配電網常見單相接地故障分析與定位研究

楊洋 周麗筠

摘 要：10kV配電網線路分布廣、地形復雜、氣候環境多變，大多架設在野外，運行環境惡劣，雷電、大風以及暴雨等外力破壞造成故障的幾率比較高。而在故障發生后，由于線路長而且分布廣，采用傳統的推拉線路和人工沿線觀察的方法，很難快速準確地查出故障點，如何有效的找到接地點，去分析故障原因非常有必要性的意義。

關鍵詞：配電網；接地；定位；查找

中圖分類號：TM72 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）16-0062-02

Abstract： The 10kV distribution network has wide distribution， complex terrain， changeable climate environment， mostly installed in the field， the operating environment is harsh， lightning， strong wind and heavy rain and other external force damage caused by the probability of failure is relatively high. After the fault occurred， because of the long and wide distribution of the line， it is difficult to find the fault point quickly and accurately by using the traditional method of push-pull line and observation along the artificial line， and how to find the location of the connection effectively. It is necessary to analyze the cause of failure.

Keywords： distribution network； grounding； location； search

引言

我國10kV配電網系統主要采用中性點不接地或中性點經消弧線圈接地，也被稱為小電流接地系統。在這種小電流接地系統中，由于中性點沒有有效接地，發生單相接地故障后，故障信號微弱，使得故障點的自動化定位很困難。而單相接地故障在小電流接地系統發生的故障中占到了80%以上，因此，解決如何快速定位單相接地故障點，對于配電網的安全經濟運行起著至關重要的作用。

1 配網中微電網介紹

目前研究配網接地策略的學者眾多，迫切需要能夠針對不同類型接地故障采用相應的策略提示工作人員進行故障點定位，從而可以實現裝置操作簡單、故障點定位快速準確，使裝置具有較強的實際應用性的目的，使其應用于實踐協助供電公司查找單相接地故障。使故障點定位更加智能化且大幅度降低了工作人員的勞動強度，縮減了故障排除時間，可以顯著提高供電公司的經濟效益和供電質量。

要實現微網孤島運行時的最大負荷支撐，首先要做到微網中微電源的合理配置。微電網重構與傳統配電網重構的最大不同之處在于配電網通過上級電網取得電壓與頻率的支撐，而在微電網孤島重構中，我們需要依靠微電網自身的分布式電源來達成這一目標。微網分布式電源種類繁多，特性各不相同，如何合理配置各種分布式電源以達到優化目標是首先需要解決的問題，包括微網的功率平衡問題，頻率及電壓支撐問題，敏感性負荷的不間斷供電問題等，即進行微網獨立運行時的組網規則研究。

2 單相接地故障類型現場情況的調研

要檢測單相接地故障，就要追根溯源，了解現場單相接地故障的實際類型是什么樣子，從而建立過渡電阻檢測模型，從本質上解決這個問題。通過廣泛閱讀資料和文獻，發現很多現有理論性的研究對象大多集中在金屬接地， 非高阻值接地；研究成果大多集中在理論仿真，使用范圍不廣，實用性不高的設備。歸根結底就是沒從實際出發了解現場單相接地情況的調研，片面的解決問題。另外，通過廣泛吸收客服、中試人員和供電局外線人員的意見，結合現場調查試驗。得出10kV配網單相接地的典型的代表類型有：

（1）導線經過橫擔和水泥桿鋼筋回流大地，例如：鐵絲綁在導線和橫擔上。

（2）導線經過水泥桿回流大地，例如：瓷瓶扎線斷開，導線脫落后搭在水泥桿頂端造成接地。還有可能是絕緣損壞，瓷瓶破裂，綁線松動等。

（3）絕緣子擊穿、避雷器內部故障、無功補償電容柜的內部電流互感器對地擊穿等隱蔽故障。

（4）經樹枝接地和金屬性接地很少。

3 配網接地裝置研制存在問題

如何研制故障點定位裝置，關鍵一點就要保證接地點的有效擊穿。回顧前人設備的研制過程，思考提出想法并付諸實踐的設備為什么在實際使用中銷聲匿跡的原因。雖然原理大同小異，歸根結底有以下幾個原因：

（1）現場單相接地故障類型不甚了解。大多研究金屬性接地故障。

（2）沒從實驗角度出發進行注入信號的頻率、電壓、電流的確定。從本質上來講確定參數比設備的軟件和硬件設計更為重要。

（3）缺少大量的實驗。要解決實際問題就要從現場發掘問題、解決問題。

接地故障巡查系統用于10kV故障線路停電后快速準確查找接地點，可以實現配網系統在出現故障的情況下的快速查找，徹底改變了巡線人員靠肉眼觀察的舊局面，減小線路檢修人員的勞動強度，省時省力，提高工作效率、供電可靠性和電力企業經濟效益。

4 配網接地信號分析與確定

異頻信號注入法的思路是：得知線路發生單相接地故障以后，在停電的狀態下向故障線路注入異頻信號，然后用手持信號檢測裝置沿線檢測，先判斷故障相，再根據二分法判斷故障點，具體的判斷策略將在第四章中進行詳細的講解。采用二分法可以成倍地縮減查找范圍，實現故障點的快速定位。異頻信號注入法本質上還是交流信號注入法，在選擇異頻信號的頻率和注入信號電壓電流時，需要獲知線路的長度和接地故障的過渡電阻，但實際上這些參數是不確定的。由于研究者不多，行業內并未徹底弄清楚參數到底該如何設置。

有關學者曾建立了配網線路的模型，已經從理論上分析了注入信號頻率大小。但這種線路模型本身是不嚴謹的，忽略掉了配網變壓器對注入信號的影響。因此作者搭建了模擬單相接地實驗環境進行了注入信號頻率的確定實驗。分為電容對地漏電流和模擬單相接地測試兩部分。前者是測試線路特性，后者是接地測試。

5 暫態接地電流分析

暫態接地電流由暫態電感電流和暫態電容電流疊加而成，其特性根據兩者的情況而定。由上面的分析可知，雖然兩者的rC和rL差別不大，但其頻率卻相差很大，故兩者不會相互補償。故在工頻狀態下的失諧度、殘流等概念不能應用于暫態問題的分析，通過閱讀相關文獻，得知暫態接地電流id為：

式中， 為接地電流的穩態分量，等于穩態電容電流和穩態電感電流的幅值之差；ICm sin？漬sin？棕t-cos？漬cos？棕fte +ILmcos？漬e 為接地電流暫態分量，等于電容電流的暫態自由振蕩分量與電感電流的暫態直流分量之和，兩者有可能彼此疊加，使暫態接地電流的幅值增大。

上述分析可知，系統中發生單相接地故障后，在接地點將流過衰減很慢的暫態電感電流和衰減很快的暫態電容電流。不管在中性點不接地還是經消弧線圈接地的系統中，其暫態接地電流的頻率和幅值都主要由暫態電容電流確定。暫態接地電流雖然幅值很大，但其一般只存在0.5～1.0個工頻周期。而暫態電感電流一般可持續2～3個工頻周期。

6 常見低壓系統消弧線圈補償方法

目前在我國的110kV及以下的補償方式分為主要有3種完全補償、欠補償和過補償三種。

（1）完全補償是指 L= C？撞，此時接地點流過的感性電流與容性電流完全抵消，接地點電流為零。這種方式可以很好地避免弧光過電壓的產生，但該情況下？棕L=1/3？棕C？撞，將會致使配電線路產生串聯諧振危害系統的安全，故此補償方式不允許在系統中使用。

（2）欠補償是指 L< C？撞，此時接地點流過的感性電流只抵消了部分容性電流，接地點將流過較小的容性電流。但這種情況下，當運行中的系統有所變化導致了電容電流變小時，則也可能會使 L= C？撞造成諧振現象的產生，故此補償方式基本也不允許在系統中使用。

（3）過補償是指 L> C？撞，此時接地點流過的感性電流比容性電流大，故接地點流過的電流將呈感性。這種情況下，既能有效地消除弧光過電壓，還不會導致系統產生串聯諧振，故此補償方式在系統中應用廣泛。可以用補償度P來表示過補償的程度。

一般情況下P選擇5%～10%。綜合以上分析：

（1）當系統使用過補償的方式時，故障線路流過的零序電流為與系統對地電容電流相互抵消后的感性電流。

（2）與中性點不接地系統相比，過補償方式將使故障與正常相具有相同的電流方向，使故障判斷更加困難。

7 結束語

在我國小電流接地系統中，由于中性點沒有有效接地，發生單相接地故障后，故障信號微弱，使得故障點的自動化定位很困難。而單相接地故障在小電流接地系統發生的故障中占到了80%以上，如何迅速找到接地問題是目前眾多學者難以解決的課題，找接地點的迫切在于如何找到接地電流電壓信號參數，解決這一點即可解決眾多問題。

參考文獻：

[1]張蘭，龔靜，周有慶.小電流接地系統單相接地暫態保護判據研究[J].湖南大學學報（自然科學版），2004，31（2）：70-73.

[2]張凡.小電流接地系統單相接地故障綜合選線研究[D].山東大學，2008.

[3]王麗娟.基于小波分析的小電流接地系統單相接地故障選線和測距研究[D].西安理工大學，2005.

[4]張志剛.基于小波變換和神經網絡的小電流接地故障檢測方法研究[D].哈爾濱工業大學，2009.

[5]劉家偉.消弧線圈接地系統暫態能量故障選線研究[D].重慶大學，2009.

[6]孟慶宇.基于多點信息的配電線路單相接地故障定位方法的研究[D].天津大學，2009.

[7]王孔振.10kV配電網單相接地故障特征分析[J].科技創新與應用，2017（19）：174-175.