王彥彪，李國生，王宗寶，劉騫生，張小江

（國網(wǎng)甘肅省電力公司白銀供電公司，甘肅白銀，730900）

0 引言

接地故障是10kV架空線路的常見故障，對(duì)于架空線路的正常運(yùn)行構(gòu)成了較大的威脅。當(dāng)架空線路出現(xiàn)了接地故障時(shí)，此時(shí)需要采用較快的措施盡快實(shí)現(xiàn)對(duì) 故障位置的定位。本文首先分析了10kV架空線路接地故障位置的傳統(tǒng)定位方法，之后闡述了便攜式接地故障位置測(cè)量儀中所采用到的S信號(hào)注入法原理，最后分析了便攜式接地故障位置測(cè)量儀的開發(fā)技術(shù)及應(yīng)用方法，在實(shí)際的架空線路接地故障位置測(cè)量中可以加以應(yīng)用。

1 10kV架空線路接地故障位置的傳統(tǒng)定位方法

1.1 10kV架空線路的運(yùn)行現(xiàn)狀

當(dāng)前配電系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)變得日益復(fù)雜，架空線路越來越長，并且配電線路中的分支數(shù)量也是越來越多，實(shí)現(xiàn)對(duì)配電線路的故障準(zhǔn)確快速定位是配電系統(tǒng)運(yùn)維中亟需解決的關(guān)鍵問題。如果配電系統(tǒng)的停電時(shí)間過長，則可能會(huì)導(dǎo)致出現(xiàn)電力用戶投訴的情況發(fā)生，使得電力企業(yè)不僅承受電量損失，還需要承擔(dān)一定的社會(huì)影響。目前我國大多數(shù)的配電系統(tǒng)都是采用小電流的接地方式，這種接地方式的主要優(yōu)點(diǎn)是當(dāng)配電系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，所產(chǎn)生的接地電流較小，故不會(huì)對(duì)配電線路的絕緣性能產(chǎn)生影響。但同時(shí)也由于配電網(wǎng)中所產(chǎn)生的接地電流較小，故難以對(duì)配電系統(tǒng)中的具體接地位置加以定位和測(cè)量，導(dǎo)致配電系統(tǒng)的故障處理時(shí)間較長。

1.2 10kV架空線路接地故障位置的傳統(tǒng)定位方法

10kV架空線路在運(yùn)行的過程中，容易受到外界的干擾，如大風(fēng)、外力破壞等，容易出現(xiàn)接地故障，降低了配電系統(tǒng)的供電可靠性。當(dāng)10kV架空線路發(fā)生了接地故障時(shí)，需要盡快實(shí)現(xiàn)接地故障位置的定位，從而縮短接地故障的處理時(shí)間，盡快恢復(fù)配電系統(tǒng)的正常供電[1]。在傳統(tǒng)的配電架空線路接地故障的定位方法中，主要包括以下類型，一是觀察法，這種方法是采用人工方式對(duì)架空線路進(jìn)行巡視，這種方式的故障定位效率較低，較為原始落后，并且也費(fèi)時(shí)費(fèi)力。隨著配電線路的增多，有些故障位置較為隱蔽，此時(shí)采用人工方式進(jìn)行巡視，可能難以發(fā)現(xiàn)具體的故障點(diǎn)。

其次是采用逐級(jí)推拉法，在配電架空線路中設(shè)置了多個(gè)支線開關(guān)，通過對(duì)這些支線開關(guān)進(jìn)行逐級(jí)試?yán)^察變電站中是否依然報(bào)接地故障信息，這樣可以逐步縮小接地的故障區(qū)間。當(dāng)拉開某個(gè)支線開關(guān)后，接地告警信息消失，則說明在該范圍內(nèi)發(fā)生了接地，從而實(shí)現(xiàn)配電架空線路接地故障的定位。但采用這種方式只能夠確定好哪條故障配電支線，對(duì)于支線中的具體位置依然位置，存在著一定的不足之處。再次是采用搖表法，這種方法是對(duì)各條配電支線進(jìn)行絕緣性能測(cè)試，當(dāng)在測(cè)試中發(fā)現(xiàn)某條配電支線的絕緣指標(biāo)不合格時(shí)，就可以確定該配電支線為接地故障支線，但這種方法依然和逐級(jí)推拉法一樣，只能確定接地支線，無法確定具體的故障接地點(diǎn)。

2 架空線路接地故障位置的定位原理分析

對(duì)于架空線路接地故障位置的定位，可以按照先定段、后定點(diǎn)的原則，逐步實(shí)現(xiàn)精確的接地故障定位。首先是先選出發(fā)生接地故障的線路，之后再將該故障線路開關(guān)斷開，并采用直流法進(jìn)行接地故障區(qū)段的定位。當(dāng)采用直流法對(duì)架空線路進(jìn)行接地故障位置測(cè)量時(shí)，需要向發(fā)生故障的架空線路中注入直流信號(hào)[2]。所注入的直流信號(hào)會(huì)通過接地點(diǎn)構(gòu)成回路，那么在故障路徑區(qū)域中就能夠測(cè)量到和注入信號(hào)近乎等值的直流信號(hào)，而對(duì)于非接地故障路徑，則只能夠測(cè)量到較為微弱的直流信號(hào)。利用該原理，在架空線路的關(guān)鍵分支處，對(duì)各個(gè)分支分別測(cè)量線路中所流過的直流信號(hào)，如果在某個(gè)分支處檢測(cè)到了直流信號(hào)，則說明接地故障點(diǎn)位于該分支處的下游區(qū)域。如果沒有檢測(cè)到直流信號(hào)，則說明接地故障點(diǎn)在該測(cè)量分支處的上游區(qū)域，這樣就能夠準(zhǔn)確好接地的故障區(qū)段。

當(dāng)確定好架空線路的故障區(qū)段之后，就需要對(duì)具體的接地故障點(diǎn)進(jìn)行定點(diǎn)。可以向故障架空線路的故障相注入交流信號(hào)，采用交流法進(jìn)行定點(diǎn)。所注入的交流信號(hào)也會(huì)通過接地故障點(diǎn)形成回路，并且在接地故障點(diǎn)前后，所注入的交流信號(hào)在幅值上會(huì)發(fā)生較大的變化，這樣就可以確定出架空線路的接地位置。

3 10kV架空線路便攜式接地故障位置測(cè)量儀的研制

3.1 便攜式接地故障位置測(cè)量儀的硬件開發(fā)

根據(jù)上述所分析的架空線路接地故障位置的定位原理，可以制造出感應(yīng)器，架空線路接地故障排查人員只需要手持感應(yīng)器設(shè)備，就可以準(zhǔn)確測(cè)量出具體的接地故障點(diǎn)。在10kV架空線路便攜式接地故障位置測(cè)量儀中，包括非接觸式感應(yīng)器和分析控制系統(tǒng)，非接觸式感應(yīng)器將所采集到的數(shù)據(jù)信息傳輸給測(cè)量儀中的分析控制系統(tǒng)進(jìn)行計(jì)算，得出架空線路的具體接地故障位置[3]。由于感應(yīng)器為非接觸式，操作人員無需登桿，在架空線路的地面通過感應(yīng)器就能夠測(cè)量出被測(cè)導(dǎo)線上所注入的電流信號(hào)強(qiáng)度及注入電流的流向等信息。通過掌握這些信息，可以逐步縮小架空線路的故障范圍，從而實(shí)現(xiàn)架空線路接地故障點(diǎn)位置的準(zhǔn)確判定，下圖1為便攜式接地故障位置測(cè)量儀的硬件結(jié)構(gòu)圖。

圖1 便攜式接地故障位置測(cè)量儀的硬件組成

從圖1中的硬件結(jié)構(gòu)圖中可以看出，在便攜式接地故障位置測(cè)量儀中所包括的硬件類型主要有電源模塊、電流傳感器、信號(hào)處理電路、數(shù)字量及模擬量采集電路、微處理器、顯示模塊、按鍵模塊、存儲(chǔ)模塊等。非接觸式感應(yīng)器主要是借助傳感器設(shè)備，通過信號(hào)處理電路和信號(hào)轉(zhuǎn)換電路，實(shí)現(xiàn)測(cè)量點(diǎn)電流信號(hào)的提取。分析控制系統(tǒng)主要是借助微處理器，對(duì)所采集到的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行計(jì)算，得出具體的接地計(jì)算結(jié)果。在微處理器中，需要對(duì)所采用到的數(shù)據(jù)處理算法進(jìn)行改機(jī)和提高，并采用計(jì)算效率較高的算法，這樣才能夠保證裝置能夠?qū)λ杉降臄?shù)據(jù)進(jìn)行快速有效的處理。在程序的編寫上，應(yīng)提高數(shù)據(jù)處理程序的運(yùn)行效率，盡可能以較少的代碼完成整個(gè)計(jì)算過程。同時(shí)在便攜式接地故障位置測(cè)量儀中，通過按鍵模塊，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)接地故障位置測(cè)量的操作。通過存儲(chǔ)模塊，可以將測(cè)量過程中的一些重要的數(shù)據(jù)加以存儲(chǔ)，這樣就方便之后對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和查看。

3.2 便攜式接地故障位置測(cè)量儀的應(yīng)用步驟

傳統(tǒng)的10kV架空線路接地故障定位方法存在著較大的不足之處，如無法精準(zhǔn)定位或者費(fèi)時(shí)費(fèi)力等。為了實(shí)現(xiàn)對(duì)架空線路接地故障點(diǎn)的有效測(cè)量，可以采用S信號(hào)注入法，來判定10kV架空線路接地故障的具體位置[4]。采用S信號(hào)注入法，可以構(gòu)建便攜式接地故障位置測(cè)量儀，實(shí)現(xiàn)對(duì)配電架空線路接地故障的快速測(cè)量和定位。這種方法在具體的應(yīng)用過程中，需要按照相關(guān)的步驟進(jìn)行操作，這樣才能夠包括快速實(shí)現(xiàn)對(duì)配電架空線路故障點(diǎn)的測(cè)量，既能夠提高測(cè)量效率，也能夠提高測(cè)量的準(zhǔn)確度，其應(yīng)用步驟如圖2所示。

圖2 S信號(hào)注入法的應(yīng)用步驟

從圖2中可知，在第一步測(cè)量基本設(shè)備的連接中，需要將S信號(hào)發(fā)生裝置與大地連接，做好接下來測(cè)量的相關(guān)準(zhǔn)備工作。之后再構(gòu)成S信號(hào)發(fā)生及檢測(cè)回路，并進(jìn)行S信號(hào)測(cè)量。在測(cè)量的過程中，需要將鉗流表令克棒與鉗流表連接，通過鉗流表讀取到S信號(hào)的檢測(cè)數(shù)據(jù)。依次采用鉗流表測(cè)量信號(hào)點(diǎn)兩側(cè)的三相信號(hào)值，若其中任意兩相的信號(hào)值在2毫安的范圍內(nèi)，則可以判斷該測(cè)量點(diǎn)這一側(cè)沒有發(fā)生接地情況。如果某兩相的S信號(hào)值不超過2毫安，但另外一相的數(shù)據(jù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于這兩相的數(shù)據(jù)，則說明在這一側(cè)的線路方向上出現(xiàn)了接地情況，并且具體的接地點(diǎn)在信號(hào)最大的那一相上，從而有效縮短了接地點(diǎn)的區(qū)間。再次，可以采用二分法在鎖定的故障區(qū)間的中點(diǎn)進(jìn)行進(jìn)一步的測(cè)量，逐步測(cè)量，直到最終將故障點(diǎn)確定為止。

3.3 便攜式接地故障位置測(cè)量儀的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)分析

由于10kV架空線路所經(jīng)過的地理位置普遍較為偏僻，通過人工肉眼進(jìn)行故障點(diǎn)排查及位置測(cè)量的難度較高。此外通過配電系統(tǒng)的停電時(shí)間過長，則會(huì)使得電力企業(yè)承受較高的電量經(jīng)濟(jì)損失。而通過采用本文所分析的10kV架空線路便攜式接地故障位置測(cè)量儀，由于降低了故障測(cè)量所需要花費(fèi)的時(shí)間，這樣就可以快速恢復(fù)配電系統(tǒng)的供電，提高電力企業(yè)的概念收益，具有較高的經(jīng)濟(jì)效益。同時(shí)由于供電可靠性的提高，還具有較大的社會(huì)效益，并且對(duì)于降低配電系統(tǒng)運(yùn)維人員的工作勞動(dòng)強(qiáng)度也具有積極意義。將該便攜式接地故障位置測(cè)量儀應(yīng)用在某實(shí)際供電公司的配電系統(tǒng)中，故障定位準(zhǔn)確率能夠達(dá)到百分之百，取得了很好的應(yīng)用效果，也驗(yàn)證了該架空線路便攜式接地故障位置測(cè)量儀的性能。