嚴功門

（江陰華潤制鋼有限公司，江蘇 無錫 214404）

小電流接地系統(tǒng)故障定位技術探析

嚴功門

（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重的相間故障，所以應及時確定故障點并排除故障。近年提出了多種接地選線和定位技術，其中的信號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的研究現(xiàn)狀，介紹信號注入法的原理，以及功能完善的故障定位裝置，為小電流接地系統(tǒng)故障技術的探究提供了理論基礎是實際應用樣例，給相關技術的進一步發(fā)展奠定了基礎。

小電流；單相接地；信號；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)故障情況較為復雜，因為系統(tǒng)的線路繁多，故障特征不明顯，很容易被忽略導致更嚴重的故障。目前應用最多的就是信號注入法，它可以高效解決小電流單相接地故障定位的問題，實用性強，基于該原理的定位保護法已經(jīng)大量應用。它提高了供電可靠性，對于順利維護電網(wǎng)設備，提高經(jīng)濟效益具有重要的意義。

1 小電流接地系統(tǒng)故障定位技術現(xiàn)狀

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

1.1 信號注入法

信號注入定位方法又稱“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。信號注入后，信號在故障線路中蔓延，最后注入大地。當采用外部信號探測器檢測時，如果檢測到故障信號流過，則判斷該線路故障，通過信號探測器沿故障線路查看后，當注入信號分布密集時，故障點確定，結束本次故障定位。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，以減少故障信號對測量的干擾，使故障定位更迅速、準確。這種方法十分有效，在應用中較為廣泛，適用于中性點不接地和經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)。但是這種方法在接地電阻較大時會對信號分流，定位不準確，而且信號注入設備的使用增加了工作量和成本，對于瞬時性和間歇性故障的定位不準確。

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，通過電路的分流會產(chǎn)生附加的工頻故障電流，經(jīng)接地故障點流入大地。通過故障檢測設備可以檢測到電流，但是在故障點下游無法順利實現(xiàn)故障定位，這就方便了故障點的確定和定位。這種方法由于中值電阻設計不便，增加了成本，而且接地電流的增加也人為產(chǎn)生了信號干擾，這種方法同樣無法檢測瞬時性和間歇性接地故障。但是它提高了靈敏度，在應用中也較為廣泛。

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現(xiàn)定位。這種方法的具體操作是，當發(fā)生接地故障時，消弧線圈的電抗值變化會導致補償電流的變化，所以主動改變電抗值。這樣當補償電流產(chǎn)生突變后，零序電流沿著故障線路經(jīng)接故障點流入大地，這時利用外部檢測設備對突變電流進行檢測，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的位置。這種方法可以產(chǎn)生較大的信號強度，適用于復雜的設備運行環(huán)境，但是對弧光和間歇性接地故障效果差，而且必須依賴自動調(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，所以在運用中應進行精確地控制，預防不利的事情發(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際運用并不廣泛的方法。它是通過在故障線路出口處施加方波診斷信號，構件相應的系統(tǒng)傳遞函數(shù)，由頻譜特性構造判據(jù)，進行故障定位。這種方法需要運用數(shù)學計算和頻譜分析等方法，通過添加信號激勵，得到零序電壓、零序電流數(shù)據(jù)，根據(jù)函數(shù)的相關參數(shù)進行故障位置判定，得到測距結果。這種方法受配電網(wǎng)結構復雜影響，只能在較為簡單的實驗室環(huán)境下完成，在現(xiàn)有技術條件下并不能運用到實際中，所以這方法的技術仍有待加強。

2 基于信號注入法的自動定位方法原理

信號注入法是最為有效而且應用最廣的故障定位方法。為了方便信號注入，在沿故障線路配置了多個注入信號探測器，故障發(fā)生時探測器能夠自動檢測注入電流信號并將探測結果自動傳送至主站，這樣就可以通過主站的檢測結果分析得到故障區(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)信號的通路，通過母線PT向接地線的接地相注入信號電流，然后利用信號電流探測器查找故障線路和故障點，信號注入裝置如圖1所示。

圖1 S注入法故障定位原理示意圖

這種方法對于注入信號具有較強的適應性，但是S注入法需要人為手持定位探測器巡線定位，自動化程度低，工作效率有待加強。

3 故障定位裝置

在實際運用中，故障定位裝置一般采用總線結構，通過計算機處理信號，最終實現(xiàn)故障的定位。一種較為普遍的故障定位裝置，硬件結構如圖2所示。首先外部高壓信號發(fā)生器發(fā)出電壓信號后，電壓變換器作用，將幅值等比例降低，通過高速A/D信號采集卡進行模擬信號的采樣，并經(jīng)過AD變換產(chǎn)生相應的數(shù)字信號，通過CPU進行計算分析，將故障位置信息

進行保存，通過以太網(wǎng)等模塊進行遠程管理。一般采用的高壓信號發(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，然后經(jīng)過整流、充電等過程，通過調(diào)整兩個電阻的比值，在阻值較小的電阻上獲得所需的電壓信號。本裝置采用的數(shù)據(jù)采集卡可以同時進行兩路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)進行外部訪問，提高編程效率和提高訪問權限，保證率安全性。

圖2 硬件結構

4 結束語

文章通過闡述小電流接地系統(tǒng)故障定位技術的現(xiàn)狀，分析了現(xiàn)有的主動式故障定位方法，以信號注入法為例，進行了詳細的說明。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注入方法實現(xiàn)的，在應用中十分廣泛，為操作人員的故障定位提供了理論支撐和實例基礎，對小電流接地系統(tǒng)故障定位技術的發(fā)展指明了方向。

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TM7

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2096-2789（2016）11-0043-02

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