中性點不接地系統單相接地故障定位系統的研究

郭玉秀

（銅陵學院，安徽 銅陵 244000）

在中國，城鎮鄉村的電網分配電力系統中，常采用中性點經消弧線圈來接地、不接地、通過大電阻接地三種方法.在中國的分配電力網中，大多采用通過消弧線圈接地的方法，而中壓分配電力網大都通過中性點不直接接地的方法.故障定位的研究方法十分復雜，可將其分為兩個部分，即通過故障線路進行線路的選擇和故障線路的位置確定.

1 交流法的定位研究

將分配電力網中，交流故障定位的原理是：在供電線路中出現單相接地故障以后，通常采用的是在電停下來以后，將交流信號輸入到出現故障相處，然后用可探測交流信號的儀器，利用二分法順著線路查找故障處，直到搜尋到故障的位置結束.此處提到的交流輸入信號選用頻率為60Hz，可有效避免工頻磁場噪聲的影響.

1.1 有效性分析

1.1.1 線路分布參數的影響

線路分布參數的影響：a)進行采樣的頻率會對距離測量結果以及交流位置的準確定位的分析結果會產生一定的作用.b)電力網上每一單位長度的阻值、電容大小、電感值，將其用作已知的參量進行預算，結果可能會受周圍環境的影響.

1.1.2 仿真計算

參數如下：正序電阻R+=0.0208Ω/㎞，零序電阻R0=0.1148Ω/㎞，正序電感,L+=0.8984mH/㎞，零序電感L0=202886mH/㎞，正序電容C+=12.9uF/㎞，零序電容C0=5.2uF/㎞.相對的誤差將其認為為ei=（D—x）/l，絕對的誤差將用Ei來表示，具體為Ei=D—x，其中D為真正的發生故障情況的距離，x為所測量的距離.

圖1-2和圖1-3說明，對于實線，說明m端的電壓順著線路的分布情況，對于虛線，說明n端的電壓順著線路的分布，唯一交點將其稱為故障點.對于過渡電阻比較大的出現故障的地方，同樣可以取得很高的準確度.

1.1.3 有效性分析

圖1-1 三相短路兩端電壓沿線分布曲線

圖1-2 相間短路兩端電壓沿線分布曲線

圖1-3 單相接地兩端電壓分布曲線

圖1-4 交流信號注入原理圖

如上圖所示通過向電力線路的首端A注入電流信號（100mA、60Hz），如圖1-4所示.首先找出出現故障的一些可能分支BE、BD分支將在子支路B處進行檢測，假設在BE處沒有檢測到信號，再對CD分支進行作用，如果CD分支無電流經過，而在C點處出現了比較小的電流，由此認為BC支路故障支路.接著順著BC支路監測，如果測得故障線路前的電流與故障線路后相差較大，而且前者大于后者，即可以找出故障點F.

1.3 小結

將故障線路從線路中進行分離（如圖1-5所示）.

圖1-5 停電后接地故障相等效電路

對于C相而言，出現接地故障后，這股電流僅僅順著C相線路進行流動，然后通過接地點進入大地，由此可以確認F點即為出現錯誤情況的點.則停電后故障的相的等效電路如圖1-6所示，Zc為線路容抗，Rg為接地過渡電阻.

圖1-6 停電后故障相的等效電路

針對上述分析可以得出：交流法的使用情況跟過渡電阻的大小有直接的關系，較小時，交流法有效；較大且整個輸電線路較長，交流法可能失效.

2 交直流綜合法及直流法

2.1 直流電位法

2.1.1 直流電位法

圖2-1 直流信號注入法示意圖

直流信號注入法定位（見圖2-1），就是在離開線路的狀態下，將直流的信號輸入到故障線路，然后接下來人工利用直流的檢測儀器，順著線路一步步地進行登桿測試.

2.3 交直流綜合定位法

方法如下：

a)對于故障相位和非故障相位，輸入一樣的交流電流信號，然后來計算每一相的電壓數值.

b)通過不同的接地電阻，進而進行選擇交流信號的輸入方式以及檢測方法；

c）利用變電站，向線路尾端對電力輸電線路上的節點來運用拓撲研究，檢測直流檢測點；

d)輸入所需要進行確定的交流信號，運用交流研究的方式，來進一步鎖定微觀出現錯誤地方的范圍端.

2.4 ATP仿真驗證

對圖2-2所示的是某地方10KV的分配電力線路圖（視為三相對稱電路）.0.0191uF/km為選取本線路的參考的電容大小，如圖所示：F1、F2為故障點；D1～D10為檢測點；其他數字代表線路長度，km.

圖2-2 某地10KV線路517分支情況

2.4.1 故障點1，設定接地電阻3KΩ

對于1、2、3、6的正常分支，在向其輸入0～85mA電流時沒有出現報警的現象，可認為微觀故障線路為檢測點6的周圍附近.對于圖2-3，在出現故障點前，輸入電流多于85mA時出現報警的現象，在出現故障點后輸入0～85mA時沒有出現報警的現象，可以確定出故障點1的位置.

圖2-3 故障點1前后電流仿真波形

2.4.2 故障點1，設定接地電阻為10KΩ

運用直流試驗法（如圖2-4所示），在需要測試點1的出現狀況的分支上出現了直流信號，由此來鎖定宏觀出現故障的范圍.針對該范圍運用上述的交流信號輸入的方法來確定故障分支6.

圖2-4 檢測點1電流仿真波形

2.4.3 故障點2，設定接地電阻為20KΩ

對于檢測點2而言，每一條分支線路沒有直流信號的出現，可以大致認定宏觀出現故障點在變電站和監測點1之間.對于7、8、9、10四個檢測點而言，在系統輸入0～45mA電流的范圍內都沒有報警現象，可以得出微觀故障線路大概幅度：它處于檢測點2與變電站之間的主要的線路之間徘徊.

2.5 小結

直流法可以有效地解決分配線路中的分布電容和接地過渡電阻對線路的干擾，分配線路的長度問題不需要考慮.缺點是直流信號的捕捉比較復雜，需登桿測試.交直流綜合法，利用信號容易測量的交流法和直流法的精確相結合，進而完成了這兩種方法的優勢互補，使故障位置確定的精確性得到提升.

3 基于零序電流相量比較的定位方法

3.1 零序電流相量比較法

方法判據如下：

a)零序電流的相位判據.利用圖3-1作為一個標準，在A0A1A2A3F出現錯誤情況的配電網路線上，零序電流與零序電壓有一定的相位關系（相差90o）；在A1A6、A2A7的非錯誤子支路還有A4A5的出現錯誤情況點的配電線路上，沒有出現錯誤情況的配電網路線上的零序電壓與零序電流也有一定的相位關系（相差90°）.

圖3-1 故障線路接線圖

b)零序電流的幅值大小判據.順著配電網線路的正方向來進行研究，一點點變多的是出現錯誤狀況路線中的零序電流，而且在出現故障狀況點前，對于零序電流而言，已經達到了高峰值.

3.2 仿真與實驗

所采用的數據如下：120km為未故障線路長度之和，18km為出現故障電力線路全部長度，3km作為各支路的線路長度.進行ATP仿真如下：

觀察到在A2點處，各自出現經過金屬接入到地、經過2KΩ電阻直接接入到地時，經過仿真系統，算出仿真結果如下表3-1所示：

表3-1 各點零序電流幅值及與零序電壓之間的相位

經過這些數值對比，說明順著出現錯誤情況的線路上慢慢加大的是零序電流，達到高峰是在出現錯誤情況的點前，慢慢降低的零序電流是在出現錯誤情況點后.

3.4 小結

充分利用單相接地故障本身所產生的工頻信號，來進行位置確定，并將零序電壓和零序電流兩者的相位作為判據引入到定位系統，將其與幅值判據綜合起來應用，提高了該方法的適用范圍.