山林地區配網接地故障定位方法探討

田妍

摘 要：當山林地區的配網線路發生單相接地故障時，快速實現故障定位可有效避免故障排查人員盲目進入山林線路走廊帶來的人身安全風險，并能快速復電。本文對利用故障特征量和注入信號法等原理進行故障定位的方法進行了對比和分析，探討了適用于山林地區配電系統的故障定位方法。

關鍵詞：配電網；故障定位；零序電流法；注入法；行波法

10kV配電網大多采用中性點非有效接地方式運行，包括中性點不接地、經消弧線圈接地和經高阻接地方式，又稱小電流接地方式。當線路發生單相瞬時故障時，可以自動熄弧；當發生單相永久性接地故障時，系統可以運行1～2小時。然而由于配網系統中單相接地故障占整個故障的80%以上，此類故障會引起其他相電壓升高，給系統絕緣造成很大威脅，很容易發展成相間、兩點接地和多點短路，擴大事故范圍。因此快速有效的對10kV配電線路單相接地故障點進行定位，對保證供電可靠性和維護電力系統穩定運行有著重要的意義。為此，本文對10kV配網線路單相接地現有故障定位方法包括注入法和故障分量法等進行了探討。

配電線路一般分支較多，在山林地帶配電網環境復雜，瞬時接地、經樹木接地時存在電弧不穩定，故障電流微弱等特點，使得故障定位工作較難開展。

1 注入法

利用注入信號進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，它的基本思想是當配網發生單相接地故障時，將故障線路與電網隔離，并向故障相注入直流電流，手持信號檢測器沿故障線路進行地面巡測，在各分支點除檢測直流電流，通過電流強度判斷是否為故障路徑，繼續采用同樣方法進行判斷，直到確定故障點。

直流注入法故障定位如圖1所示，故障點為BG段的f點。假設故障相為A相，首先斷開開關K，將故障線路與電網隔離，在線路首端O點往A相注入直流電流。然后沿著線路路徑來到A點，利用長絕緣桿將鉗形電流表夾在線路上，分別測量AC段與AB段的的電流強度，可以判讀出故障方向為AB段，繼續在分支點B進行測量，可以判斷故障方向為BG方向，再在G點進行測量，則確定故障點在BG段，沿著BG段返回，利用二分法進行測量，即可以確定故障位置。

直流注入法的優勢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。缺點在于故障線路需停電進行檢測，影響了供電可靠性，人工巡線在經過山林等的線路中較難開展。

1.2 S注入法

S注入法是一種在線定位方法，當配網線路發生單相接地時，首先判斷接地相，并通過母線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，利用專用的信號電流探測器沿線進行查找，注入信號消失的點即為接地故障點。S注入法優點是在線定位無需停電操作，且能避免工頻和各次諧波的干擾。缺點為需加裝信號注入設備，且在高阻接地故障、瞬時性和間歇性等故障定位應用中有所限制。

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行故障定位的行波法以及故障時零序電流分布進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，根據在線路上信號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，利用檢測到的初始行不與來自故障點的第一個反射波的時間差來確定故障距離。雙端法則是利用線路兩端檢測故障產生的初始行波時間差來確定。由于配網線路分支較多，雙端法難以適用。如圖2為利用單端法進行故障定位的示意圖。

如圖2所示，故障f點在A-B區段內，在節點A處有分支段A-C，在O點注入脈沖脈沖信號檢測行波信息。其中LAB為區段A-B的長度，LAC為區段A-C長度，LOA為區段O-A的長度。當故障發生時，Sa是故障行波到達節點A反射回故障點，再從故障點傳播到O點，傳播路徑為f→A→f→A→O，與初始行波波頭的時間差為2LAf/v；SC的傳播路徑為f→A→C→A→O，與初始行波波頭的時間差為2（LAf+LAC）/v。兩個反射波時間差為固定值2LAC/v，且到達檢測點O的時間僅與故障點f所在位置有關。通過小波變換等數學方法對兩個波最大相關性進行分析，可以得到兩個波同時達到最大值的時刻t，那么故障距離可以表示為：Lf=L0A+v×t/2。

該方法優點在于無需進行人工巡線，簡單實際。其難點在于當配網線路較為復雜時，行波在節點之間來回的折反射會發生衰減，且會受到雜波干擾。

2.2 零序電流法

在中性點不接地的配電系統中，可采用零序電流的分布特征進行定位的方法。零序電流群體比幅比相法的選線依據是對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；零序電流無功功率方向法是指：在非故障線路和故障點下游線路上，暫態線電壓超前零序電流90°。而故障點上游到母線區段上，暫態線電壓滯后零序電流90°。

文獻中介紹的故障方向參數D為暫態線電壓ut經Hilbert變換（將ut做-90°相移）后與暫態零序電流iot的乘積在暫態時段T內的平均值：

在非故障線路及故障點到母線上，D>0，故障線路下游處，D<0。

在裝有饋線終端FTU的配電系統中，可利用FTU作為檢測點，對線電壓和零序電流計算故障方向參數，根據故障區段兩側方向參數極性相反的特征可對故障區段進行定位。這種方法無需增加設備，但僅能定位到故障點所在區段無法精確定位到故障點，且不適用于經消弧線圈接地的系統。

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

結語

本文探討了山林地區單相接地故障的定位難點，對比了采用注入法和暫態分量法對配網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配電線路的單相接地故障定位。

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