配電網故障查詢定位處理方法的研究

摘要：配電網是和用戶直接聯系起來的，其可靠供電和供電質量不僅有著不可估量的社會效益，而且又直接體現了電力企業經濟效益。配電故障自動定位為配電自動化的一個重要內容，對提高供電可靠性也有很大的影響，而且也獲得了越來越多的重視。因為配電系統分支多并且復雜，在發生短路故障時一般僅僅是出口斷橋路器跳閘，所以即使在主干線上用開關分段，也只能隔離有限的幾段，總是了花費了大量的人力、物力、時間來找出具體故障位置。本文針對不同故障電網的類型，對配電網故障定位處理的方法進行了探討。

關鍵詞：配電網；故障電位；故障檢測；定位處理

中圖分類號：U665.14 文獻標識碼：A

1 故障測距法

對于郊區及鄉鎮配電網，供電距離長，采用故障測距的定位方法不僅能降低成本，而且還能減輕尋線負擔。

1.1 阻抗法

阻抗法是利用故障時測定到的電壓和電流求取故障回路的阻抗，又因故障回路阻抗與故障距離成正比，從而根據此定位故障。阻抗法原理簡單，并且投資較少，但是由于配電網的結構比較復雜，分支線、混合線路也較多，而且負荷影響較大，所以阻抗法不能簡單的直接用來測距計算，實際應用中也總是作為輔助測距方法。由于這種方法原理簡單，容易實現，所以一直得到人民廣泛的關注。電橋法是阻抗法故障測距中比較廣泛的一種。電橋法包括電阻電橋法和電容電橋法兩種。電阻電橋法僅僅只是適用于低電阻的測量，故障點要求的電阻不能超過100千歐，最高不能超過500千歐，最好是2千歐。它的基本原理是將被測電纜末端非故障與故障相接，電橋兩輸出臂分別接故障和非故障相，調節電橋臂上的調節電阻，當電橋平衡后，根據電橋平衡原理計算出故障距離。其優點是方便和簡單。但是也有缺點，一是不適合測量高電阻和閃絡性故障。因為故障電阻較高的情況下，電橋回路中電流很小，一般電流檢流計靈敏度很低，難以檢測出電橋是不是平衡，另一個缺點是需要知道電纜的準確長度等原始材料，當一條電纜路線是由兩種以上材料或不同截面積的兩段以上的電纜組成時，還需進行換算。還有電橋法不能測量三相短路故障。電容電橋法可以用于電纜斷線故障的測量，其原理與電阻電橋法類似。

1.2 行波法

根據行波理論，無論是詳見短路故障還是當相接地故障，都會產生向線路兩端傳播的行波信號，利用在線路測量捕捉到的暫態行波信號可以實現各種類型短路故障的測距。行波法是通過測量故障產生的行波在故障點及母線之間往返一趟的時間或利用故障行波到達線路兩端的時間差來計算故障距離。它是一種比較常用的方法，具有速度快、精度高等優點，有A、B、C、三型行波測距法。

1.2.1A型行波測距

故障點發生故障后，產生的行波就會在故障點與測量端來回傳播，可以通過行波往返故障點與測量端一次的時間與行波波速來確定故障點的距離。這種方法不收過渡電阻和對端負荷阻抗的影響，不僅原理簡單，而且能用的裝置較少，且可以在理論上達到較高的精度，比較常用的A型行波測距方法主要有脈沖電流和脈沖電壓法。脈沖電流法的原理是通過線性電流耦合器測量電纜故障擊穿時產生的脈沖故障電流信號，實現了一起和高壓回路的電耦合，省去了電容與電纜之間串聯的電容和電感，簡化了接線，而且還易于分辨傳感器耦合出的脈沖電流信號，這種方法的優點是安全、可靠和接線簡單等。脈沖電壓法又叫沖擊閃絡法，其原理是首先利用直流高壓和脈沖高壓信號把電纜故障點擊穿，然后通過放電電壓脈沖在測量端與故障點之間往返一次的時間來測距。它的優點是，不需要將高阻和閃絡性故障擊穿，直接利用故障擊穿產生瞬時脈沖信號，測試速度比較快，測量過程簡單。它的缺點是利用此方法測距時，高壓電容對脈沖信號呈短路狀態，需要串聯個電阻和電感產生電壓信號，這樣就增加了接線的復雜性，且降低了電容放電時加在故障電纜的電壓，使故障點很難被擊穿，并且測量中，分壓器耦合的電壓波形變化不明顯，難以分辨。

1.2.2 B型行波測距

其基本原理是只利用故障點行波產生的第一個行波波頭信號到達電纜兩端的信息，并借助于通行通道進行故障測距的。此方法的優點是，只利用第一個波頭，因而故障點的反射波和透射波不會限制這種方法的應用，但是這種方法仍然需要精確的故障行波到達測量端的時間。

1.2.3 C型行波測距

其基本原理是電纜發生故障時，將電纜與電網斷開，通過脈沖發射裝置向故障電纜發射高頻脈沖，然后計算脈沖信號在裝置與故障點之間的來回時間，從而計算出故障距離。

1.3 音頻電流感應法

如果電纜發生了故障，就很難利用上述方法檢測到故障點放電的聲音或者根本沒有放電聲音，多以低電阻故障使用其他檢測方法進行故障定位。這時可以使用音頻電流感應法通過檢測地面上磁場的變化來確定故障點的位置。其基本原理是用1-15KHz的音頻信號發生器向被測電纜通入音頻信號電流，由于電磁耦合的作用，在大地中會產生感應電流，從而形成磁場。然后再地面上用探頭沿著電纜敷設路徑接受音頻信號，并將接受到的音頻信號送入到接收機進行放大并送入耳機。根據耳機響聲的變化可探測故障點的位置。音頻信號最強的是故障點的上方，當探頭繼續前移是，音頻信號逐漸降低，所以音頻信號最強的地方就是故障點。

2 信號注入法

2.1 S注入法

這種方法是利用故障時暫時閑置的電壓互感器注入交流信號電流。通過檢測故障線路中注入信號的路徑和特征來實現故障測距和定位。在發生接地故障后，通過三相電壓互感器的中性點向接地線路注入特定頻率的電流信號，注入信號會沿著故障線路經接地點注入大地，用信號尋跡原理便可實現故障選線可確定故障點。此方法的優點在于適合于線路上只安裝二相電流互感器的系統，缺點在于接地電阻較大時線路上分布電容會對注入信號分流，給選線和定點帶來干擾，如果接地點存在間歇性電弧現象，注入的信號在線路中將不連續，讓檢查有一定的困難，這種方法尋找故障點話費時間較長，有可能在此期間引發系統的第二點接地，造成線路自動跳閘。這在檢測固定線損方面有很大的效用，節能變壓器是指三相高壓為10kV、低壓為400V，額定容量為30kVA～1600kVA的油浸式和額定容量為30kVA～2500kVA的干式配電變壓器。其空載損耗和負載損耗應符合國家標準GB20052-20006《三相配電變壓器能效限定值及節能評價值》中節能評價值的規定。節能變壓器與普通變壓器相比，在綜合功率損耗上有極大降低。以非晶合金變壓器為例，其空載損耗可比普通S9型硅鋼片變壓器的降低75%～80%。應當說明，對于非晶合金變壓器與普通硅鋼變壓器在額定電流下的負載損耗大小相等，使用中只要負載情況相同，產生的可變損耗都相同；非晶合金變壓器與硅鋼變壓器節能體現在不變損耗即空載損耗上。雖然推廣節能變壓器有利于節能降耗，但也應考慮到節能變壓器的費用和更換成本，應結合電網改造和原有變壓器的狀況，綜合考慮成本與效益考慮是否更換。超過壽命服役的變壓器、國家規定淘汰的老舊變壓器，能效或其他性能不符合國家標準的變壓器時首先應更換的，同時應對變壓器的經濟運行做出作何評價，評價為運行不經濟、且綜合功率較大的變壓器應更換。固定損耗指的是配電網中不隨線路和設備的負荷改變而改變，只與設備容量、設備質量以及電壓的大小有關的電能損耗。變壓器中的空載損耗包括磁滯損耗和渦流損耗，又稱為鐵損，是決定固定損耗大小的主要因素。在一個交流電路中，電氣設備只有電流通過后，形成一個穩定的磁場，才能夠帶著負載做功，并正常的運行和工作，這個電氣設備形成磁場并運轉的過程稱之為電磁轉換。經過這個過程，電氣設備在磁場的作用下，鐵芯中會產生磁滯和渦流的現象，導致電氣設備的鐵芯發熱而使溫度升高，電能損耗因此而產生。在這個過程中，磁滯損耗遠大于渦流損耗，因此將這個過程中產生的損耗稱之為磁滯損耗。電纜線和電容的介質損耗，電網變壓器和一些設備儀器中的鐵損都屬于固定損耗。電網變壓器的配置和運行是影響電網線損的一個關鍵因素，并影響整個電網的經濟性。變壓器容量是否合理，是在配置變壓器的時候考慮的主要問題，變壓器容量不合理會導致電網中空載損耗較大。

2.2 端口故障診斷法

此種方法提出利用單相接地后的電壓和電流的特點進行測距和定位。從端口方程出發，通過施加音頻正弦信號，以比較傳輸網可測端口故障前后測試信號的變化量為根據，實現自動在線定位故障分支。這種方法的優點是故障診斷側后工作量小，適用于較大網絡的故障診斷，缺點是分支上的故障點位置只能歸結為分支與主支的聯接點，確切故障距離無法確定，且采用線路兩側信息，需要數據通信，有很強的實用性。

綜上所述，由于定位技術的方法不同、特點不同，所以適用范圍也都不相同，應該根據當地配電網的結構及現場條件綜合選擇最適合的定位方法。而且，配電網可靠性的要求越來越高，使配電網故障定位技術受到重視的程度也越高，所以我們要更多的研究出最實用的配電網故障定位處理的方法，讓故障定位處理技術達到一個更高的層次。

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