表示線路分布電容，就

可以得出? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?。

如果故障區(qū)段存在線路比較長(zhǎng)的情況，就會(huì)出現(xiàn)分布電容較大的現(xiàn)象，在I1>I2的時(shí)候，第一個(gè)原則就會(huì)失效。因而，為了符合第一個(gè)原則，就

需要確保I1

分布電容產(chǎn)生影響的情形之二：在故障發(fā)生區(qū)段主干線上距離始端較近的位置產(chǎn)生高阻接地，從故障區(qū)段的始端注入60 Hz的高壓信號(hào)之后，就可以在故障位置之前使用檢測(cè)儀器測(cè)到電流I1，并在故障位置之后測(cè)到電流I1。用U表示信號(hào)源的電壓，用R表示接地電阻，用C表示線路

分布電容，就可得出? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?。

如果發(fā)生故障的區(qū)段存在線路較長(zhǎng)的現(xiàn)象，在I2>I1/2的情況下，第二個(gè)原則將失去作用。因而，為了符合第二個(gè)原則，需要確保I2

。

在比較分析以后，發(fā)現(xiàn)故障區(qū)段分布電容的要求為? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?。再對(duì)C的數(shù)值進(jìn)行計(jì)算，相應(yīng)的配電網(wǎng)接地故障等值電路模型如圖2所示。

在此處，使用Eφ來(lái)表示相電動(dòng)勢(shì)，使用U0表示中性點(diǎn)電壓，使用X表示系統(tǒng)電抗。如果中性點(diǎn)沒(méi)有接地，那么X就表示系統(tǒng)電容容抗;如果中性點(diǎn)通過(guò)消弧線圈進(jìn)行接地，那么X就可以用于表示消弧線圈與系統(tǒng)電容并聯(lián)的等值電抗;而R則用于表示接地電阻。

例如，在10000 V的系統(tǒng)中，對(duì)中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)，金屬性接地電流通常不會(huì)達(dá)到5 A以上，而如果中性點(diǎn)通過(guò)消弧線圈接地系統(tǒng)，其金屬性接地殘流通常也不會(huì)達(dá)到5 A以上，可以得到C<0.133μF。

2.2分段器的最優(yōu)隔離區(qū)段長(zhǎng)度

在計(jì)算電網(wǎng)電容電流的過(guò)程中，還需要注意分析變電所中配電裝置所產(chǎn)生的影響。如果運(yùn)行的電壓越小，則所增加的電容電流的影響就越來(lái)越明顯。按照現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際狀況，可以得出故障區(qū)段線路的長(zhǎng)度 。

這一長(zhǎng)度即分段器的最優(yōu)隔離區(qū)段長(zhǎng)度，如果隔離區(qū)段的長(zhǎng)度長(zhǎng)于Lmax，這樣前述二原則就會(huì)無(wú)法產(chǎn)生作用，導(dǎo)致難以正確定位;而如果隔離區(qū)段長(zhǎng)度短于Lmax，則就會(huì)要求增加分段器的數(shù)量，需要支出額外的成本。借助上述分析可以得出下列結(jié)論：在安設(shè)分段器的過(guò)程中，先在主干線上進(jìn)行安設(shè)，如果主干線的分支長(zhǎng)度長(zhǎng)于Lmax，則需要在這一分支上安設(shè)分段器，最后要使所有區(qū)段的長(zhǎng)度達(dá)到Lmax。這種情況可以符合交流注入法所要求的檢測(cè)條件，同時(shí)又能夠降低成本。

結(jié)語(yǔ)

長(zhǎng)期以來(lái)，線路分段器在單相接地定位中得到了廣泛應(yīng)用，但這一手段具有局限性，只能夠?qū)ふ业桨l(fā)生故障的區(qū)段，但往往無(wú)法直接確定故障產(chǎn)生的具體位置，因而需要操作人員借助肉眼加以觀察和判斷，但這樣的做法不僅影響定位的精確性，而且增加了定位所要付出的成本。本文基于交流注入法提出了單相接地定位的方法，分析了具體的應(yīng)用方法以及判斷故障點(diǎn)的原則，而且驗(yàn)證了該方法的正確性。通過(guò)結(jié)合分段器與交流法，對(duì)配電網(wǎng)故障進(jìn)行定位，不但可以提升定位的速度，而且還能夠在短時(shí)間內(nèi)找到具體的故障點(diǎn)位置，避免單一應(yīng)用線路分段器所存在的缺陷，便利操作人員在現(xiàn)場(chǎng)工作，值得進(jìn)行推廣。

參考文獻(xiàn)：

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