配電網單相接地故障原因與定位技術研究

卜煒

摘要：單相接地故障是配電網運行中最為常見的一類故障，不僅會危害配電設備和變電設備，甚至可能危害人畜安全，強化其故障定位具有重要現實意義。實踐證實，配電網單相接地故障通常有人為因素、設備因素及環境因素導致，工作中我們應著重對其成因以及常見定位技術進行探討，以提升故障診斷效率。

關鍵詞：配電網；單相接地故障；故障成因；定位技術

在配電網規模不斷擴大以及結構日益復雜的背景下，單相接地故障發生率及其危害程度均越來越大，強化故障的快速定位，對確保配電網運行穩定性，減少配網故障隱患帶來的損失，是當前供電企業發展中需要迫切解決的一個發展課題。

一、配電網單相接地故障成因

1.1 人為因素

大多數配電線路都是設置在公路等行車道的兩側，面臨著比較大的車流量，如果駕駛人員存在違章駕駛行為，配電網桿塔造成碰撞而使桿塔倒塌問題，或者是隨著新時期“三舊”改造工程的增多，市政新建以及改擴建工程項目不斷增多，施工過程中如不加注意，也容易對地下敷設的電纜造成挖傷破壞；又或者存在不法分子為了一己私利偷竊電力設備等行為，造成電力設施破壞；甚至某些人在導線上面懸掛異物等，這些均是人為因素造成單相接地故障的具體表現。

1.2 設備因素

在配電網運行期間，涉及到眾多配電設備，一旦其出現運行故障問題，那么就容易發生單相接地故障問題。比如，高壓引下線出現斷線故障；高壓繞組單相絕緣出現擊穿破壞或接地破壞；絕緣子破裂造成雨天出現閃絡或放電問題；高壓柜長時間運行未能及時維護管理，其內部的線路或設備出現了絕緣老化問題等，上述設備出現故障問題均可能會誘發嚴重的單相接地故障。

1.3 環境因素

配電網運行環境多數都比較惡劣，其中很多位于空曠露天環境下，如果在運行中遭受到雷擊災害，那么會因為雷擊使避雷器、絕緣子等造成破壞，或者會在大風條件下造成導線出現斷線、桿塔倒塌或傾斜等，這些外在環境因素均可能會誘發單相接地故障。此外，如果沒有做好樹障清除工作，及時清理線路隱患，可能會因為架空線路上搭上樹枝斷落或導線對樹木放電等，誘發單相接地故障問題。

二、配電網單相接地故障常用定位技術

2.1 故障測距法及應用

故障測距法是最為常用的一種單相接地故障定位技術，具體主要包括如下幾類：

（1）阻抗法。阻抗法在當前國內配電網單相接地故障定位中具有廣泛的應用。如果配電網中的相關線路具有很強的均勻性，那么在其出現單相接地故障后，檢修人員可以通過電壓和電流等參數的確定，之后求解出配電線路回路的阻抗值，再考慮相應阻抗值同線路長度之間的關系，就可以確定單相接地故障點和測量點之間的間距，最終達到明確故障位置。

（2）行波法。主要可以劃分成四種類型，即：A型、B型、C型和D型。其中A型行波是根據單相接地故障所形成的行波對單相故障進行定位；B型行波是根據單相接地故障所形成的的行波對雙端故障進行定位；C型行波則是出現單相接地故障后，通過故障檢測信號輸入，一旦在沿線傳播中的行波碰到故障點位置時就會出現反射或折射情況，技術人員可以結合反射或折射程度對故障點進行定位，具有很高的故障距離定位準確度。這種故障定位技術是應用最為廣泛的一種，相應的定位示意圖如圖1所示。E型行波則是通過判斷重合閘開關出現動作狀態下合閘脈沖與發射脈沖間的時間差，進行確定故障點位置。

（3）安裝單相接地故障指示器。為了更加迅速地排查配電網單相接地故障，可以在配電線路上面安裝專門的故障指示器，其可以實現檢測配電線路的故障電流，指示故障的分支以及區段等。在實際的應用中，故障指示器非常適用于短路故障診斷定位中，但是在高阻接地故障或對接地故障定位期間，相應的故障信號相對較弱，可能會影響故障指示器動作的可靠性。由此可見，故障指示器在定位單相接地故障時，準確率不好，所以一般不適宜于故障定位要求比較高的單相接地故障定位中。

2.2 注入法及應用

在單相接地故障定位中，注入法也是比較常用的一種故障定位技術，相應的故障定位機理為：在配網出現單相接地故障問題后，那么會從母線電壓互感器向配電線路的故障相注入相應的電流信號。基于注入信號的流動特性，可以通過設置專門的信號探測器來跟蹤注入信號的路徑，借此來準確定位出配電網單相接地故障的位置。根據故障定位機理的不同，可以將注入法劃分為交流信號注入法和直流信號注入法。當前常用的S注入法本質上是一種交流信號注入法，相應的故障分析及定位機理主要為：在配電網母線當中，基于其電壓互感器來注入交流電流，之后運用電流探測器對相應的專用信號進行檢測，以此對配電網單相接地故障的線路以及具體位置進行準確診斷和排查，有助于避免或減少線路電容存在而對檢測結果準確性帶來的干擾。但是如果處于高電阻接地的狀況下，配電網中所設置的電容分流作用通常會超過其方法的允許范圍，會使得在某分支出現兩條分支電流信號差距并不顯著的情況，進而可能會對配電網單相接地故障方向辨別以及結果判斷的準確性產生影響。

2.3 綜合定位法及應用

配電網線路一般會采用中性點不直接接地系統。如果出現單相接地故障，相應的故障電流一般比較小，卻有著比較復雜的故障特性，其所檢測到的故障特征有著很大不確定性。針對這種情況，采用單一的故障定位技術，可能故障定位效率不高。而綜合定位法就是在配電網故障定位中以分步驟的方式，綜合運用多種故障定位技術，確保可以增強故障定位的可靠性與準確性。比如，圖2所示的綜合定位法是一種基于直流注入法和行波法所提出的一種配電網單相接地故障定位技術，可以有效地發揮直流注入法和行波法二者的故障檢測優勢。通過運用C型行波故障定位技術，可以完全由人為控制所發射行波信號的強度與波形，且不會受到配電網故障線路所形成行波信號的干擾，同時該種故障定位技術是離線測距，可以實現重復開展故障定位判斷。此外，對于直流而言，不必考慮線路分支，分支及其下游均不會出現接地故障，可以近似地看成是開路狀態；不需要考慮配網單相接地故障點是否存在接地電阻，相應直流信號指定數值均可以通過對電源輸出電壓大小進行調整；不需要考慮配網線路的電容和電感，這些均不會影響配網線路直流。

三、總結

綜上所述，配電網單相接地故障是配電網運行中常用的一種故障，定位技術在診斷與解決配電網故障方面具有重要的意義，有助于極大地提高故障處理的質量和效率，降低故障損失，增加供電企業經濟效益。

參考文獻：

[1]徐國春.配電網單相接地故障定位新技術研究[J].低碳世界，2016（30）：37-38.

[2]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.