配電自動化系統(tǒng)的單相接地定位技術研究

翟存波

摘要：故障定位是配電自動化的重要功能之一，由于單相接地故障是配電網中最常見的故障，研究單相接地故障定位方法對于減小停電范圍、縮短停電時間以及提高供電可靠性具有重要意義。鑒于此，本文將線路分段器和交流法進行結合，提出了基于配電自動化系統(tǒng)的單相定位技術。

關鍵詞：配電自動化系統(tǒng);單相接地定位技術

1交流注入法定位過程

首先，使用分段器對存在故障的區(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，維持電流強度在150mA左右。操作人員攜帶60Hz信號檢測器從這一區(qū)段的起始處沿著線路開展檢測工作，如圖1所示。在操作人員對故障區(qū)段進行檢測的過程中，應適用以下原則：①一旦操作人員在對故障區(qū)段的檢測中遇到分支，就需要分別測定不同分支的信號，故障必然在信號較強的那個分支。適用這一原則能夠準確定位故障點。②若在某個特定位置，操作人員檢測到位置前后的信號數值差異超過2倍，就可以判斷這一位置屬于故障點。在定位的過程中，適用這一原則能夠有效防止檢測器在一定范圍內存在的誤差現象。③若故障不屬于顯性故障，此時操作人員就無法使用肉眼進行觀測，應將檢測器靠近電桿。一旦使用檢測器檢測到這一位置上存在較大的電流，則可以認定故障點位于此處。因為在實際操作中，操作人員進行檢測的位置往往位于地面，其與線路之間存在8-10m的距離，且60Hz的電流并不大，這就容易使檢測產生誤差。但應當注意到，檢測儀器測到的信號和線路上通過的信號一定具有正比例關系。因而在使用前述原則的時候，不需要追求較高的精度，只需要在可能產生故障的位置前后找到60Hz信號強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)段長度分析

2.1故障區(qū)段線路對地電容范圍

為了確保定位的正確性，還需要確定最優(yōu)的隔離區(qū)段長度。利用這一技術進行單相定位的重要前提是，線路對地的分布電容影響較小，不然上述所提到的原則就會產生錯誤。

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，而在這一分支上產生了高阻接地，在注入60Hz的高壓信號之后，就可以利用檢測儀器檢測到電流I1，在未產生故障的主干線上檢測到電流I2。使用U以代表信號源的電壓，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)段存在線路比較長的情況，就會出現分布電容較大的現象，在I1>I2的時候，第一個原則就會失效。因而，為了符合第一個原則，就需要確保I1

分布電容產生影響的情形之二：在故障發(fā)生區(qū)段主干線上距離始端較近的位置產生高阻接地，從故障區(qū)段的始端注入60Hz的高壓信號之后，就可以在故障位置之前使用檢測儀器測到電流I1，并在故障位置之后測到電流I1。用U表示信號源的電壓，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)段存在線路較長的現象，在I2>I1/2的情況下，第二個原則將失去作用。因而，為了符合第二個原則，需要確保I2<I1/2，也就是在比較分析以后，發(fā)現故障區(qū)段分布電容的要求為。再對C的數值進行計算，相應的配電網接地故障等值電路模型如圖2所示。

在此處，使用Eφ來表示相電動勢，使用U0表示中性點電壓，使用X表示系統(tǒng)電抗。如果中性點沒有接地，那么X就表示系統(tǒng)電容容抗;如果中性點通過消弧線圈進行接地，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，對中性點不接地系統(tǒng)，金屬性接地電流通常不會達到5A以上，而如果中性點通過消弧線圈接地系統(tǒng)，其金屬性接地殘流通常也不會達到5A以上，可以得到C<0.133μF。

2.2分段器的最優(yōu)隔離區(qū)段長度

在計算電網電容電流的過程中，還需要注意分析變電所中配電裝置所產生的影響。如果運行的電壓越小，則所增加的電容電流的影響就越來越明顯。按照現場的實際狀況，可以得出故障區(qū)段線路的長度。這一長度即分段器的最優(yōu)隔離區(qū)段長度，如果隔離區(qū)段的長度長于Lmax，這樣前述二原則就會無法產生作用，導致難以正確定位;而如果隔離區(qū)段長度短于Lmax，則就會要求增加分段器的數量，需要支出額外的成本。借助上述分析可以得出下列結論：在安設分段器的過程中，先在主干線上進行安設，如果主干線的分支長度長于Lmax，則需要在這一分支上安設分段器，最后要使所有區(qū)段的長度達到Lmax。這種情況可以符合交流注入法所要求的檢測條件，同時又能夠降低成本。

3實驗

某110 kV變電站是給街道城區(qū)及城鄉(xiāng)結合部供電的變電站，其為架空裸線，屬于單相接地多發(fā)線路，檢測時在變電站主干線處安裝了分段器，同時保證所有區(qū)段的長度達到Lmax，使其符合交流注入法所要求的檢測條件。然后對單相接地定位效果進行了現場測試，分別在3號開關上游和46號開關下游以及兩臺開關中間進行試驗?，F場試驗結果表明，單相接地定位結果全部正確。

4結束語

線路分段器可以將電力線路分為不同的區(qū)段，一旦產生短路或接地故障，就可以立即斷開產生故障的區(qū)段，確保沒有發(fā)生故障的區(qū)段恢復供電。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行判斷，造成了人力、物力的消耗。本文將線路分段器與交流法進行結合，提出了基于配電自動化系統(tǒng)的單相定位技術，還對分段器的最優(yōu)隔離區(qū)段長度進行了分析，從而有助于防止線路分布電容對這一技術應用所產生的不利影響，能夠確保定位的準確性，而且具有較高的經濟性。

參考文獻

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