基于配網數據的10 kV線路接地故障精確定位的研究

周 輝，史 磊，岑榮佳，史純清，徐 懿，趙世欽

（貴州電網有限責任公司都勻供電局，貴州 都勻 558000）

1 配網接地故障的發生及危害

由于10 kV 線路分布廣，地理條件復雜，跨越道路、河流、森林、山谷，且接線方式復雜，有單電源線路，也有手拉手的聯絡線路，除主線外，支線如蛛網一般密布，除部分電纜線路與架空絕緣線路外，大多數的裸導線線路易發生因瓷瓶損壞，避雷器遭雷擊損壞或通道內樹木倒伏至線路上等原因造成單相接地的現象[1-3]。當接地故障發生時，主要影響有3 個方面：（1）對系統電壓的影響：從線電壓來看，仍維持在10 kV，但從相電壓看，接地相的相電壓在接地點最低，金屬性接地時為0，經過渡電阻發生的接地，接地點電壓接近0，變電站10 kV母線接地相別的電壓也明顯降低，非故障相電壓升高，極端情況下升高至線電壓，對系統及非接地線路一次設備會造成過電壓影響[4-5]。（2）配網線路在接地點附近存在人員觸電的風險，在線路接地時，多數情況是帶電的導線墜落于地面，此時有對人員造成觸電傷害的可能。如某供電局就發生過10 kV線路單相斷線后墜落到地面造成接地，因跨步電壓的存在，對途經的村民放電致使3 人觸電死亡的事故。（3）存在供電可靠性降低及電量損失的影響。由于無法確定故障區段，不得不對整條線路進行停電查找故障，增加了故障查找的時間，降低了供電可靠性的同時，還造成了電量的損失。

2 配網接地故障的傳統查找方式

若干年前自動裝置未普及以前，常用人工逐回線路依次通過接地檢查按鈕瞬時拉閘的方式查找接地，此方式查找接地故障雖然準確，但存在對正常線路進行短時停電，影響客戶正常的用電。現在已采用自動裝置進行判斷，也就是小電流接地選線裝置判斷，基于穩態法、暫態法、注入信號法、阻抗法、行波法、五次諧波法等原理實現[6-16]，在此不一一對其進行贅述。

3 配網接地故障精確定位的新思路

3.1 新思路的提出

隨著配變監測終端及負控裝置（以下簡稱：計量終端）的安裝并逐步實現全網覆蓋，以及配網大數據的深入應用，使得配網接地故障查找可以不再以單一的從變電站觀測到的電壓與電流的變化作為其判斷的唯一依據，而可以將配網接地還原到故障本身的特征上來，也就是說：越靠近接地點的電壓越低，哪一臺（或幾臺）計量終端所采集到的電壓最低，接地故障就處于這條線路靠近這臺（或幾臺）計量終端之間。利用這種依托配網大數據進行配網接地查找的方式，不僅僅能夠準確地定位到線路，而且可以定位到線路的區段或者支線上，將大大地提高了配網接地故障查找的準確度和精確度。

3.2 實現方式

研發一套可以采集各種配網大數據的系統，暫時稱其為：接地故障診斷系統。該系統可以通過計量自動化系統及配網自動化系統，采集配網計量終端數據、配網開關數據、變電站母線電壓、小電流接地選線系統數據等，并進行分析與判斷，在配網接地發生后，進行快速選線、定位。以圖1 所示的電力系統為例。

圖1 配網接地故障示意圖

具體工作原理：當線路上FZ02開關后段發生A相接地故障時，與其相鄰的計量終端所測量到的A相電壓為全網最低，這時，由接地故障診斷系統將變電站10 kV母線電壓值及變電站所有10 kV出線計量終端的電壓值進行采集并上傳至后臺，由系統分析，得出故障點位于003 線路FD01 與FD02 之間的FZ02開關后段，并將此策略發送給調度及配網相關運維人員，調度可以依據此信息，將FZ02 開關斷開，將故障縮小到最小范圍，在隔離故障的同時，減少了對用戶停電的范圍，同時也為供電所快速查找故障提供依據。在快速切除故障的同時，既提高了供電可靠性，也縮短了故障的查找及恢復時間。

4 存在的問題及處理措施

4.1 采用此方法判斷配網線路接地，存在死區的問題

由于該方法是對比變電站10 kV 母線與接地點之間的電壓差為原理進行接地的定位，當接地點非常靠近變電站端，同時是金屬性接地時，將發生10 kV母線與接地點的故障相電壓均為0 V，從而無法進行選線及定位。

解決辦法：與小電流接地選線裝置進行配合。因為此時產生的零序電流最大，小電流接地選線裝置最靈敏，判斷最準。

4.2 存在低壓側電壓不能反映高壓側接地的問題

配網計量終端種類繁多，包括有TTU、FTU、DTU等，其電壓采集有兩種，一種是高壓計量、另一種是低壓計量。對于高壓計量而言，電壓值可以準確的反映出10 kV 系統接地信息；對于低壓計量而言，因為配變是采用Y-△接線方式，低壓側沒有中性點，所以低壓側不能反映10 kV 側的接地狀態下電壓值。

解決辦法：用于系統運算的電壓數據，僅采集高壓計量的裝置即可。

4.3 數據實時性的問題

由于計量自動化系統中對各個計量終端的數據采集是每15 min采集一個點，無法滿足快速查找故障的要求，因此在發生故障時，由系統向各計量終端發出一個召測指令，各終端收到指令后，將實時的數據發送至系統，用于故障判斷。

解決辦法：（1）設置召測指令的優先級，確保快速收集數據；（2）將來對計量終端通信方式進行升級，改造為5G通信，滿足實時性的要求。

4.4 配網運行方式變化

由于配網存在互倒互供的線路，所以對于變電站出線的數量，出線上所帶的配變臺數以及配網終端的數量是隨著運行方式的變化而不斷變化的。

解決辦法：通過采集各配網開關位置，進行準確判斷。

4.5 與小電流接地選線裝置投跳閘的時限配合問題

小電流接地選線裝置投跳閘時，其延時定值應大于接地故障診斷系統判斷故障的時間，否則一旦小電流接地選線裝置出口跳閘，接地故障診斷系統將得不到計量終端的數據，無法對接地故障進行定位。

5 推廣的意義

以變電站觀察到的電氣量進行接地線路的判斷，是以主網的眼光查接地，但接地是在配網上的，所以應該用配網的眼光和資源來對配網接地故障進行查找，依托配網大數據進行配網接地查找的方法，是一種新的接地故障查找的方法，從原理上彌補了變電站端小電流接地選線裝置的不足，可以與小電流接地選線裝置配合，達到100%的選線正確并定位。同時采用此原理進行接地故障選線及定位，不須要對現有配網設備進行改造或者安裝設備，僅僅安裝軟件就能實現，具有易于安裝、易于推廣的優點。

隨著社會生活水平的提高，社會對公共安全的重視，配網如何安全、可靠運行是電網公司必須面對的重要課題，在發生配網接地時，能夠快速、準確的巡線與定位，是電網公司所應該承擔的義務與責任，基于這一原理實現的接地故障診斷系統將為此做出應有的貢獻。