小電流接地系統(tǒng)故障定位技術(shù)探析

嚴(yán)功門

（江陰華潤制鋼有限公司，江蘇 無錫 214404）

小電流接地系統(tǒng)故障定位技術(shù)探析

嚴(yán)功門

（江陰華潤制鋼有限公司，江蘇 無錫 214404）

中低壓電網(wǎng)采用小電流接地系統(tǒng)接線方式，在日常維護(hù)管理中發(fā)現(xiàn)，多數(shù)故障是單相接地故障，這種故障容易引起嚴(yán)重的相間故障，所以應(yīng)及時(shí)確定故障點(diǎn)并排除故障。近年提出了多種接地選線和定位技術(shù)，其中的信號(hào)注入法是較為普遍的方式。文章通過描述接地故障定位技術(shù)的研究現(xiàn)狀，介紹信號(hào)注入法的原理，以及功能完善的故障定位裝置，為小電流接地系統(tǒng)故障技術(shù)的探究提供了理論基礎(chǔ)是實(shí)際應(yīng)用樣例，給相關(guān)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。

小電流；單相接地；信號(hào)；故障

電力系統(tǒng)中，配電網(wǎng)發(fā)揮著重要的作用，它是輸電系統(tǒng)和用戶的媒介。在我國電力系統(tǒng)中，中低壓配電網(wǎng)主要采用中性點(diǎn)不接地和經(jīng)消弧線圈接地方式，少數(shù)采用經(jīng)高電阻接地均屬于小電流接地系統(tǒng)。小電流接地系統(tǒng)故障情況較為復(fù)雜，因?yàn)橄到y(tǒng)的線路繁多，故障特征不明顯，很容易被忽略導(dǎo)致更嚴(yán)重的故障。目前應(yīng)用最多的就是信號(hào)注入法，它可以高效解決小電流單相接地故障定位的問題，實(shí)用性強(qiáng)，基于該原理的定位保護(hù)法已經(jīng)大量應(yīng)用。它提高了供電可靠性，對(duì)于順利維護(hù)電網(wǎng)設(shè)備，提高經(jīng)濟(jì)效益具有重要的意義。

1 小電流接地系統(tǒng)故障定位技術(shù)現(xiàn)狀

早期的故障定位方法主要是通過故障點(diǎn)測距或檢測特殊信號(hào)在線路上的分布情況實(shí)現(xiàn)定位，利用設(shè)置好的線路上的反饋點(diǎn)進(jìn)行檢測，通過與主站進(jìn)行通信，確定故障點(diǎn)線路區(qū)段。在多種故障定位方法中，一般分為主動(dòng)式和被動(dòng)式兩類，前者主動(dòng)向系統(tǒng)注入預(yù)先設(shè)置好的信號(hào)，通過分析檢測信號(hào)的分布情況，確定故障點(diǎn)的位置信息；后者主要是利用故障產(chǎn)生后的電壓電流信號(hào)特征，通過計(jì)算分析確定故障點(diǎn)的位置。下面主要針對(duì)主動(dòng)式方法進(jìn)行分析，它主要包括信號(hào)注入法、中電阻法、零序電流突變法和函數(shù)傳遞法。

1.1 信號(hào)注入法

信號(hào)注入定位方法又稱“S”注入法。這種方法是在接地故障發(fā)生后，利用信號(hào)注入裝置通過母線PT向系統(tǒng)內(nèi)注入特定頻率的電流信號(hào)。信號(hào)注入后，信號(hào)在故障線路中蔓延，最后注入大地。當(dāng)采用外部信號(hào)探測器檢測時(shí)，如果檢測到故障信號(hào)流過，則判斷該線路故障，通過信號(hào)探測器沿故障線路查看后，當(dāng)注入信號(hào)分布密集時(shí)，故障點(diǎn)確定，結(jié)束本次故障定位。在操作中，其基波頻率處于工頻n次諧波與n+1次諧波之間，一般采用220Hz頻率，以減少故障信號(hào)對(duì)測量的干擾，使故障定位更迅速、準(zhǔn)確。這種方法十分有效，在應(yīng)用中較為廣泛，適用于中性點(diǎn)不接地和經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)。但是這種方法在接地電阻較大時(shí)會(huì)對(duì)信號(hào)分流，定位不準(zhǔn)確，而且信號(hào)注入設(shè)備的使用增加了工作量和成本，對(duì)于瞬時(shí)性和間歇性故障的定位不準(zhǔn)確。

1.2 中電阻法

中電阻定位方法是人為地在系統(tǒng)中性點(diǎn)與地之間投入一中值電阻，在接地故障發(fā)生后，通過電路的分流會(huì)產(chǎn)生附加的工頻故障電流，經(jīng)接地故障點(diǎn)流入大地。通過故障檢測設(shè)備可以檢測到電流，但是在故障點(diǎn)下游無法順利實(shí)現(xiàn)故障定位，這就方便了故障點(diǎn)的確定和定位。這種方法由于中值電阻設(shè)計(jì)不便，增加了成本，而且接地電流的增加也人為產(chǎn)生了信號(hào)干擾，這種方法同樣無法檢測瞬時(shí)性和間歇性接地故障。但是它提高了靈敏度，在應(yīng)用中也較為廣泛。

1.3 零序電流突變法

零序電流突變法通過改變消弧線圈參數(shù)，產(chǎn)生零序電流突變量實(shí)現(xiàn)定位。這種方法的具體操作是，當(dāng)發(fā)生接地故障時(shí)，消弧線圈的電抗值變化會(huì)導(dǎo)致補(bǔ)償電流的變化，所以主動(dòng)改變電抗值。這樣當(dāng)補(bǔ)償電流產(chǎn)生突變后，零序電流沿著故障線路經(jīng)接故障點(diǎn)流入大地，這時(shí)利用外部檢測設(shè)備對(duì)突變電流進(jìn)行檢測，通過數(shù)據(jù)分析，在其分布集中的位置可以推斷出故障點(diǎn)的位置。這種方法可以產(chǎn)生較大的信號(hào)強(qiáng)度，適用于復(fù)雜的設(shè)備運(yùn)行環(huán)境，但是對(duì)弧光和間歇性接地故障效果差，而且必須依賴自動(dòng)調(diào)諧消弧線圈配合。人工改變消弧線圈的電抗等參數(shù)，會(huì)影響故障線路中電弧的平衡，影響系統(tǒng)的安全，造成二次傷害，所以在運(yùn)用中應(yīng)進(jìn)行精確地控制，預(yù)防不利的事情發(fā)生。

1.4 傳遞函數(shù)法

傳遞函數(shù)法是一種理論可行但是實(shí)際運(yùn)用并不廣泛的方法。它是通過在故障線路出口處施加方波診斷信號(hào)，構(gòu)件相應(yīng)的系統(tǒng)傳遞函數(shù)，由頻譜特性構(gòu)造判據(jù)，進(jìn)行故障定位。這種方法需要運(yùn)用數(shù)學(xué)計(jì)算和頻譜分析等方法，通過添加信號(hào)激勵(lì)，得到零序電壓、零序電流數(shù)據(jù)，根據(jù)函數(shù)的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行故障位置判定，得到測距結(jié)果。這種方法受配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜影響，只能在較為簡單的實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下完成，在現(xiàn)有技術(shù)條件下并不能運(yùn)用到實(shí)際中，所以這方法的技術(shù)仍有待加強(qiáng)。

2 基于信號(hào)注入法的自動(dòng)定位方法原理

信號(hào)注入法是最為有效而且應(yīng)用最廣的故障定位方法。為了方便信號(hào)注入，在沿故障線路配置了多個(gè)注入信號(hào)探測器，故障發(fā)生時(shí)探測器能夠自動(dòng)檢測注入電流信號(hào)并將探測結(jié)果自動(dòng)傳送至主站，這樣就可以通過主站的檢測結(jié)果分析得到故障區(qū)段信息，完成故障定位了。S注入法選線定位是通過注入系統(tǒng)信號(hào)的通路，通過母線PT向接地線的接地相注入信號(hào)電流，然后利用信號(hào)電流探測器查找故障線路和故障點(diǎn)，信號(hào)注入裝置如圖1所示。

圖1 S注入法故障定位原理示意圖

這種方法對(duì)于注入信號(hào)具有較強(qiáng)的適應(yīng)性，但是S注入法需要人為手持定位探測器巡線定位，自動(dòng)化程度低，工作效率有待加強(qiáng)。

3 故障定位裝置

在實(shí)際運(yùn)用中，故障定位裝置一般采用總線結(jié)構(gòu)，通過計(jì)算機(jī)處理信號(hào)，最終實(shí)現(xiàn)故障的定位。一種較為普遍的故障定位裝置，硬件結(jié)構(gòu)如圖2所示。首先外部高壓信號(hào)發(fā)生器發(fā)出電壓信號(hào)后，電壓變換器作用，將幅值等比例降低，通過高速A/D信號(hào)采集卡進(jìn)行模擬信號(hào)的采樣，并經(jīng)過AD變換產(chǎn)生相應(yīng)的數(shù)字信號(hào)，通過CPU進(jìn)行計(jì)算分析，將故障位置信息

進(jìn)行保存，通過以太網(wǎng)等模塊進(jìn)行遠(yuǎn)程管理。一般采用的高壓信號(hào)發(fā)生器是通過常見的220V、50Hz電壓經(jīng)升壓變壓器產(chǎn)生高壓信號(hào)，然后經(jīng)過整流、充電等過程，通過調(diào)整兩個(gè)電阻的比值，在阻值較小的電阻上獲得所需的電壓信號(hào)。本裝置采用的數(shù)據(jù)采集卡可以同時(shí)進(jìn)行兩路A/D轉(zhuǎn)換，采樣得到的數(shù)字序列保存在寄存器上后，通過API函數(shù)進(jìn)行外部訪問，提高編程效率和提高訪問權(quán)限，保證率安全性。

圖2 硬件結(jié)構(gòu)

4 結(jié)束語

文章通過闡述小電流接地系統(tǒng)故障定位技術(shù)的現(xiàn)狀，分析了現(xiàn)有的主動(dòng)式故障定位方法，以信號(hào)注入法為例，進(jìn)行了詳細(xì)的說明。最后介紹了一種常見的故障定位裝置，這種裝置也是基于信號(hào)注入方法實(shí)現(xiàn)的，在應(yīng)用中十分廣泛，為操作人員的故障定位提供了理論支撐和實(shí)例基礎(chǔ)，對(duì)小電流接地系統(tǒng)故障定位技術(shù)的發(fā)展指明了方向。

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TM7

A

2096-2789（2016）11-0043-02

嚴(yán)功門（1973-），男，江蘇六合人，助理工程師，研究方向：冶金電氣自動(dòng)化。