低壓線路漏電故障定位儀的設計

姚毅杰，張 森

（南京工程學院，江蘇 南京 211167）

0 引 言

低壓配電網絡作為電力輸送的最終受端，具有分布廣泛、布線復雜、支路眾多等特點。在實際運行過程中，低壓配電網發生接地故障的概率很高，可占到總故障的80%。目前，低壓配電網的自動化程度不高，無法自動判斷、定位故障點。低壓配電網線路復雜，分支眾多，人工定位費時費力，存在作業安全風險，且故障排除時間較長，不能及時恢復送電，影響供電系統的正常運行[1]。

為了縮短接地故障查找時間、減小作業安全風險，需要研制一種便捷、高效、安全可靠的接地故障定位裝置。為此，本文設計了一種“低壓線路漏電故障定位儀”，目的是快速排除接地故障，保證配網正常運行，進一步提高用戶滿意度。

1 低壓線路漏電故障定位儀的基本原理

本文定位儀的基本實現原理如圖1所示，其原理可概括如下：

（1）當輸電線路發生接地故障時，斷開故障線路的首端A、B、C及零線N相，將相線A、B、C、N與原系統電源的配電變壓器低壓出口部分完全分離；

（2）用儀器對A、B、C、N和大地之間施加一個電壓信號，該電壓信號一般設為交流電壓36V、頻率50Hz；

（3）用高精度鉗形電流表對線路進行巡線檢測，以電流超過允許值為判定依據，以確定線路的故障點。

圖1 故障定位儀工作原理圖

2 漏電故障定位儀各部分功能設計

本文漏電故障定位儀研制的關在于信號發生器及專用信號采集裝置的設計。當發生低壓配電網接地故障并已跳閘時，把信號發生器安裝在低壓線路始端和大地之間，由信號發生器向故障線路注入特定的信號電流。信號采集裝置集信號數據采集、故障判據為一體，能有效采集到故障電流以便線路維護人員進行識別比較。

2.1 故障定位儀主機設計

故障定位儀主機用來產生測試信號源，其內部結構如圖2所示。主機采用DSP控制器，數字合成信號發生器，經高保真功率放大器提供輸出；主機內置高性能鋰離子充電電池，保證在停電情況下也能正常工作；為了有效解決干擾問題，設計了3種模式的輸出信號：工頻信號、倍頻信號（初步設計為工頻的2倍頻和3倍頻）、直流信號；信號發生器采用16位數/模轉換芯片作為主要零部件，具有轉換速率高、失調信號小、穩定度高、分辨率高等特點，保證輸出信號源的純凈、無雜波；功率放大器采用高保真大功率音頻功放作為主器件，輸出穩定，功率大，無論接地點是金屬性短路還是非金屬性短路都能保證輸出電流的穩定、持續和不間斷[2-3]。

圖2 故障定位儀主機內部結構圖

2.2 專用信號采集裝置

以鉗形電流表作為主要模擬接口部件，高速24位模數轉換芯片為核心采樣部件，組成完善的信號采集電路，用來完成對線路中施加的測試信號的精密測量；鉗表有工頻信號采集、倍頻信號采集和直流信號采集三種方式，正常情況下采用交流信號采集模式，當工頻模擬信號干擾比較強時可采用倍頻信號模式，模擬信號在采樣前進行帶通濾波處理，將干擾信號濾除；當交流信號過于強大，采用直流信號模式進行測量，采用直流濾波采樣電路可輕易地將各頻段交流信號濾除[4]。

3 漏電故障定位儀參數的確定

3.1 信號源電壓大小的確定

為確保線路巡線人員安全，故障定位儀所加信號源電壓必須控制在安全電壓以內，但所加信號電壓過低會造成所呈現的接地電流過小，無法判別故障點。初步選定信號電源電壓為交、直流兩種電壓，互為備用，交流電壓為36 V、50 Hz，直流電壓為36 V。交流取用不方便時可選用直流信號。

3.2 動作值整定

（1）相線A、B、C動作值設定為15mA

因定位儀電源內阻及限流電阻為100 Ω，線路漏電電流一般大于100 mA，線路接地電阻為220 V/100 mA= 2 200 Ω；若采用低壓線路漏電故障定位儀檢測，線路電流為36V/（2 200 Ω+100 Ω）=15.65 mA，故相線漏電電流設定為15 mA。

（2）零線動作值設定為30 mA

正常情況下，零線泄漏電流小于200 mA，線路正常泄漏電阻最大為220 V/200 mA=1 100 Ω，零線正常泄漏電流不大于36V/（1 100 Ω+100 Ω）=30 mA，故零線漏電電流設定為30mA。

因此，測試步驟具體如下。先測配變出口處，確定故障相別。再取故障線路中間處測試，測量檢查點電流大小，當出現IA、IB或IC≥15 mA、IN≥30 mA兩種情況之一時，即可判斷檢查測試點后段存在故障，反之為測試點前段存在故障。此后對存在故障的線路段中間處進行測試，逐段排除，直至找到存在接地故障的分支點，最終確定是哪一根分支線上存在漏電[5]。

4 實例驗證

完成了方案設計及技術參數確定后，聯系合作單位試制了低壓線路漏電故障定位儀樣機，在配網運行現場模擬接地故障：A相接地、接地電阻1000Ω。

將故障線路的首端從低壓總開關拆除，用定位儀分別對A、B、C及零相施加對地交流36V、50Hz信號源，再用高精度電流鉗對線路進行巡線檢測，以電流超過允許值為故障判定依據，現場情況如圖3所示，測得的數據如下。

在配變箱處：IA=1.6mA，IB=3.2mA，IC=34.2mA，IN=54.03mA。根據所測數據判斷為C相接地。

進行登桿檢查：3#桿負荷側IA=1.4mA，IB=2.3mA，IC=35mA；電源側IA=1.3A，IB=2.2mA，IC=35mA；4#桿負 荷側IA=1.3mA，IB=2.2mA，IC=1.0mA；電源側IA=1.3A，IB=2.2mA，IC=35.2mA。

由此判斷出，故障點在4#桿電源側C相分支線路，再對分支線路進行逐一檢查，最終找出故障點。

圖3 現場情況

通過現場實際運行使用，其故障點判別的準確率接近100%，并且大大縮短了故障定位時間。

5 結 論

本文所設計的低壓線路漏電故障定位儀一改傳統的人工巡線、目測故障點的故障查找方式，采用先進的數字信號源發生技術和交直流功率放大器技術，結合多次現場實驗數據設計而出，解決了抗干擾問題和經驗數據提取的問題，可將技術轉換為產品、轉換為生產力，提高漏電故障定位的效率，解決困擾巡線人員數十年的問題。