低壓配網(wǎng)相線接地故障快速定位探究

馮周?chē)?/p>

（東方供電局，海南 東方 572600）

0 引 言

在當(dāng)前的配電網(wǎng)中，做好故障的定位分析至關(guān)重要。本文就低壓配網(wǎng)相線接地故障的快速定位進(jìn)行分析研究，希望能夠滿足當(dāng)前對(duì)于配網(wǎng)安全運(yùn)行的要求，同時(shí)也能夠?yàn)榻窈蠊收系亩ㄎ慌c處理提供基礎(chǔ)資料。

1 低壓配網(wǎng)簡(jiǎn)述

低壓配電網(wǎng)主要是由配電變電所、配電變壓器、高壓配電線路、低壓配電線路以及對(duì)應(yīng)的控制設(shè)備共同組成。本文在進(jìn)行分析之前，還需要對(duì)其接地的方式進(jìn)行基礎(chǔ)性的了解。

針對(duì)低壓配電網(wǎng)，需要對(duì)其接地方式進(jìn)行選擇。具體地，就需要合理的使用TT及TN接地系統(tǒng)。就目前的農(nóng)村的低壓配電網(wǎng)而言，最為理想的就是選擇TT系統(tǒng)。在城鎮(zhèn)或者是企業(yè)的內(nèi)部，可以選擇如圖1所示的TN-C系統(tǒng)。此外，接地方式的選擇也需要考慮當(dāng)?shù)氐碾娋W(wǎng)實(shí)際情況。例如，在雷擊相對(duì)較少的區(qū)域，其本身的絕緣水平并不高，就可以考慮到TT系統(tǒng)。而對(duì)于偶爾會(huì)出現(xiàn)雷擊現(xiàn)象，且低壓線路處于良好的環(huán)境下，就可以選擇TN-C系統(tǒng)[1]。

圖1 TN-C系統(tǒng)接線圖

2 接地故障分析及定位方法介紹

2.1 工具技術(shù)原理

裝置電流信號(hào)的采集使通過(guò)采用3路進(jìn)口高精度霍爾元件實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)電流信號(hào)采集；裝置采用鉗式電流互感器測(cè)量低壓線路一次實(shí)時(shí)電流值，二次采用完全星形接線方式采集漏電電流值（零序電流），能快速判斷漏電回路；經(jīng)過(guò)高精度信號(hào)處理單元與CPU進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，并輸出結(jié)果。針對(duì)接地檢測(cè)方案示意圖，見(jiàn)圖2所示。

2.2 接地故障分析

在低壓380/220 V三相四線中性點(diǎn)直接接地供電系統(tǒng)中，發(fā)生的最常見(jiàn)的故障現(xiàn)象是單相接地故障（單相接地故障俗稱漏電）。由于樹(shù)障、配電線路上絕緣子單相擊穿、單相斷線等諸多因素等影響，一旦發(fā)生單相接地時(shí)，變壓器中性點(diǎn)直接接地點(diǎn)周?chē)a(chǎn)生跨步電壓，首先將會(huì)對(duì)人、畜生命安全構(gòu)成威脅，其次還會(huì)造成電能流失、設(shè)備燒壞及浪費(fèi)資源，使電壓下降，甚至引起相間短路而擴(kuò)大事故，影響用戶正常用電。因此熟悉接地故障的處理方法、及時(shí)判斷并查找故障點(diǎn)對(duì)值班人員十分重要[2]。

圖2 接地檢測(cè)方案示意圖

2.3 現(xiàn)用查找方法及不足

目前，對(duì)于單相接地故障的查找方法有多種，而各種方法都有其優(yōu)缺點(diǎn)。

第一，線電流接地選線。在具體的選擇中，需要對(duì)于各個(gè)支路的高次諧波靈虛電流、系統(tǒng)零序電壓等進(jìn)行分析，這樣才可以找準(zhǔn)故障的支路，但是無(wú)法進(jìn)行故障點(diǎn)的判斷。

第二，故障測(cè)距：具體可以選擇行波法與阻抗法。隨著小波理論的不斷成熟，行波法得到快速的發(fā)展，并且也能夠極大限度地提高其測(cè)距的精度。阻抗法因?yàn)槠浣拥仉娮璁a(chǎn)生的影響，無(wú)法確保測(cè)距的實(shí)際精度。但是故障測(cè)距法主要是在分支較少的高壓輸電線路中使用。由于是針對(duì)多分支的10 kV配電系統(tǒng)，所以故障測(cè)距法就無(wú)法對(duì)其地理位置進(jìn)行準(zhǔn)確的判斷。

第三，戶外的故障點(diǎn)探測(cè)。針對(duì)這一種方式，主要是按照前后高次諧波零序電流產(chǎn)生的對(duì)應(yīng)磁場(chǎng)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)于故障點(diǎn)的判斷和確定。但是零序電流本身和電網(wǎng)的分布電容大小以及對(duì)應(yīng)的接地方式存在直接的關(guān)聯(lián)度，所以，其本身的探測(cè)精度并不高。

此外，在單相接地故障尋找中，為了減小停電范圍和存在的負(fù)面影響，就需要先針對(duì)負(fù)荷輕、歷次故障多、線路長(zhǎng)的線路進(jìn)行試?yán)缓笤倏紤]分支少、線路短、用電性質(zhì)重要的線路。工作人員必須穿絕緣靴，戴絕緣手套，使用專用工具。

以上的各種方式，都無(wú)法高效、完善并安全地完成查找工作，查找漏電方式和手段均相對(duì)落后，不但故障點(diǎn)發(fā)現(xiàn)慢，無(wú)法及時(shí)恢復(fù)，而且操作耗時(shí)耗力，最終效果也不理想。因此，研發(fā)了一種低壓配網(wǎng)相線接地故障快速定位工具，以解決原來(lái)查找故障效率低的問(wèn)題。該裝置能做到高效快捷查找到低壓?jiǎn)蜗嘟拥毓收宵c(diǎn)，提高了工作效率，及時(shí)消除了隱患點(diǎn)[3]。

3 低壓配網(wǎng)相線接地故障快速定位工具

3.1 整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求

整套工具為便攜式箱體結(jié)構(gòu)，包括箱體外殼、鉗式電流互感器、檢測(cè)探頭、觸摸顯示屏及高精度霍爾元件。箱體外殼：機(jī)身為可充電式設(shè)計(jì)，箱體外殼為開(kāi)蓋式結(jié)構(gòu)，設(shè)有手提把手，方便外出攜帶，外殼選用輕便耐用材質(zhì)，提高實(shí)用性。鉗式電流互感器：用于測(cè)量低壓線路一次實(shí)時(shí)電流值，二次采用完全星形接線方式采集漏電電流值（零序電流），能快速判斷漏電回路。檢測(cè)探頭：內(nèi)置3個(gè)檢測(cè)探頭，為可伸縮鉗形設(shè)計(jì)，方便操作人員外出攜帶。觸摸顯示屏：靈敏度高，能實(shí)現(xiàn)人機(jī)操作互動(dòng)功能。高精度霍爾元件：元件全進(jìn)口，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)電流信號(hào)采集[4]。

3.2 方案實(shí)施

在研究中，研制的工具采用3路進(jìn)口高精度霍爾元件實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)電流信號(hào)采集，并采用鉗式電流互感器測(cè)量低壓線路一次實(shí)時(shí)電流值，二次采用完全星形接線方式采集漏電電流值（零序電流），能快速判斷漏電回路，經(jīng)過(guò)高精度信號(hào)處理單元與CPU進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，并輸出結(jié)果。裝置為可充電式觸屏便攜式裝置，操作簡(jiǎn)單，適應(yīng)性好，實(shí)現(xiàn)高效快捷查找到接地故障點(diǎn)。圖3為工具實(shí)物外觀圖，圖4為檢測(cè)探頭實(shí)物圖。

3.3 裝置驗(yàn)證

本文成功研制一種低壓配網(wǎng)相線接地故障快速定位工具，并經(jīng)傳統(tǒng)方法測(cè)試比較，結(jié)果表明：

裝置采用鉗式電流互感器測(cè)量低壓線路一次實(shí)時(shí)電流值，二次采用完全星形接線方式采集漏電電流值（零序電流），能實(shí)現(xiàn)快速判斷漏電回路；避免了使用四只鉗形電流表測(cè)量示數(shù)的不同期性和計(jì)算漏電電流的復(fù)雜性，把復(fù)雜問(wèn)題簡(jiǎn)單化；可伸縮鉗形檢測(cè)探頭設(shè)計(jì)方便外出攜帶；裝置操作簡(jiǎn)單方便，適用性強(qiáng)，能適用于其他場(chǎng)景。

4 展望與結(jié)論

通過(guò)本文裝置的有效應(yīng)用，能取代傳統(tǒng)的低效接地故障點(diǎn)查找方式，使施工人員快速恢復(fù)故障線路，實(shí)現(xiàn)安全供電的效果；同時(shí)工作效率得以提高，工作人員勞動(dòng)壓力減少，企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益也自然有所提高。雖然文中研制的裝置已獲得預(yù)期效果，滿足主要功能，但還需進(jìn)行完善，包括電流采集的時(shí)效性、CPU數(shù)據(jù)分析的精準(zhǔn)度及數(shù)據(jù)傳輸及儲(chǔ)存功能。未來(lái)計(jì)劃在這幾方面繼續(xù)完善，研發(fā)出適用性更廣的低壓配網(wǎng)相線接地故障定位裝置，使其推廣意義更強(qiáng)，應(yīng)用范圍更廣，更好地服務(wù)于生產(chǎn)工作。

圖3 工具實(shí)物外觀圖

圖4 檢測(cè)探頭實(shí)物圖