10kV架空線路單相接地故障定位方法研究

摘要：近年來，經(jīng)常出現(xiàn)10kV架空線路單相接地故障，影響了配網(wǎng)系統(tǒng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，降低了供電質(zhì)量，必須找準(zhǔn)故障線路，科學(xué)定位故障線路區(qū)段，明確故障點(diǎn)，借助新的信息技術(shù)科學(xué)定位故障點(diǎn)。文章分析了10kV架空線路單相小電流接地故障選線與定位原理，探究了10kV配電網(wǎng)單相小電流接地故障選線測距的實(shí)現(xiàn)。

關(guān)鍵詞：10kV架空線路；單相接地故障；故障定位方法；配網(wǎng)系統(tǒng)；供電質(zhì)量 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

中圖分類號：TM726 文章編號：1009-2374（2015）28-0151-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.28.075

近年來，經(jīng)常出現(xiàn)10kV架空線路單相接地故障，影響了配網(wǎng)系統(tǒng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，降低了供電質(zhì)量，面對這一問題，必須找準(zhǔn)故障線路，科學(xué)定位故障線路區(qū)段，明確故障點(diǎn)，借助新的信息技術(shù)科學(xué)定位故障點(diǎn)。

1 10kV架空線路單相小電流接地故障選線與定位原理

1.1 選線原理

現(xiàn)階段對于10kV架空線路來說，其變電站與繞組通常情況下都裝配了一些必備的電氣設(shè)備，例如三相電壓傳感器、零序電流探測器，以此作為單相接地故障選線的基礎(chǔ)設(shè)備。對于10kV系統(tǒng)來說，假設(shè)三相電壓傳感器的一二級變比達(dá)到100，常規(guī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，各相電壓都在10kV，對應(yīng)的副邊電壓公式：

Uan=Ubn=Ucn=10×1000/100/1.732

假設(shè)單相接地故障出現(xiàn)，故障所在相路對地電壓就對應(yīng)變成0，未出現(xiàn)故障問題的線路對地電壓則提高，是初始狀態(tài)的1.732倍，進(jìn)入過電壓模式，此時(shí)三相電壓傳感器副邊電壓的計(jì)算公式則變成：

Uan=0（V）·Ubn=Ucn=10×1000/100=100V

利用以上公式能夠有效分析出接地相別，對應(yīng)正確地進(jìn)行故障選線。

1.2 系統(tǒng)所達(dá)到指標(biāo)

10kV架空線路單相接地故障發(fā)生后，能夠確保選線準(zhǔn)確，對應(yīng)的測距準(zhǔn)確度也和輸入的診斷信號頻率、相差的準(zhǔn)確度有聯(lián)系。如果處于真空狀態(tài)，電磁波的傳播速度為定值，然而配網(wǎng)通常會出現(xiàn)分布電感與電容，實(shí)際的輸送系統(tǒng)中，電磁波的傳播速度也會對應(yīng)下降。

2 中性點(diǎn)接地方式對單相接地故障的影響

2.1 直接接地方式

當(dāng)前大多數(shù)10kV以上的配網(wǎng)都選擇中性點(diǎn)直接接地模式，變壓器中性點(diǎn)經(jīng)金屬線實(shí)現(xiàn)接地，中性點(diǎn)則不會由于過度集聚電荷而出現(xiàn)接地問題，假設(shè)出現(xiàn)接地問題，正常運(yùn)轉(zhuǎn)相的對地電壓依然保持不變。然而，因?yàn)楣收隙酁槎搪穯栴}，尤其是當(dāng)遇到瞬間短路故障，對應(yīng)的故障電流較大，這樣就極大地影響了配電線路的安全性、穩(wěn)定性，從而使設(shè)備面臨破壞性問題。所以，如果采用直接接地模式，則適合選擇優(yōu)質(zhì)性能的繼電設(shè)備與斷路設(shè)備，從而更加及時(shí)、有效地隔斷故障，在此基礎(chǔ)上利用重合閘來再次恢復(fù)供電，而且要想有效控制電磁感應(yīng)問題，需要配置屏蔽線。

2.2 電阻接地方式

對于10kV以下的配網(wǎng)系統(tǒng)，通常選擇中性點(diǎn)電阻接地模式，故障出現(xiàn)后，利用中性點(diǎn)的電阻來實(shí)現(xiàn)對短路電流的有效控制，這是因?yàn)楫?dāng)出現(xiàn)單相接地問題時(shí)，會對應(yīng)發(fā)生三相不平衡問題，這樣通訊系統(tǒng)就可能面臨著巨大的干擾問題，故障出現(xiàn)后，即使正常運(yùn)轉(zhuǎn)的相路電壓都達(dá)到了較高的水平，然而所升高的電壓同超高壓系統(tǒng)相比，依然相對較小，能夠有效確保電氣設(shè)備的絕緣水平。對應(yīng)的接地故障電流有所下降，在這種情況下可以選擇零序電壓與電流同步配合的模式進(jìn)行接地故障檢測。

2.3 消弧線圈接地

為了有效控制故障出現(xiàn)后，相關(guān)電氣設(shè)備出現(xiàn)電磁共振問題，中性點(diǎn)最佳的接地方式為消弧線圈接地模式。采用這種接地模式，假設(shè)出現(xiàn)單相接地問題，因?yàn)殡娙莺碗姼心軌虮舜讼嗟郑瑥亩尳拥仉娏骰貧w到0，電弧會自行消失，無需額外切斷斷路器。然而，現(xiàn)階段消弧線圈接地模式已經(jīng)不太常用，這是因?yàn)橐坏┫到y(tǒng)接線出現(xiàn)變動，對應(yīng)的消弧線圈的數(shù)值也要隨之做出調(diào)整，特別是近年來配網(wǎng)不斷拓建，系統(tǒng)規(guī)模逐年擴(kuò)大，使得系統(tǒng)電阻也隨之上升，無法徹底對有效抵消分布

電容。

2.4 不接地方式

對于電壓更低的配電系統(tǒng)，如果依然選擇中性點(diǎn)接地模式，不僅可能帶來更多的故障問題，甚至造成電氣設(shè)備無法正常工作，無法滿足高效供電服務(wù)的需求。而且造成單相接地故障的原因也較為復(fù)雜，例如外界風(fēng)力因素、樹枝等的干擾等，這樣所引發(fā)的單相接地具有暫時(shí)性，通常風(fēng)過后相路會自動解除故障。

3 10kV配電網(wǎng)單相小電流接地故障選線測距的實(shí)現(xiàn)

對于10kV配電網(wǎng)來說，其單相小電流接地故障選線測距一般通過以下方法實(shí)現(xiàn)，例如三相正弦信號的產(chǎn)生、音頻信號的放大與注入、返回信號的放大與提純處理等。

3.1 三相正弦信號的產(chǎn)生

配網(wǎng)線路能夠從整體上正常運(yùn)轉(zhuǎn)，需要滿足一些前提條件，那就是出現(xiàn)高頻率純度、低相位抖動的三相正弦診斷信號，同時(shí)它們的幅值等同、頻率也一致，能夠被調(diào)節(jié)。

直接數(shù)字頻率合成法。系統(tǒng)用來測距，通常都試圖選擇不同頻率的三相正弦診斷信號，需要頻率合成過程，對應(yīng)形成的頻率能夠被有效調(diào)節(jié)，針對這一問題，適合選擇數(shù)字頻率合成技術(shù)。直接數(shù)字合成技術(shù)就是較為典型的較為適合的技術(shù)。這一技術(shù)所涉及的各項(xiàng)設(shè)備由參考頻率源、低通濾波器等構(gòu)成。在連續(xù)信號相位中，對某一正弦信號取樣、并進(jìn)行量化、編號，從而打造出正弦函數(shù)統(tǒng)計(jì)表。

3.2 音頻信號的放大與注入

配網(wǎng)中的診斷信號如果功率很小，對應(yīng)的故障區(qū)返回信號也較弱，為返回信號的處理帶來了麻煩，一般來說，配網(wǎng)的診斷型號的功率應(yīng)該在100瓦。然而，自D/A衍生得出的信號功率通常較小，因此，在正弦信號注入到P1前，需要盡量放大診斷信號的功率，以此確保能接收到較強(qiáng)的診斷信號。endprint

3.3 返回信號的放大與提純

所謂定位測距，其主體思想就是將注入的診斷信號同自接地點(diǎn)返回信號相差進(jìn)行對比，但是，信號返回傳輸過程中難免出現(xiàn)變化，這樣就需要對返回信號實(shí)施特殊處理，采用信號放大、信號提純的方法來解決問題。

3.3.1 放大處理。診斷信號由于經(jīng)歷了一個(gè)復(fù)雜的傳輸、折返過程，其電流值必然會極大減小、降低，這樣就為注入與返回信號之間相差的計(jì)算帶來了困難，數(shù)字法、鎖相法都可能無濟(jì)于事，這樣最佳的方法就是實(shí)行信號放大處理。

因?yàn)檩斔偷氖д{(diào)電流相對低下，可以粗略地將所有電流都看成都流向運(yùn)放的輸出端，且都會通過R1、R2。這樣就能得出反相端與同相端的電壓，它們分別為1和2.5，這樣就能求得運(yùn)放輸出電壓，V=2.5-Imx（R1+R2）。

3.3.2 提純處理。返回信號經(jīng)放大處理后，其返回波形將能夠清楚地呈現(xiàn)在CT圖上，然而，這其中會伴隨著噪音的影響，其頻率達(dá)到200～400，此時(shí)的信號已經(jīng)受到嚴(yán)重干擾，進(jìn)而失真，此時(shí)就要加強(qiáng)信號提純

處理。

寬廣的頻率下，噪音的頻譜大致相似，假設(shè)用毫伏測算噪音，最終得出的數(shù)值同噪音的頻譜帶寬成正比，也就是說相同的噪音，假設(shè)利用通濾波器控制頻帶，最終得到的電壓值差異較大。假設(shè)頻道寬下降百分之一，對應(yīng)的噪音電壓也會對應(yīng)下降到十分之一。其中噪聲電壓/=噪音電壓密度。當(dāng)前所測量的正弦信號的頻譜相對集中，1k赫茲正弦波信號頻譜，僅發(fā)生在1赫茲的位置。測量的電壓維持在某一定值。因此，要想能夠準(zhǔn)確測出噪音中的信號，就需要控制通濾波器頻帶的寬度。然而，通濾波器頻帶能夠控制的寬度相對有限。其中，中心頻率/通帶寬度=Q值，可以作為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，用來分析濾波尖銳幅度。Q的值大時(shí)，寬度則會變窄，對噪音的控制也能隨之加強(qiáng)。然而，通常來說，濾波器的e值大概為100。1k赫茲的中心頻率，一般通帶寬度的極限則大概為10赫茲。

3.4 主站與從站的通信實(shí)現(xiàn)

由于接地電阻的電阻類型是復(fù)阻抗類，復(fù)阻抗很容易對診斷、返回信號的相差形成某種干擾，這樣只能將頻帶相同的三相診斷信號分別鏈接在其兩側(cè)，對應(yīng)對比二者之間的相位差，并對應(yīng)分析配網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，從而明確單相接地故障點(diǎn)的位置以及它和信號注入點(diǎn)有多遠(yuǎn)，這其中必然需要為輸電線路創(chuàng)造良好的通訊環(huán)境，現(xiàn)階段，對于配網(wǎng)系統(tǒng)來說，最常用的通訊模式為光纖通訊法、無線通訊法以及PLC載波法等。

4 結(jié)語

10kV架空線路結(jié)構(gòu)復(fù)雜、節(jié)點(diǎn)較多，其故障問題也相對復(fù)雜，難以定位判斷，必須掌握科學(xué)的接地故障定位方法。現(xiàn)階段，對于其接地故障選線測距依然在通過實(shí)驗(yàn)進(jìn)行探索，初步達(dá)到了三相信號的產(chǎn)生、返回信號的放大處理等程序，但是未來依然需要繼續(xù)探索。

參考文獻(xiàn)

[1] 梁志瑞.一種小電流接地系統(tǒng)單相接地故障測距新方法[J].電力系統(tǒng)自動化，2009，（5）.

[2] 吳剛.配電網(wǎng)單相接地故障的區(qū)間定位和測距[D].三峽大學(xué)，2012.

作者簡介：李俊宜（1988-），男，廣東臺山人，廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司江門臺山供電局助理電氣工程師，研究方向：配電線路。

（責(zé)任編輯：蔣建華）endprint