配電自動化系統的單相接地定位技術研究

馬恒凱

摘要：故障定位是配電自動化的重要功能之一，由于單相接地故障是配電網中最常見的故障，研究單相接地故障定位方法對于減小停電范圍、縮短停電時間以及提高供電可靠性具有重要意義。我國中低壓配電網一般都采用中性點非直接接地方式，當發生單相接地故障時，故障電流小，尤其是消弧線圈補償導致故障線路與健全線路電流特征相似，因此，故障的準確檢測一直是個技術難題。本文針對配電自動化系統的單相接地定位技術進行了分析。

關鍵詞：配電自動化;單相接地;接地故障

一、交流注入法的定位原理

1.1交流注入信號源

高壓信號源由逆變電源、調壓器、升壓變壓器聯接構成。其中逆變電源能夠將車載直流12V電源逆變為交流220V，60Hz電源，然后交流電壓再依次通過調壓器和升壓變壓器，在變壓器的輸出端獲取電壓穩定的高壓交流信號。信號源使用60Hz交流信號對于單相接地定位來說，主要有下列優勢：①其可以在一定空間中造成同頻交變電磁場，在較大范圍內產生感應電動勢，不需要操作人員在近距離進行檢測，防止由于攀登電桿所造成的傷亡風險;②這一信號所造成的電磁場不會受到附近50Hz電磁場的影響;③由于60Hz的頻率不高，能夠消除線路對地分布電容所產生的分流作用。

1.2交流信號檢測器

這種檢測器包括交流電磁場感應器以及信號處理顯示系統。一旦注入60Hz的交流信號，就可以在附近形成穩定的60Hz交變電磁場，在10m的范圍之內感應到交流電壓信號。而信號在通過放大和處理以后，就可以在顯示屏上顯示出相應數據。

1.3交流注入法定位過程

首先，使用分段器對存在故障的區段加以隔離，然后在區段的始端注入60Hz的高壓交流信號，維持電流強度在150mA左右。

操作人員攜帶60Hz信號檢測器從這一區段的起始處沿著線路開展檢測工作，如圖1所示。

在操作人員對故障區段進行檢測的過程中，應適用以下原則：①一旦操作人員在對故障區段的檢測中遇到分支，就需要分別測定不同分支的信號，故障必然在信號較強的那個分支。適用這一原則能夠準確定位故障點。②若在某個特定位置，操作人員檢測到位置前后的信號數值差異超過2倍，就可以判斷這一位置屬于故障點。在定位的過程中，適用這一原則能夠有效防止檢測器在一定范圍內存在的誤差現象。③若故障不屬于顯性故障，此時操作人員就無法使用肉眼進行觀測，應將檢測器靠近電桿。一旦使用檢測器檢測到這一位置上存在較大的電流，則可以認定故障點位于此處。

二、分段器的最優隔離區段長度分析

2.1故障區段線路對地電容范圍

為了確保定位的正確性，還需要確定最優的隔離區段長度。利用這一技術進行單相定位的重要前提是，線路對地的分布電容影響較小，不然上述所提到的原則就會產生錯誤。分布電容發生影響的情形之一：在故障區段始端較近位置存在短分支，而在這一分支上產生了高阻接地，在注入60Hz的高壓信號之后，就可以利用檢測儀器檢測到電流I1，在未產生故障的主干線上檢測到電流I2。使用U以代表信號源的電壓，用R表示接地電阻，用C表示線路分布電容，就可以得出。

如果故障區段存在線路比較長的情況，就會出現分布電容較大的現象，在I1>I2的時候，第一個原則就會失效。因而，為了符合第一個原則，就需要確保I1

分布電容產生影響的情形之二：在故障發生區段主干線上距離始端較近的位置產生高阻接地，從故障區段的始端注入60Hz的高壓信號之后，就可以在故障位置之前使用檢測儀器測到電流I1，并在故障位置之后測到電流I1。用U表示信號源的電壓，用R表示接地電阻，用C表示線路分布電容，就可得出。

如果發生故障的區段存在線路較長的現象，在I2>I1/2的情況下，第二個原則將失去作用。因而，為了符合第二個原則，需要確保I2<I1/2，也就是。

在比較分析以后，發現故障區段分布電容的要求為C<1/3wR。再對C的數值進行計算，相應的配電網接地故障等值電路模型如圖2所示。

在此處，使用Eφ來表示相電動勢，使用U0表示中性點電壓，使用X表示系統電抗。如果中性點沒有接地，那么X就表示系統電容容抗;如果中性點通過消弧線圈進行接地，那么X就可以用于表示消弧線圈與系統電容并聯的等值電抗;而R則用于表示接地電阻。例如，在10000V的系統中，對中性點不接地系統，金屬性接地電流通常不會達到5A以上，而如果中性點通過消弧線圈接地系統，其金屬性接地殘流通常也不會達到5A以上，可以得到C<0.133μF。

2.2分段器的最優隔離區段長度

在計算電網電容電流的過程中，還需要注意分析變電所中配電裝置所產生的影響。如果運行的電壓越小，則所增加的電容電流的影響就越來越明顯。按照現場的實際狀況，可以得出故障區段線路的長度

這一長度即分段器的最優隔離區段長度，如果隔離區段的長度長于Lmax，這樣前述二原則就會無法產生作用，導致難以正確定位;而如果隔離區段長度短于Lmax，則就會要求增加分段器的數量，需要支出額外的成本。借助上述分析可以得出下列結論：在安設分段器的過程中，先在主干線上進行安設，如果主干線的分支長度長于Lmax，則需要在這一分支上安設分段器，最后要使所有區段的長度達到Lmax。這種情況可以符合交流注入法所要求的檢測條件，同時又能夠降低成本。

三、結語

長期以來，線路分段器在單相接地定位中得到了廣泛應用，但這一手段具有局限性，只能夠尋找到發生故障的區段，但往往無法直接確定故障產生的具體位置，因而需要操作人員借助肉眼加以觀察和判斷，但這樣的做法不僅影響定位的精確性，而且增加了定位所要付出的成本。本文基于交流注入法提出了單相接地定位的方法，分析了具體的應用方法以及判斷故障點的原則，而且驗證了該方法的正確性。通過結合分段器與交流法，對配電網故障進行定位，不但可以提升定位的速度，而且還能夠在短時間內找到具體的故障點位置，避免單一應用線路分段器所存在的缺陷，便利操作人員在現場工作，值得進行推廣。

參考文獻：

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