田妍

摘 要：當(dāng)山林地區(qū)的配網(wǎng)線路發(fā)生單相接地故障時(shí)，快速實(shí)現(xiàn)故障定位可有效避免故障排查人員盲目進(jìn)入山林線路走廊帶來(lái)的人身安全風(fēng)險(xiǎn)，并能快速?gòu)?fù)電。本文對(duì)利用故障特征量和注入信號(hào)法等原理進(jìn)行故障定位的方法進(jìn)行了對(duì)比和分析，探討了適用于山林地區(qū)配電系統(tǒng)的故障定位方法。

關(guān)鍵詞：配電網(wǎng)；故障定位；零序電流法；注入法；行波法

10kV配電網(wǎng)大多采用中性點(diǎn)非有效接地方式運(yùn)行，包括中性點(diǎn)不接地、經(jīng)消弧線圈接地和經(jīng)高阻接地方式，又稱小電流接地方式。當(dāng)線路發(fā)生單相瞬時(shí)故障時(shí)，可以自動(dòng)熄?。划?dāng)發(fā)生單相永久性接地故障時(shí)，系統(tǒng)可以運(yùn)行1～2小時(shí)。然而由于配網(wǎng)系統(tǒng)中單相接地故障占整個(gè)故障的80%以上，此類故障會(huì)引起其他相電壓升高，給系統(tǒng)絕緣造成很大威脅，很容易發(fā)展成相間、兩點(diǎn)接地和多點(diǎn)短路，擴(kuò)大事故范圍。因此快速有效的對(duì)10kV配電線路單相接地故障點(diǎn)進(jìn)行定位，對(duì)保證供電可靠性和維護(hù)電力系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行有著重要的意義。為此，本文對(duì)10kV配網(wǎng)線路單相接地現(xiàn)有故障定位方法包括注入法和故障分量法等進(jìn)行了探討。

配電線路一般分支較多，在山林地帶配電網(wǎng)環(huán)境復(fù)雜，瞬時(shí)接地、經(jīng)樹(shù)木接地時(shí)存在電弧不穩(wěn)定，故障電流微弱等特點(diǎn)，使得故障定位工作較難開(kāi)展。

1 注入法

利用注入信號(hào)進(jìn)行故障定位包括有直流注入法和S注入法（交流注入法）。

1.1直流注入法

直流注入法是一種離線定位方法，它的基本思想是當(dāng)配網(wǎng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，將故障線路與電網(wǎng)隔離，并向故障相注入直流電流，手持信號(hào)檢測(cè)器沿故障線路進(jìn)行地面巡測(cè)，在各分支點(diǎn)除檢測(cè)直流電流，通過(guò)電流強(qiáng)度判斷是否為故障路徑，繼續(xù)采用同樣方法進(jìn)行判斷，直到確定故障點(diǎn)。

直流注入法故障定位如圖1所示，故障點(diǎn)為BG段的f點(diǎn)。假設(shè)故障相為A相，首先斷開(kāi)開(kāi)關(guān)K，將故障線路與電網(wǎng)隔離，在線路首端O點(diǎn)往A相注入直流電流。然后沿著線路路徑來(lái)到A點(diǎn)，利用長(zhǎng)絕緣桿將鉗形電流表夾在線路上，分別測(cè)量AC段與AB段的的電流強(qiáng)度，可以判讀出故障方向?yàn)锳B段，繼續(xù)在分支點(diǎn)B進(jìn)行測(cè)量，可以判斷故障方向?yàn)锽G方向，再在G點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量，則確定故障點(diǎn)在BG段，沿著B(niǎo)G段返回，利用二分法進(jìn)行測(cè)量，即可以確定故障位置。

直流注入法的優(yōu)勢(shì)在于能克服線路分布電容影響，且在高阻接地故障中注入的直流電流幾乎全部流向故障點(diǎn)。缺點(diǎn)在于故障線路需停電進(jìn)行檢測(cè)，影響了供電可靠性，人工巡線在經(jīng)過(guò)山林等的線路中較難開(kāi)展。

1.2 S注入法

S注入法是一種在線定位方法，當(dāng)配網(wǎng)線路發(fā)生單相接地時(shí)，首先判斷接地相，并通過(guò)母線PT向接地相注入基波頻率處于工頻n次諧波與n+1次諧波之間的交流電流，利用專用的信號(hào)電流探測(cè)器沿線進(jìn)行查找，注入信號(hào)消失的點(diǎn)即為接地故障點(diǎn)。S注入法優(yōu)點(diǎn)是在線定位無(wú)需停電操作，且能避免工頻和各次諧波的干擾。缺點(diǎn)為需加裝信號(hào)注入設(shè)備，且在高阻接地故障、瞬時(shí)性和間歇性等故障定位應(yīng)用中有所限制。

2 故障分量定位法

利用故障量分定位的方法包括有：利用電流電壓行波折反射原理進(jìn)行故障定位的行波法以及故障時(shí)零序電流分布進(jìn)行故障定位的零序電流法。

2.1 行波法

行波法是輸電線路故障定位的常用方法，根據(jù)在線路上信號(hào)采集的位置可分為單端定位法和雙端定位法。單端法是在已知行波波速時(shí)，利用檢測(cè)到的初始行不與來(lái)自故障點(diǎn)的第一個(gè)反射波的時(shí)間差來(lái)確定故障距離。雙端法則是利用線路兩端檢測(cè)故障產(chǎn)生的初始行波時(shí)間差來(lái)確定。由于配網(wǎng)線路分支較多，雙端法難以適用。如圖2為利用單端法進(jìn)行故障定位的示意圖。

如圖2所示，故障f點(diǎn)在A-B區(qū)段內(nèi)，在節(jié)點(diǎn)A處有分支段A-C，在O點(diǎn)注入脈沖脈沖信號(hào)檢測(cè)行波信息。其中LAB為區(qū)段A-B的長(zhǎng)度，LAC為區(qū)段A-C長(zhǎng)度，LOA為區(qū)段O-A的長(zhǎng)度。當(dāng)故障發(fā)生時(shí)，Sa是故障行波到達(dá)節(jié)點(diǎn)A反射回故障點(diǎn)，再?gòu)墓收宵c(diǎn)傳播到O點(diǎn)，傳播路徑為f→A→f→A→O，與初始行波波頭的時(shí)間差為2LAf/v；SC的傳播路徑為f→A→C→A→O，與初始行波波頭的時(shí)間差為2（LAf+LAC）/v。兩個(gè)反射波時(shí)間差為固定值2LAC/v，且到達(dá)檢測(cè)點(diǎn)O的時(shí)間僅與故障點(diǎn)f所在位置有關(guān)。通過(guò)小波變換等數(shù)學(xué)方法對(duì)兩個(gè)波最大相關(guān)性進(jìn)行分析，可以得到兩個(gè)波同時(shí)達(dá)到最大值的時(shí)刻t，那么故障距離可以表示為：Lf=L0A+v×t/2。

該方法優(yōu)點(diǎn)在于無(wú)需進(jìn)行人工巡線，簡(jiǎn)單實(shí)際。其難點(diǎn)在于當(dāng)配網(wǎng)線路較為復(fù)雜時(shí)，行波在節(jié)點(diǎn)之間來(lái)回的折反射會(huì)發(fā)生衰減，且會(huì)受到雜波干擾。

2.2 零序電流法

在中性點(diǎn)不接地的配電系統(tǒng)中，可采用零序電流的分布特征進(jìn)行定位的方法。零序電流群體比幅比相法的選線依據(jù)是對(duì)比各線路零序電流的幅值相位大小，幅值最大的即為故障線路；零序電流無(wú)功功率方向法是指：在非故障線路和故障點(diǎn)下游線路上，暫態(tài)線電壓超前零序電流90°。而故障點(diǎn)上游到母線區(qū)段上，暫態(tài)線電壓滯后零序電流90°。

文獻(xiàn)中介紹的故障方向參數(shù)D為暫態(tài)線電壓ut經(jīng)Hilbert變換（將ut做-90°相移）后與暫態(tài)零序電流iot的乘積在暫態(tài)時(shí)段T內(nèi)的平均值：

在非故障線路及故障點(diǎn)到母線上，D>0，故障線路下游處，D<0。

在裝有饋線終端FTU的配電系統(tǒng)中，可利用FTU作為檢測(cè)點(diǎn)，對(duì)線電壓和零序電流計(jì)算故障方向參數(shù)，根據(jù)故障區(qū)段兩側(cè)方向參數(shù)極性相反的特征可對(duì)故障區(qū)段進(jìn)行定位。這種方法無(wú)需增加設(shè)備，但僅能定位到故障點(diǎn)所在區(qū)段無(wú)法精確定位到故障點(diǎn)，且不適用于經(jīng)消弧線圈接地的系統(tǒng)。

在裝有消弧線圈的接地系統(tǒng)中可采用五次諧波比較法：由于故障點(diǎn)產(chǎn)生的諧波電流主要以五次分量為主；零序電流增量法：自動(dòng)調(diào)諧消弧線圈在正常情況下處于過(guò)補(bǔ)償15%的狀態(tài)，發(fā)生接地后自動(dòng)調(diào)諧到全補(bǔ)償狀態(tài)。在調(diào)諧前后，引起的零序電流變化折算到同一電壓下時(shí)，故障點(diǎn)之前的線路的零序電流會(huì)變化，而故障點(diǎn)之后的線路的零序電流不會(huì)變化。在線路上加裝的電流傳感器越多，故障定位的范圍越精確。

結(jié)語(yǔ)

本文探討了山林地區(qū)單相接地故障的定位難點(diǎn)，對(duì)比了采用注入法和暫態(tài)分量法對(duì)配網(wǎng)線路的單相接地故障定位方法，得出單端行波法、零序電流法較適用于山林地區(qū)配電線路的單相接地故障定位。

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