小電流接地故障定位方法及其應(yīng)用研究

崔雪寧

國網(wǎng)河南省電力公司新鄉(xiāng)供電公司 河南新鄉(xiāng) 453000

在配電網(wǎng)絡(luò)中，當小電流接地系統(tǒng)發(fā)生故障時，很難找到故障的位置。定位小電流接地故障的困難主要是因為故障電流很小并且難以檢測。另外，故障的數(shù)量不是突出的，不穩(wěn)定的和不確定的。小電流接地故障的定位已被認為是電力工業(yè)中的主要問題。因此，解決故障定位問題非常迫切。它可以有效解決小電流單相接地故障的定位問題，具有很強的實用性。基于該原理的位置保護方法已被廣泛使用。供電可靠性的提高對電網(wǎng)設(shè)備的順利維護和經(jīng)濟效益的提高具有重要意義[1]。

1 小電流接地系統(tǒng)故障定位技術(shù)現(xiàn)狀

1.1 信號注入法

信號注入方法是在故障后將電流信號（通常為幾百安培或幾安培）注入故障相電壓互感器或消弧線圈的次級繞組中，并根據(jù)電流信號的軌跡來定位故障。如果故障線上的最后一個信號點和信號缺失的點是故障部分，則注入信號的線就是故障線。提出了一種“直流開路，交流跟蹤”的停電故障定位方法，主要是在故障線上增加一個恒定的直流高壓，使接地點處于擊穿狀態(tài)，然后注入交流電流信號進去。交流信號丟失的位置是故障的位置。注入法的優(yōu)點是設(shè)備簡單，可以將變壓器直接安裝在系統(tǒng)中，無論是三相變壓器還是兩相變壓器均可使用。缺點是注入信號由電視控制。需要安裝注射設(shè)備，線路檢查時間很長；當接地電阻大時，信號非常弱，不能用于瞬態(tài)故障定位。

1.2 故障暫態(tài)特征

電力系統(tǒng)在運行過程中從一個穩(wěn)態(tài)向另一個穩(wěn)態(tài)過渡的過程中會產(chǎn)生比較多的暫態(tài)信號。其中在小電流接地系統(tǒng)中，在故障的穩(wěn)態(tài)信號相對比較小，但是在故障位置的暫態(tài)信號的幅值比較大，從而會使線路的故障特征表現(xiàn)的比較明顯。永久性接地故障的故障暫態(tài)過程出現(xiàn)的時刻，該過程所持續(xù)的時間大約為2-3ms。在系統(tǒng)的實際運行環(huán)境中也存在較多的非永久接地故障，其中會導(dǎo)致系統(tǒng)中的穩(wěn)態(tài)信號被破壞，在這個過程中也會反復(fù)出現(xiàn)暫態(tài)信號，所以故障位置的暫態(tài)信號相比于穩(wěn)態(tài)信號靈敏性要求相對較低。

在小電流接地故障中，其中暫態(tài)信號中會包含有比較多的直流分量以及指數(shù)級衰減的暫態(tài)分量。其中在暫態(tài)信號中，采集到的頻率較低的暫態(tài)分量所具有的能量最大，所以稱該信號為暫態(tài)主諧分量，剩余的暫態(tài)分量稱之為次諧振分量。因為這兩者的差異比較大，同時在主諧振分量中包含比較多的故障暫態(tài)信息，因此把主諧振分量作為對故障定位分析的對象，為了使整個分析過程更加簡化，我們會采取小電流接地故障的等效分析模型[2]。

2 小電流接地故障定位技術(shù)應(yīng)用中存在的主要問題

2.1 故障信號小，獲取困難

零序電壓電流信號是小電流接地系統(tǒng)單相接地故障檢測的必要條件之一，但從室外配電線路上獲取零序電壓電流信號比較困難。另一方面，配電線路不同配置下的零序電流信號難以獲得。例如，當故障工頻穩(wěn)態(tài)電流幅值不大時，當三相電流互感器受其特性影響時，三相電流互感器得到的穩(wěn)態(tài)零序電流誤差很大。三相電流互感器的不確定度誤差。零序電壓主要由安裝在線路上的電磁變壓器獲得。如果安裝的Pt不僅造價昂貴，而且施工難度大，很容易在系統(tǒng)中引起鐵磁諧振等隱患，大量的Pt還會引起24次鐵磁諧振，影響配電線路的安全。因此，不利于大規(guī)模推廣。但是，如果不使用傳感器對信號進行測量，測量結(jié)果的可靠性和準確性會很低，很難滿足現(xiàn)場應(yīng)用的要求。

2.2 FTU間難以精確同步

FTU是安裝在配電室或饋線上的智能終端設(shè)備。具有遠程控制、遠程信號傳輸和故障檢測等功能。高頻和瞬態(tài)信號的快速變化特性決定了它的應(yīng)用要求測量設(shè)備之間的高采樣同步。在配電自動化系統(tǒng)中，F(xiàn)TU與配電自動化主站通信，檢測瞬時零模電流信號，提供配電系統(tǒng)的運行狀態(tài)和各種參數(shù)。在廣泛應(yīng)用的主站時間同步方法中，F(xiàn)TU的時間同步誤差通常在毫秒級，且時間同步誤差較大。FTU收集的數(shù)據(jù)較少，通信速度要求較低。建議每個FTU安裝GPS對時模塊，提高對時精度。另一方面，由于FTU規(guī)模小、數(shù)量多，這項技術(shù)會增加成本，不利于推廣。因此，F(xiàn)TU可以在非故障區(qū)域?qū)崿F(xiàn)故障定位和快速功率恢復(fù)，定位算法能夠適應(yīng)FTU時間同步誤差大的現(xiàn)狀[3]。

3 小電流接地故障區(qū)段定位

3.1 中性點小電流接地故障特征分析

在中性點不接地系統(tǒng)中主要是指變壓器或者是系統(tǒng)中的發(fā)電機中性點懸空，這就表現(xiàn)出與大地之間不存在電氣連接。在這種情況下，系統(tǒng)中不同線路對地電容電流數(shù)值相等，但是在相位上會相差120°，這些電容電流向量之和等于零。在該系統(tǒng)中，大地和中性點之間無法流過電容電流，其中中性點對地電位為零，也就是中性點與地電位一致。在接地故障點位置通過的是電容電流，因為在整個系統(tǒng)中不存在任何感性補償電流，所以該位置的電流大小是原來對地電容電流的3倍，給系統(tǒng)的運行會造成安全隱患。這種單相接地故障產(chǎn)生的電容電流比較大，不容易出現(xiàn)被熄滅，從而會使得接地點位置出現(xiàn)弧光接地，造成了大量的能源消耗。如果這種故障持續(xù)的時間比較長，就可能會進一步造成對系統(tǒng)中電氣設(shè)備的損壞，從而給整個配電系統(tǒng)的運行造成安全危害。目前在我國的電網(wǎng)系統(tǒng)中，采用中性點不接地通常是在一些接地電容電流比較小的情況下，這種系統(tǒng)的有點是電路結(jié)構(gòu)相對比較簡單，不需要在電路系統(tǒng)的中性點位置額外增加一些相關(guān)的設(shè)備。

3.2 消弧線圈接地系統(tǒng)故障特點分析

在配電網(wǎng)自動化系統(tǒng)的運行中，消弧線圈對整個系統(tǒng)的補償作用更大。因此，當配電網(wǎng)自動化系統(tǒng)的中性點通過消弧線圈接地時，配電網(wǎng)線的電流幅度更有可能小于零序電流。如果發(fā)生小電流接地故障，則配電網(wǎng)絡(luò)自動化系統(tǒng)可以運行，但其運行時間應(yīng)少于2h。

4 結(jié)語

隨著我國對電力供應(yīng)的需求不斷增加，我國迫切需要確保電力供應(yīng)的可靠性，以便為用戶提供優(yōu)質(zhì)的服務(wù)。這需要盡可能減少分配網(wǎng)絡(luò)中的故障數(shù)量。但是在使用過程中，不可能不失敗。因此，相關(guān)部門的工作人員必須及時進行維修，維修的關(guān)鍵是配電網(wǎng)的故障位置。只有確定了故障點，才能盡快解決。對于配電網(wǎng)的故障定位，可以根據(jù)實際情況采用阻抗法，中阻法等進行檢測，可以進一步提高故障定位的準確性。