配電網(wǎng)單相接地故障定位方法探究

【摘要】對(duì)配電網(wǎng)單相接地故障定位方法進(jìn)行探究有利于電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行，保證配電網(wǎng)在結(jié)構(gòu)復(fù)雜和分支增加的情況下仍能夠有效穩(wěn)定地工作。文章通過(guò)介紹目前單相接地故障的定位方法，在分析各種方法工作原理的基礎(chǔ)之上，討論了各個(gè)方法的優(yōu)缺點(diǎn)，旨在為單相接地故障的定位工作提供借鑒。

【關(guān)鍵詞】配電網(wǎng);單相接地;故障定位方法

1.引言

隨著電力系統(tǒng)的不斷發(fā)展，電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)復(fù)雜度和分支數(shù)量不斷增加，因此，一旦系統(tǒng)中某個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)故障，將會(huì)帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)損失，甚至可能是人身傷害。快速準(zhǔn)確地對(duì)故障進(jìn)行定位，對(duì)電力系統(tǒng)的安全性、可靠性等非常重要。

國(guó)內(nèi)的配電網(wǎng)中廣泛采用的都是小電流接地方式，絕大部分的電力故障都是為單相接地故障，而又由于電壓等級(jí)不同導(dǎo)致的系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)不盡相同，因此，選擇合理有效地故障定位方法尤為重要。目前國(guó)內(nèi)配電網(wǎng)采用的故障定位方法有故障測(cè)距法、注入法、綜合定位法等等。下面將對(duì)一些故障定位方法進(jìn)行詳細(xì)討論。

2.故障測(cè)距法

故障測(cè)距法是指測(cè)量線路檢測(cè)點(diǎn)位置到故障發(fā)生點(diǎn)位置之間的距離來(lái)進(jìn)行故障定位，按照其工作原理可分為行波定位法、阻抗定位法和故障指示器定位方法。

2.1 行波定位法

行波在線路上進(jìn)行傳播，正常工作時(shí)，行波電壓與電流的比值是不變的，但當(dāng)線路的某一節(jié)點(diǎn)處的參數(shù)或是波阻抗在發(fā)生了變化，則行波在此突變點(diǎn)處就會(huì)產(chǎn)生部分或是全部的折射或者反射現(xiàn)象，而這個(gè)突變點(diǎn)就叫做波阻抗不匹配點(diǎn)。行波法的故障測(cè)距原理是：根據(jù)行波的傳輸理論，利用行波在波阻抗不匹配點(diǎn)發(fā)生折射和反射的情況，并根據(jù)波速和時(shí)間來(lái)對(duì)故障進(jìn)行定位。

行波定位法的關(guān)鍵是找到故障點(diǎn)反射行波的波頭，但是，實(shí)際配電網(wǎng)中的行波衰減和畸變的情況都比較嚴(yán)重、行波波頭無(wú)法準(zhǔn)確辨識(shí)，這就使得行波定位法無(wú)法適用于多分支以及大過(guò)渡電阻的故障定位工作。

2.2 阻抗定位法

阻抗法時(shí)間故障測(cè)距的工作原理是：假設(shè)電力系統(tǒng)的工作線路是均勻的，根據(jù)故障時(shí)測(cè)得的電壓和電流來(lái)計(jì)算此回路的阻抗值，并利用線路阻抗值與線路的長(zhǎng)度成正比這一既定關(guān)系，就可測(cè)得計(jì)量點(diǎn)與故障發(fā)生點(diǎn)之間的距離大小。

阻抗法的測(cè)量方法簡(jiǎn)單，消耗資金少，但是阻抗法收到的電源參數(shù)、線路負(fù)荷等因素的影響比較大，導(dǎo)致測(cè)得的距離誤差大于理想情況下的誤差標(biāo)準(zhǔn)，并且受故障點(diǎn)電阻干擾，導(dǎo)致測(cè)距精度問(wèn)題嚴(yán)重。所以，用根據(jù)實(shí)際的工作環(huán)境合理地選擇阻抗法進(jìn)行故障測(cè)距。

2.3 故障指示器定位方法

故障指示器定位方法的工作原理是：通過(guò)檢測(cè)配電線路的故障電流來(lái)指示故障發(fā)生的出線、分支和區(qū)段。該方法適用于短路故障，可是接地故障特別是高阻接地時(shí)，故障信號(hào)很弱，這將會(huì)導(dǎo)致指示器無(wú)法可靠工作。所以，故障指示器定位方法并不能廣泛運(yùn)用。

因上述幾種定位方法不能滿足當(dāng)今配電網(wǎng)中對(duì)單相接地故障定位的要求，所以，現(xiàn)通過(guò)研究影響配電網(wǎng)故障定位的各種因素，提出了以下幾種方法來(lái)對(duì)故障進(jìn)行定位，保證配電網(wǎng)絡(luò)的安全運(yùn)行。

3.注入法

注入法的運(yùn)用原理是：配電網(wǎng)系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障后，人為地通過(guò)母線電電壓互感器向故障電路發(fā)生的故障一相注入電流信號(hào)（如圖1所示），并根據(jù)注入信號(hào)流動(dòng)的特點(diǎn)，利用信號(hào)探測(cè)儀器追蹤注入信號(hào)的路徑，以實(shí)現(xiàn)故障定位。

圖1 故障線路線號(hào)的注入示意圖

這里，將注入法又分為交流注入法和直流注入法。

3.1 直流注入故障定位方法

直流定位法的故障定位原理是：先將故障線路注入直流電流，再通過(guò)對(duì)各個(gè)分支節(jié)點(diǎn)處分支電流的強(qiáng)度檢測(cè)來(lái)確定故障發(fā)生的路徑，進(jìn)而沿著故障路徑做相同的檢測(cè)工作，最終確定故障發(fā)生點(diǎn)。

圖2為配電網(wǎng)的拓?fù)鋱D，現(xiàn)通過(guò)圖2來(lái)對(duì)直流注入法進(jìn)行分析和理解。

圖2 配電網(wǎng)拓?fù)?/p>

現(xiàn)定義從直流信號(hào)的注入點(diǎn)到故障發(fā)生點(diǎn)的路徑為故障路徑，如圖中的O-A-B-故障點(diǎn)，同時(shí)定義故障點(diǎn)鄰近兩節(jié)點(diǎn)間的線路為故障段，如圖中的B-G。當(dāng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，先通過(guò)選線裝置選擇故障線路，并將其安全退出;然后在變電站的故障線路的故障相上接入電流源，調(diào)節(jié)電壓維持毫安級(jí)的電流;最后再檢測(cè)線路的第一個(gè)分支點(diǎn)（圖中A點(diǎn)）下游的各分支的故障相直流電流強(qiáng)度。

因AC及其下游支路沒(méi)有接地點(diǎn)，可將其等效為電容，對(duì)于穩(wěn)態(tài)直流來(lái)說(shuō)，有電容的線路相當(dāng)于開(kāi)路，所以，理論上AC支路上無(wú)電流通過(guò);AB支路因下游有接地故障發(fā)生點(diǎn)，而流過(guò)較大的直流電流，所以，根據(jù)AC和AB的電流強(qiáng)度可以確定AB是在故障路徑上;再沿故障路徑對(duì)B點(diǎn)進(jìn)行與A點(diǎn)相同的檢測(cè)，可判斷故障發(fā)生在BG線路上;最后檢測(cè)G點(diǎn)下游2個(gè)支路，無(wú)電流信號(hào)，進(jìn)而可確定BG為故障段。電流源要如圖所示連接，一端接地，另一端接到線路故障相上。

3.2 交流注入故障定位方法

交流注入法的故障定位原理是：當(dāng)配電網(wǎng)單相接地故障發(fā)生后，將特定的電流信號(hào)通過(guò)母線傳感器注入到故障相，然后再利用指定的電流信號(hào)探測(cè)裝置沿線路對(duì)注入的電流信號(hào)進(jìn)行追蹤，通過(guò)區(qū)別非故障線路與故障線路電流信號(hào)的不同來(lái)實(shí)現(xiàn)故障定位。

但是，隨著配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的愈加復(fù)雜以及分支數(shù)量的不斷增加，分布電容的分流作用也同時(shí)增加，故障點(diǎn)的電流信號(hào)與電容的電流信號(hào)的間的差值不斷減小，甚至出現(xiàn)分布電容的電流大于故障點(diǎn)的電流的情況。這就導(dǎo)致非故障分支的電流相對(duì)電容電流的值較大，不利于對(duì)發(fā)生故障的判斷。

S注入法是交流注入法的一種，其故障定位的原理是：將特定的電流信號(hào)通過(guò)母線傳感器注入到故障相，注入信號(hào)的基波頻率應(yīng)介于工頻信號(hào)的n次和n+1次諧波之間，然后再利用指定的電流信號(hào)探測(cè)裝置來(lái)對(duì)線路進(jìn)行巡查，進(jìn)而定位出故障線路和故障點(diǎn)。經(jīng)實(shí)踐證明，S注入法在當(dāng)接地點(diǎn)的過(guò)渡電阻不大于時(shí)，對(duì)于故障定位工作的確有效，而當(dāng)過(guò)渡電阻值大于時(shí)，S注入法的效用會(huì)降低，當(dāng)過(guò)渡電阻持續(xù)增大，此方法效用將會(huì)逐漸降低直到完全失效。所以，S注入法的適用范圍是有限的，適用于小范圍故障定位。

4.單相接地故障綜合定位法概述

因配電網(wǎng)線路大多采用中性點(diǎn)不直接接地的系統(tǒng)，當(dāng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，故障電流小，故障特性復(fù)雜，檢測(cè)到的故障特征量具有很大的不確定性等情況。針對(duì)故障線路的特征，應(yīng)考慮使用分步對(duì)故障進(jìn)行定位，將幾種定位方法相結(jié)合的綜合定位方法。該方法利用不同定位方法的互補(bǔ)性來(lái)提高單相接地故障定位的有效性與準(zhǔn)確性。

4.1 行波法與直流注入法結(jié)合

將行波法與直流注入法相結(jié)合的綜合定位方法，對(duì)于故障定位要優(yōu)于其中任何一個(gè)方法。此綜合故障定位方法的思路是先計(jì)算故障發(fā)生的距離，再找出故障發(fā)生的分支線路。具體方法是：先用行波法，分別從線路的兩端注入脈沖信號(hào)，并分別求出相應(yīng)的可能存在的故障點(diǎn)，然后再用直流注入法確定故障發(fā)生的路線，得到結(jié)果。

4.2 直流注入法與交流注入法結(jié)合

交流注入法對(duì)定位小范圍內(nèi)的故障具有很好的效果，而直流注入法可以在在較大范圍內(nèi)進(jìn)行故障區(qū)域劃分且不受線路長(zhǎng)度的限制。因此，先通過(guò)直流注入法進(jìn)行故障區(qū)域的判斷，再通過(guò)交流注入法進(jìn)行故障點(diǎn)的判斷，即可準(zhǔn)確判斷出故障發(fā)生點(diǎn)，完成定位。

5.結(jié)束語(yǔ)

電網(wǎng)規(guī)模的擴(kuò)大，導(dǎo)致電力系統(tǒng)單相接地故障的發(fā)生復(fù)雜度也逐漸增加，進(jìn)而對(duì)于故障定位的研究方法也需要不斷改進(jìn)。文章介紹了幾種基本的故障定位方法，并以此為基礎(chǔ)，對(duì)綜合故障定位方法進(jìn)行了展望。相信在未來(lái)的配電網(wǎng)單相接地故障定位工作中，綜合定位方法一定會(huì)是行之有效的途徑。

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作者簡(jiǎn)介：鄺慕輝（1983—），男，廣東江門(mén)人，工程師，主要從事配網(wǎng)運(yùn)行管理及施工現(xiàn)場(chǎng)質(zhì)量、班組安全管理工作。