基于多點(diǎn)信息的配電線路單相接地故障定位研究

劉暢

摘 要：配網(wǎng)故障問題一直以來(lái)都是供電行業(yè)關(guān)注的大問題，其中單相接地故障為主要的頻發(fā)故障，影響了配網(wǎng)的安全運(yùn)轉(zhuǎn)。單相接地故障出現(xiàn)后，如果未能及時(shí)高效地定位故障，勢(shì)必會(huì)帶來(lái)嚴(yán)重的后續(xù)危機(jī)。文章分析了基于多點(diǎn)信息的配網(wǎng)單相接地故障定位方法。

關(guān)鍵詞：多點(diǎn)信息；配網(wǎng)線路；單相接地故障；定位方法

配網(wǎng)線路接地故障的原因多發(fā)，其中包括配網(wǎng)自身因素，也涵蓋外部干擾性因素。然而，從目前來(lái)看配網(wǎng)單相接地故障依然屬于多發(fā)故障，單相接地故障成為影響配網(wǎng)安全運(yùn)行的主要故障，必須加大對(duì)單相接地故障定位的研究力度，采用科學(xué)行之有效的方法，及時(shí)定位故障，促進(jìn)故障的高效及時(shí)解決。

1 配網(wǎng)單相接地故障定位存在的問題

當(dāng)前的配網(wǎng)系統(tǒng)性質(zhì)與功能相對(duì)欠缺，無(wú)法有效排查單相接地故障，從而影響了整個(gè)配網(wǎng)系統(tǒng)的故障排查。同時(shí)，低壓配網(wǎng)系統(tǒng)一般被設(shè)置于野外，面臨著較為復(fù)雜、惡劣的運(yùn)行環(huán)境，很容易遭受各種外部力量的影響，例如：強(qiáng)雷電、強(qiáng)暴雨、強(qiáng)風(fēng)等，從而出現(xiàn)了較高的故障率。接地故障出現(xiàn)以后，整個(gè)配網(wǎng)系統(tǒng)依然能夠攜帶故障持續(xù)工作，但是未發(fā)生故障的對(duì)地電壓會(huì)上升，如果不迅速對(duì)故障問題進(jìn)行處理，很容易導(dǎo)致非故障相絕緣受損現(xiàn)象，從而導(dǎo)致相間短路問題，故障問題出現(xiàn)以后，因?yàn)榕渚W(wǎng)覆蓋范圍較大、面積較廣，如果單純依靠傳統(tǒng)的方法，實(shí)施逐個(gè)區(qū)段的推拉，或者對(duì)各個(gè)桿塔逐一實(shí)施排查，會(huì)耗費(fèi)大量的人力、時(shí)間和財(cái)力，而且可能導(dǎo)致過大的停電范圍，最終也難以迅速準(zhǔn)確地發(fā)現(xiàn)故障點(diǎn)。如果故障問題出現(xiàn)在晚間，在沒有足夠的日照燈光等的幫助下，巡檢工作者也很難及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障，故障未能在規(guī)定時(shí)間內(nèi)被有效排查，難免會(huì)引發(fā)更為嚴(yán)重的絕緣破壞、相間短路等問題。

2 配網(wǎng)單相接地故障定位方法

2.1 在線監(jiān)測(cè)法

此方法通常針對(duì)于配網(wǎng)系統(tǒng)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的故障監(jiān)測(cè)，通常將監(jiān)測(cè)設(shè)備設(shè)置于該節(jié)點(diǎn)，一旦故障出現(xiàn)，則對(duì)應(yīng)迅速傳輸故障信息，并將這些故障數(shù)據(jù)信息進(jìn)行集中、整理與分析，以此來(lái)定位故障。當(dāng)前，較為流行的故障監(jiān)測(cè)設(shè)備包括：FTU自動(dòng)饋線、故障指示設(shè)備等，現(xiàn)實(shí)的操作中，兩大監(jiān)測(cè)設(shè)備都是參照故障點(diǎn)前方或后方的數(shù)據(jù)信號(hào)特點(diǎn)等來(lái)定位故障。例如：中壓電網(wǎng)系統(tǒng)，通常其流經(jīng)電流較小，然而，其結(jié)構(gòu)卻相對(duì)復(fù)雜，將更多的監(jiān)測(cè)設(shè)備設(shè)置其中，實(shí)際監(jiān)測(cè)過程中，能收到一定監(jiān)測(cè)效果。然而，這其中也很明顯地暴露了其中的弱點(diǎn)，需要各種監(jiān)測(cè)設(shè)備的同步支持，大量的數(shù)據(jù)支撐，這無(wú)疑需要更多的資金投入，供電企業(yè)具備一定的財(cái)力基礎(chǔ)。

2.2 信號(hào)注入法

配網(wǎng)線路出現(xiàn)接地故障問題后，整個(gè)配網(wǎng)系統(tǒng)進(jìn)入斷電模式，此時(shí)測(cè)試信號(hào)發(fā)送設(shè)備將作出反應(yīng)，朝著故障系統(tǒng)傳輸異頻信號(hào)，此信號(hào)帶有一定功率，可以利用信號(hào)監(jiān)測(cè)設(shè)備順著故障線實(shí)施巡檢，對(duì)應(yīng)監(jiān)測(cè)到相應(yīng)的故障信號(hào)，一旦發(fā)現(xiàn)故障點(diǎn)附近出現(xiàn)異頻信號(hào)時(shí)，此處就為接地故障發(fā)生處。該故障定位方法有利于迅速、高效地定位故障，也不會(huì)遭到配網(wǎng)結(jié)構(gòu)的干擾，其中故障監(jiān)測(cè)的精準(zhǔn)度通常受到異常信號(hào)的特征、性質(zhì)、數(shù)量等的影響。信號(hào)注入法在故障定位方面體現(xiàn)出一定的優(yōu)勢(shì)，體現(xiàn)在無(wú)需過高的成本投入，能夠達(dá)到對(duì)配網(wǎng)系統(tǒng)工作模式的有效監(jiān)控，有利于故障監(jiān)測(cè)成本的控制，對(duì)于供電企業(yè)來(lái)說具有長(zhǎng)遠(yuǎn)的利益。

2.3 故障測(cè)距法

有別于前面提到的兩種方法，故障測(cè)距法也是一種全新的配網(wǎng)線路單相接地故障監(jiān)測(cè)方法。此方法在實(shí)際的故障定位過程中具體涵蓋以下方法：行波法、故障分析法與阻抗法。根據(jù)所選擇線路的類別、模型等進(jìn)行規(guī)劃，故障測(cè)距法具體涵蓋兩大方法：分布參數(shù)模型法，集中參數(shù)模型法。

（1）行波法。參照物理學(xué)的相關(guān)理論，例如：行波理論。配網(wǎng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障問題后，工作人員向配網(wǎng)系統(tǒng)中添加特定信息和信號(hào)，配網(wǎng)系統(tǒng)中的電流處于流動(dòng)狀態(tài)，其注入的信號(hào)也將對(duì)應(yīng)運(yùn)行、流動(dòng)。行波于測(cè)量點(diǎn)、故障點(diǎn)二者之間進(jìn)行流動(dòng)、傳播，其中需要一定的時(shí)長(zhǎng)，對(duì)應(yīng)可以計(jì)算得出時(shí)間差，同時(shí)參照行波的傳輸速度、傳輸形式等來(lái)對(duì)應(yīng)測(cè)量得出測(cè)量點(diǎn)、故障點(diǎn)二者間的距離，通過這種方法可以輔助維修工作者準(zhǔn)確定位故障點(diǎn)。目前，運(yùn)用行波法進(jìn)行測(cè)距，具體采用，例如：A型測(cè)距法、C型行波測(cè)距、B型行波測(cè)距等。其中A型行波法故障定位具體體現(xiàn)為：憑借故障區(qū)域所出現(xiàn)的行波，由于行波從測(cè)點(diǎn)到故障點(diǎn)來(lái)回一次勢(shì)必會(huì)消耗一定的時(shí)間，這其中行波也有一定的傳播速度，據(jù)此測(cè)距，就能對(duì)應(yīng)定位故障點(diǎn)。B型行波法通常依靠故障點(diǎn)出現(xiàn)的行波，抵達(dá)線路兩側(cè)的具體時(shí)間，同時(shí)在通訊聯(lián)系的輔助下來(lái)找到故障的位置。C型行波法，則是在故障出現(xiàn)以后，從測(cè)距設(shè)備傳輸高壓高頻信號(hào)，同樣參照高頻脈沖信號(hào)往返的時(shí)間來(lái)找到故障的位置。這其中最重要的是要抓住故障點(diǎn)反射行波波頭，然而，由于行波傳輸過程中伴隨著衰變問題，波動(dòng)難以被有效確認(rèn)，為故障定位帶來(lái)難題。

此單相接地故障定位模式具有一定的優(yōu)勢(shì)和優(yōu)點(diǎn)，具體體現(xiàn)在：相對(duì)自由靈活，發(fā)生故障問題的線路，其電阻、線路構(gòu)造、電線等都不至于對(duì)故障定位造成影響，而且故障監(jiān)測(cè)更為精準(zhǔn)，能夠有效控制運(yùn)行成本，目前已經(jīng)得到了大范圍的應(yīng)用，而且此方法也能達(dá)到對(duì)配網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行模式、運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)的監(jiān)督、控制，由于其具有一定的成本優(yōu)勢(shì)，通常用在地級(jí)市的供電企業(yè)。

（2）阻抗法。該方法的故障測(cè)距的實(shí)際理論依據(jù)為：當(dāng)配網(wǎng)線路屬于均勻傳輸類型的線路時(shí)，可以參照故障類別來(lái)對(duì)應(yīng)進(jìn)行計(jì)算，能夠得出以下結(jié)論： 無(wú)論哪一類故障，測(cè)點(diǎn)與故障點(diǎn)間的距離同故障回路阻抗呈正相關(guān)，這樣就可以先計(jì)算出測(cè)點(diǎn)的阻抗，配網(wǎng)線路的單位阻抗，用前者除以后者，最終就能夠得出一個(gè)數(shù)值，從而明確故障點(diǎn)位置。 同其他故障定位法相比，阻抗法體現(xiàn)出低投入、靈活變通等優(yōu)勢(shì)，然而易于遭受內(nèi)外因素的不良影響，例如：線路負(fù)荷、電源參數(shù)等。特別是一些多分支配網(wǎng)線路，阻抗法在實(shí)際的定位中體現(xiàn)出一定的不足，不能有效排除偽故障點(diǎn)。

2.4 FTU法

所謂的FTU本身屬于自動(dòng)化設(shè)備，通常設(shè)置于配網(wǎng)終端，該設(shè)備同配網(wǎng)一次設(shè)備直接聯(lián)系起來(lái)，能夠?qū)€路的多項(xiàng)物理性數(shù)據(jù)、信息等加以收集，并有效控制開關(guān)，發(fā)揮著對(duì)配網(wǎng)系統(tǒng)的自動(dòng)化控制功能。實(shí)際的運(yùn)行原理為：參照FTU中傳輸?shù)南嚓P(guān)數(shù)據(jù)信息，根據(jù)相關(guān)的監(jiān)測(cè)原理來(lái)全面、深入地分析、評(píng)判這些數(shù)據(jù)，最終找到故障所在位置。

2.5 故障指示器法

故障指示器法屬于一種相對(duì)傳統(tǒng)的故障定位法，通常適合未能徹底實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的配網(wǎng)系統(tǒng)。具體原理為：將指示器設(shè)置于配網(wǎng)線路，具體的布點(diǎn)方位：分支點(diǎn)、進(jìn)線等部位，配網(wǎng)出現(xiàn)故障問題后，憑借指示器做出的反應(yīng)，能夠明確故障區(qū)域，以此來(lái)提高故障定位效率，縮短故障排查時(shí)間，支持故障問題的盡早解決，實(shí)現(xiàn)供電早日恢復(fù)。該方法的優(yōu)勢(shì)、劣勢(shì)體現(xiàn)在以下方面：（1）故障指示器體形小、方便運(yùn)輸，而且可以帶電配置，出現(xiàn)故障問題時(shí)，及時(shí)發(fā)出指示信息，成為未來(lái)故障定位的一大方法，然而，實(shí)際操作運(yùn)行過程中也存在問題。（2）老式故障指示器通訊性能較差，出現(xiàn)故障問題，所提供的指示方法相對(duì)老套、單一，例如：亮燈、翻盤，這種都屬于本地指示，事實(shí)上無(wú)法真正定位故障，依然需要維修人員通過分析指示器的實(shí)際狀態(tài)來(lái)逐步判斷、分析故障的位置。故障指示器在實(shí)際的故障定位中發(fā)揮了重要作用，然而，實(shí)際運(yùn)行過程中依然存在一定的局限性，有必要深入改革與完善。

3 結(jié)束語(yǔ)

單相接地故障成為影響配網(wǎng)安全運(yùn)行的主要故障，必須加大對(duì)單相接地故障定位的研究力度，采用科學(xué)行之有效的方法，及時(shí)定位故障，促進(jìn)故障的高效及時(shí)解決。

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