陳彥雄

（眾業(yè)達(dá)電氣股份有限公司，廣東汕頭 515000）

0 引言

線路出現(xiàn)故障后，需要盡快確定線路故障位置。當(dāng)下，仍舊是采取人工檢查線路的操作方式，這不但會(huì)浪費(fèi)非常大的精力與資源，還容易在操作過(guò)程中出現(xiàn)安全事故，給居民帶來(lái)不必要的麻煩，削弱了配電網(wǎng)供電的可靠性。因此，小電流接地故障定位問(wèn)題一直是研究的重點(diǎn)。配網(wǎng)自動(dòng)化的故障定位的實(shí)現(xiàn)，對(duì)提高配電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行可以起到明顯的作用。通過(guò)實(shí)現(xiàn)故障點(diǎn)的具體定位，可以大大縮小排查接地故障的搜索范圍，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了故障處理效率的大大提升。但導(dǎo)致配電網(wǎng)發(fā)生接地故障可能的因素有很多種類，并且有時(shí)故障電流也并不是很明顯，實(shí)現(xiàn)故障定位的難度較大。因此，需要深入研究小電流接地的故障定位方法，提高故障定位的準(zhǔn)確率。

1 配網(wǎng)自動(dòng)化接地故障定位的方法和原理

1.1 配電網(wǎng)接線方式

配電網(wǎng)的明顯的優(yōu)勢(shì)是其閉合環(huán)路設(shè)計(jì)，但是選取開(kāi)放式環(huán)路操作。它的各個(gè)線路是經(jīng)由兩個(gè)電源開(kāi)關(guān)來(lái)構(gòu)造的環(huán)路。正常操作是：兩個(gè)開(kāi)關(guān)切斷，配電線路變?yōu)殚_(kāi)環(huán)運(yùn)行狀態(tài)，進(jìn)而形成了一個(gè)單電源輻射型結(jié)構(gòu)。這種接線方式是配電網(wǎng)中最為常見(jiàn)、簡(jiǎn)潔有效的接線方式。具體如圖1所示。

圖1 輻射型接線方式

1.2 小電流接地故障選線

當(dāng)非有效接地系統(tǒng)發(fā)生了小電流接地的故障，而未出現(xiàn)故障的正常相，其對(duì)地電壓將會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)榫€電壓。尤其在發(fā)生間歇性弧光接地故障時(shí)，由于電力系統(tǒng)的中性點(diǎn)缺少有效的電荷釋放通路，將可能導(dǎo)致發(fā)生弧光接地過(guò)電壓，這就容易造成配網(wǎng)線路的絕緣遭受損害，甚至使得其演變成相間短路。所以必須要迅速對(duì)故障電路進(jìn)行分析，而且要迅速分析出故障所在。故障定位和故障線路的選定是小電流接地故障檢測(cè)技術(shù)的一部分。關(guān)于故障線路選取指的是從連接在同一母線的多條線路中選出了故障的線路。如果該線路其中一條支路AB出現(xiàn)了單相的接地故障，如圖2所示，根據(jù)故障獨(dú)特的特點(diǎn)將故障線路從區(qū)域中檢測(cè)出來(lái)，這一操作稱為故障定位。

通過(guò)在配電網(wǎng)的各個(gè)支線上裝設(shè)接地故障檢測(cè)點(diǎn)，以檢測(cè)點(diǎn)為區(qū)分界限，則可將線路劃分為各個(gè)區(qū)間。其中，監(jiān)測(cè)點(diǎn)越多區(qū)間則越小，故障的定位準(zhǔn)確率也就越高。

圖2 故障區(qū)間內(nèi)的故障定位

1.3 小電流接地故障信息獲取

小電流接地故障主要可分為中性點(diǎn)不接地故障以及消弧線圈接地故障兩種，其故障特點(diǎn)各有不同。對(duì)于單電源輻射結(jié)構(gòu)的配網(wǎng)線路，在發(fā)生接地故障時(shí)，其零序電流的相量存在一定的不穩(wěn)定性，無(wú)法確定其準(zhǔn)確的分布。此外由于配電的網(wǎng)線具有分支很多、線路之間相距甚遠(yuǎn)的特點(diǎn)，這導(dǎo)致人工在進(jìn)行核查線路故障時(shí)具有非常大的阻礙。上述故障的解決方法中，對(duì)線路進(jìn)行固定監(jiān)測(cè)點(diǎn)是現(xiàn)在相對(duì)有效的措施。

在中性點(diǎn)不接地故障中，中性點(diǎn)缺少有效的接地系統(tǒng)。針對(duì)中性點(diǎn)的非有效接地系統(tǒng)這一方面而言，線路會(huì)產(chǎn)生單條線路連接地面的困難。這等同于把出現(xiàn)故障的地方連入了零序電壓源。此時(shí)線路的感抗會(huì)顯示相對(duì)低的數(shù)值，而且零序電流數(shù)值也將顯示較小數(shù)值。此外整條線路的零序電壓的數(shù)值將會(huì)大致一樣，在變電站設(shè)置一個(gè)零序電壓監(jiān)測(cè)點(diǎn)。在理論基礎(chǔ)而言，零序電壓值在未出現(xiàn)故障的線路上，數(shù)值為零。然而因?yàn)檎麄€(gè)線路不完全一樣，所以也可能會(huì)有零序電壓的出現(xiàn)。因此要調(diào)定一個(gè)線路的零序電壓出現(xiàn)故障的臨界值，當(dāng)大于臨界值時(shí)，整個(gè)電路將會(huì)發(fā)生小電流接地的故障，迅速精準(zhǔn)定位到故障點(diǎn)處。其中故障線路的定義是主要線路與故障出處的所涵蓋的所有線路。其方向性是根據(jù)電源與負(fù)荷處的方向性決定的。其中電源指向負(fù)荷處為正，負(fù)則相反。其中有故障的線路包括零序電流的滯后的電壓九十度分支，相反超前部分就不在故障路線了。詳細(xì)可見(jiàn)圖3。

關(guān)于中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)這一方面。因?yàn)榫€圈具有互補(bǔ)性，能夠讓故障線路在電流的線位方面具有一致性。當(dāng)零序電流的波動(dòng)數(shù)值均相較正常電路低的時(shí)候，應(yīng)該通過(guò)相應(yīng)技術(shù)分析出故障特點(diǎn)。在線路出現(xiàn)了單相故障的時(shí)候，在時(shí)間方面，存在故障的線路使用時(shí)間要小于兩小時(shí)。此外還要向消弧線圈做出管控措施，通過(guò)故障線路的檢測(cè)，得出線圈的補(bǔ)償之間的波動(dòng)以及零序電流在正負(fù)九十度上的波動(dòng)情況。此外應(yīng)盡量使其維持在正九十度的正常線路處，進(jìn)一步獲取故障出處的特點(diǎn)。在完成了故障的測(cè)定之后，消弧線圈有待進(jìn)入正常補(bǔ)償狀態(tài)。

圖3 故障線路零序電流方向

1.4 小電流接地故障區(qū)段定位

在實(shí)現(xiàn)小電流接地故障區(qū)段的定位過(guò)程中，配網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)通過(guò)采用多個(gè)節(jié)點(diǎn)對(duì)線路分區(qū)。一般長(zhǎng)度較長(zhǎng)的配網(wǎng)線路，會(huì)配置2～4個(gè)開(kāi)關(guān)。當(dāng)一個(gè)地方的復(fù)合密度特性較為集中時(shí)，仍然要保證每個(gè)開(kāi)關(guān)之間的距離至少為1千米。對(duì)于城市郊區(qū)或農(nóng)村，則要依據(jù)配電變壓器的容量來(lái)對(duì)開(kāi)關(guān)的數(shù)量進(jìn)行確定，一般可以根據(jù)每3 MVA設(shè)置1個(gè)負(fù)荷開(kāi)關(guān)的原則來(lái)進(jìn)行配置。在測(cè)量負(fù)荷開(kāi)關(guān)處的零序電流時(shí)，還要考慮線路的輻射結(jié)構(gòu)，對(duì)干線與支線進(jìn)行計(jì)算，然后針對(duì)不同區(qū)域?qū)y(cè)試范圍進(jìn)行劃分?；谏鲜鲈瓌t，通過(guò)特殊的裝置來(lái)收集每個(gè)不同地區(qū)的零序電流的數(shù)值，然后使用監(jiān)測(cè)點(diǎn)相鄰矩陣方式，就能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)零序電流的檢測(cè)以及檢測(cè)線路終點(diǎn)處相互作用關(guān)系的分析。這就表明，完成對(duì)各故障監(jiān)測(cè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)的分析，就能夠得到此處兩個(gè)不同監(jiān)測(cè)點(diǎn)之間的配網(wǎng)線路的具體操作狀態(tài)，從而達(dá)到對(duì)小電流接地故障出處進(jìn)一步探究的目的。

2 配網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)接地故障定位方法的運(yùn)用

2.1 移動(dòng)小電流接地故障的定位

在實(shí)際針對(duì)移動(dòng)小電流接地的故障進(jìn)行定位的過(guò)程中，可以采取廣域測(cè)量法對(duì)故障進(jìn)行定位。詳細(xì)來(lái)說(shuō)，就是配置2臺(tái)可以實(shí)現(xiàn)同步測(cè)量電流的裝置，將該裝置所測(cè)量得到的電流數(shù)據(jù)信號(hào)，通過(guò)CSD網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)傳輸?shù)诫娏鳒y(cè)量端，以改善不同的時(shí)間節(jié)點(diǎn)中內(nèi)測(cè)量段電流的詳細(xì)定位的有關(guān)資料。從有關(guān)數(shù)據(jù)之間的比對(duì)，可以獲得故障區(qū)域范圍內(nèi)的有關(guān)數(shù)據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)了故障的精準(zhǔn)定位。在這個(gè)流程中，兩臺(tái)裝置將各自裝配在變電站以及輸電線路的沿線上，對(duì)于前者可以實(shí)現(xiàn)母線的零序電壓數(shù)據(jù)的收集，后者的作用就是收集電流數(shù)據(jù)信號(hào)。而GPS系統(tǒng)已經(jīng)獲得了廣泛的應(yīng)用，因此可以通過(guò)利用GPS技術(shù)來(lái)完成信號(hào)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確搜集，同時(shí)完成各種信號(hào)的詳細(xì)統(tǒng)計(jì)以及在同時(shí)段中GPS的數(shù)據(jù)記錄。需要引起重視的是，在不同的地區(qū)所接收到的脈沖信號(hào)的時(shí)間差是小于1 μs的，所以需要使用上升的信號(hào)作為觸發(fā)信號(hào)，以實(shí)現(xiàn)GPS秒脈沖的統(tǒng)計(jì)，保證各項(xiàng)數(shù)據(jù)信息的采集與處理可以保持同步。

2.2 固定小電流接地故障的定位

在定位固定小電流接地故障時(shí)，能夠通過(guò)類似的方法進(jìn)行故障的定位。其具體的實(shí)現(xiàn)，就是通過(guò)配置2臺(tái)可以進(jìn)行同步測(cè)量的電流裝置，各自在變電站以及輸電線路的沿線，對(duì)于母線的零序電壓以及電流數(shù)據(jù)進(jìn)行收集。其不同之處在于，線路上必須要擁有足夠的監(jiān)測(cè)點(diǎn)，以便實(shí)現(xiàn)故障定位。在此基礎(chǔ)上，還要利用GPS衛(wèi)星定位系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)各個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的資料完善，進(jìn)一步完善GPS系統(tǒng)中的估算，采取FFT實(shí)現(xiàn)電壓和電流信號(hào)的計(jì)算。此外，還必須構(gòu)建信息服務(wù)端，隨后完成服務(wù)端的分化處理，依照分化例數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)故障范圍的判斷。

3 結(jié)論

為保障配電網(wǎng)正常運(yùn)行，需對(duì)小電流接地故障進(jìn)行迅速的定位。實(shí)現(xiàn)配網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)對(duì)接地故障的自動(dòng)定位功能，會(huì)非常有利于快速精準(zhǔn)有效地對(duì)故障進(jìn)行排除，維護(hù)配電網(wǎng)的穩(wěn)定與安全。本文對(duì)接地故障的定位方法進(jìn)行了研究，闡述了故障定位的基本原理。通過(guò)移動(dòng)或固定小電流接地故障定位的方法，可以將故障點(diǎn)自動(dòng)定位到配網(wǎng)線路的分段或分區(qū)，有效地提高了運(yùn)行人員巡線查找故障的工作效率。