配電自動(dòng)化系統(tǒng)的單相接地定位技術(shù)研究

龐健海

摘要：故障定位是配電自動(dòng)化的重要功能之一，由于單相接地故障是配電網(wǎng)中最常見的故障，研究單相接地故障定位方法對(duì)于減小停電范圍、縮短停電時(shí)間以及提高供電可靠性具有重要意義。我國(guó)中低壓配電網(wǎng)一般都采用中性點(diǎn)非直接接地方式，當(dāng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，故障電流小，尤其是消弧線圈補(bǔ)償導(dǎo)致故障線路與健全線路電流特征相似，因此，故障的準(zhǔn)確檢測(cè)一直是個(gè)技術(shù)難題。本文針對(duì)配電自動(dòng)化系統(tǒng)的單相接地定位技術(shù)進(jìn)行了分析。

關(guān)鍵詞：配電自動(dòng)化;單相接地;接地故障

一、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12V電源逆變?yōu)榻涣?20V，60Hz電源，然后交流電壓再依次通過調(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60Hz交流信號(hào)對(duì)于單相接地定位來說，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50Hz電磁場(chǎng)的影響;③由于60Hz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60Hz的交流信號(hào)，就可以在附近形成穩(wěn)定的60Hz交變電磁場(chǎng)，在10m的范圍之內(nèi)感應(yīng)到交流電壓信號(hào)。而信號(hào)在通過放大和處理以后，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60Hz的高壓交流信號(hào)，維持電流強(qiáng)度在150mA左右。

操作人員攜帶60Hz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2倍，就可以判斷這一位置屬于故障點(diǎn)。在定位的過程中，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。

二、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60Hz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60Hz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<I1/2，也就

是 。

在比較分析以后，發(fā)現(xiàn)故障區(qū)段分布電容的要求為C<1/3R。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)沒有接地，那么X就表示系統(tǒng)電容容抗;如果中性點(diǎn)通過消弧線圈進(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10000V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5A以上，而如果中性點(diǎn)通過消弧線圈接地系統(tǒng)，其金屬性接地殘流通常也不會(huì)達(dá)到5A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。

三、結(jié)語

長(zhǎng)期以來，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)：

[1]配電自動(dòng)化系統(tǒng)實(shí)用化建設(shè)與管理[J].林成虎，莫新，徐達(dá)藝，付振宇，袁朝恩.貴州電力技術(shù).2017（06）.

[2]配電自動(dòng)化終端技術(shù)分析[J].劉庭磊.企業(yè)技術(shù)開發(fā).2014（30）.

[3]淺談農(nóng)網(wǎng)配電自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用[J].支丙勇，方愛斌，倪集龍.農(nóng)業(yè)與技術(shù).2013（11）.