淺析架空線路故障測(cè)距定點(diǎn)儀的開(kāi)發(fā)研究

朱孟宗 王碩偉 邵志宏

摘要：我國(guó)電網(wǎng)35kV及以下變電站大多采用中性點(diǎn)不接地方式或中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地方式，這兩種接地方式當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)單相接地后，流經(jīng)接地點(diǎn)的電流等于線路分布電容電流的總和，數(shù)值較小。稱這種接地方式為小電流接地系統(tǒng)。其優(yōu)點(diǎn)在于發(fā)生單相接地后，不影響三相電壓的平衡，系統(tǒng)能正常供電。但非接地相對(duì)地電壓升高，長(zhǎng)期運(yùn)行會(huì)損壞系統(tǒng)絕緣，甚至導(dǎo)致多點(diǎn)接地，最終發(fā)展為相間短路事故。目前小電流接地故障多發(fā)且隱蔽，一旦發(fā)生故障往往耗費(fèi)大量人力、物力巡線查找故障點(diǎn)，并且耗時(shí)時(shí)間長(zhǎng)。現(xiàn)有使用的接地選線裝置只能選線不能進(jìn)行故障點(diǎn)的定位。因此開(kāi)發(fā)研制了架空線路故障測(cè)距定點(diǎn)儀，該儀器綜合利用三種查找故障的模式進(jìn)行定位，并實(shí)現(xiàn)了架空線路故障位置的測(cè)距功能，最大限度的提高查障效率，以提高工作效率，降低勞動(dòng)強(qiáng)度。

關(guān)鍵詞：架空線路；接地故障；測(cè)距定點(diǎn)；開(kāi)發(fā)研究

一、開(kāi)發(fā)研究的主要內(nèi)容、技術(shù)方法

（1）開(kāi)發(fā)研究的主要內(nèi)容

主要針對(duì)35kV及以下電壓等級(jí)的架空線路接地故障的測(cè)距方法、故障位置快速查找定點(diǎn)的方法進(jìn)行開(kāi)發(fā)研究。采用脈動(dòng)直流模式下對(duì)脈動(dòng)直流信號(hào)特征的測(cè)量方法，交流模式下過(guò)渡電阻大小對(duì)信號(hào)相位和幅值等故障特征進(jìn)行分析研究，從而開(kāi)發(fā)出架空線路故障測(cè)距定點(diǎn)的儀器。

（2）開(kāi)發(fā)研究測(cè)距定點(diǎn)技術(shù)的理論依據(jù)

首先采用電橋測(cè)試方式進(jìn)行架空線接地故障的測(cè)距。采用不平衡電橋的

測(cè)試原理，避免調(diào)平衡的復(fù)雜操作，降低操作復(fù)雜性，降低因人為操作導(dǎo)致的測(cè)量誤差。其次采用1Hz超低頻脈動(dòng)直流，發(fā)射信號(hào)頻率低，避免系統(tǒng)分布電容影響，能對(duì)高阻值故障進(jìn)行定位。脈動(dòng)直流模式使用波形和GPS同步機(jī)制雙向驗(yàn)證，更利于波形的判別。對(duì)于高阻故障時(shí)接地電流小，波形不易判別的特點(diǎn)，采用同步機(jī)制，由于同步時(shí)刻波形相位為0的特征，輔助判斷傳感器采集信號(hào)的特征，提高對(duì)高阻故障的定位的效率。采用GPS同步技術(shù)測(cè)量輸出信號(hào)相位的變化，發(fā)射機(jī)利用GPS同步信號(hào)，同步注入信號(hào)，接收機(jī)同步采集架空線的注入信號(hào)，計(jì)算相位變化。從而達(dá)到故障的測(cè)距定位。

根據(jù)以上技術(shù)理論依據(jù)和多次研究、試驗(yàn)，最終開(kāi)發(fā)研制出針對(duì)小電流接地系統(tǒng)中的架空線路故障的測(cè)距定點(diǎn)儀器。

二、架空線路故障的測(cè)距定點(diǎn)儀器的使用模式

本儀器主要由發(fā)射機(jī)、接收機(jī)、電流傳感器和空間磁場(chǎng)矢量傳感器四部分組成，主要功能包括故障測(cè)距和定點(diǎn)，針對(duì)不同的故障類型和操作復(fù)雜度，定點(diǎn)功能包括三種工作模式分別是在線被動(dòng)模式、交流模式和超低頻脈動(dòng)直流三種使用模式。由于架空線路故障測(cè)距、定點(diǎn)儀采用非平衡電橋方式進(jìn)行測(cè)量，因此可以避免復(fù)雜的平衡調(diào)節(jié)操作，純電子電路的計(jì)算方式和結(jié)果處理，使得該儀器更加穩(wěn)定和可靠，操作簡(jiǎn)單，使用靈活。

（1）在線被動(dòng)模式下測(cè)距定點(diǎn)方法：當(dāng)架空線路發(fā)生接地故障后，由于電力系統(tǒng)允許繼續(xù)運(yùn)行兩個(gè)小時(shí)，在此期間使用在線被動(dòng)模式對(duì)故障線路進(jìn)行測(cè)距定點(diǎn)。無(wú)須接入發(fā)射機(jī)，只使用接收機(jī)，使用空間矢量法，在線路下方接收分析故障線路的高次諧波的空間矢量分布。正常線路和故障點(diǎn)以后的線路，高次諧波水平分量小于垂直分量，故障點(diǎn)前面線路的高次諧波則水平分量大于垂直分量。利用此故障特性可迅速方便的區(qū)分正常線路和故障線路，然后再進(jìn)行線路分段測(cè)量，最終達(dá)到線路故障的定點(diǎn)。在線被動(dòng)模式僅適用于低阻故障，此方法雖然方便但有效查找率在60%左右。

（2）交流模式測(cè)距定點(diǎn)方法：該模式是在故障線路停電后使用，需要將發(fā)射機(jī)接入故障線路。發(fā)射機(jī)能測(cè)量故障電阻和分布電容，穩(wěn)定的低阻故障優(yōu)先使用此方法。發(fā)射機(jī)向故障線路發(fā)送數(shù)百赫茲的大功率低頻交流信號(hào)，且在GPS同步下嚴(yán)格保證時(shí)間同步，接收機(jī)在線路下方接收，同樣在GPS同步下測(cè)量并分析其幅值和相位，根據(jù)故障點(diǎn)前后信號(hào)特征的較大差別，將架空線路進(jìn)行分段對(duì)比查找，最終實(shí)現(xiàn)故障點(diǎn)的定位。該種方式無(wú)須登桿掛接傳感器，使用方便，GPS相位同步的使用可以有效克服分布電容的影響，擴(kuò)展適用的過(guò)渡電阻范圍。但也存在著局限性：高阻和閃絡(luò)故障不適用。

（3）超低頻脈動(dòng)直流模式測(cè)距定點(diǎn)方法：該模式下對(duì)于低阻、高阻和閃絡(luò)故障均適用，發(fā)射機(jī)向線路發(fā)送超低頻高壓脈動(dòng)直流信號(hào)，可有效將故障點(diǎn)擊穿復(fù)現(xiàn)故障，但接收信號(hào)需要登桿掛架傳感器，接收機(jī)和傳感器通過(guò)無(wú)線通信互聯(lián)。此方法準(zhǔn)確可靠，適用于所有類型故障尤其是高阻和閃絡(luò)故障，但使用較為繁瑣。

三、架空線路故障測(cè)距定點(diǎn)儀的主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)

（1）獨(dú)創(chuàng)的測(cè)距方式，首次將電橋方式用于架空線接地故障的測(cè)距。采用不平衡電橋方式，避免調(diào)平衡的復(fù)雜操作，降低操作復(fù)雜性，降低因人為操作導(dǎo)致的測(cè)量誤差。

（2）采用1Hz超低頻脈動(dòng)直流，發(fā)射信號(hào)頻率低，避免系統(tǒng)分布電容影響，能對(duì)高阻值故障進(jìn)行定位。

（3）脈動(dòng)直流模式使用波形和GPS同步機(jī)制雙向驗(yàn)證，更利于波形的判別。高阻故障時(shí)接地電流很小，波形不易判別，采用同步機(jī)制由于同步時(shí)刻波形相位為0的特征，輔助判斷傳感器采集信號(hào)的特征，提高對(duì)高阻故障的定位的效率。

（4）采用GPS同步技術(shù)測(cè)量輸出信號(hào)相位的變化，發(fā)射機(jī)利用GPS同步信號(hào)，同步注入信號(hào)，接收機(jī)同步采集架空線的注入信號(hào)，計(jì)算相位變化。故障前后相位變化明顯。

（5）架空線路故障測(cè)距定點(diǎn)儀所達(dá)到的技術(shù)指標(biāo)：

a工作方式：高次諧波空間矢量模式、交流模式、脈動(dòng)直流模式

b測(cè)距精度： 10%線路全長(zhǎng)，定位精度：脈動(dòng)直流模式0.2米，高次諧波空間矢量模式和交流模式10米以內(nèi)

c發(fā)射機(jī)技術(shù)指標(biāo)：交流模式下輸出頻率：213Hz；輸出電壓：<1kV；最大功率：150W；脈動(dòng)直流模式下輸出頻率1Hz；開(kāi)路電壓：<10kV；最大功率：150W，內(nèi)置48V，10Ah鋰電池組；

d接收機(jī)技術(shù)指標(biāo)：傳感器與接收機(jī)的無(wú)線通訊距離：不小于100m；高亮彩色液晶屏幕800×480，陽(yáng)光下可視。

結(jié)束語(yǔ)：

架空線路故障測(cè)距定點(diǎn)儀的開(kāi)發(fā)研制，大大提高了架空線路故障的查找定位工作，節(jié)省了人力物力，縮短了故障查找定位的時(shí)間，減少了供電損失，但在使用該儀器查找故障時(shí)，要綜合考慮故障性質(zhì)，以便采取相適應(yīng)的測(cè)試模式，在不知故障性質(zhì)的情況下，要先采用在線被動(dòng)模式下進(jìn)行測(cè)距定點(diǎn)，然后再逐步使用交流模式和超低頻脈動(dòng)直流模式進(jìn)行測(cè)距定點(diǎn)方法。

（作者單位：勝利石油管理局有限公司電力管理分公司）