10kV架空線路單相接地故障定位方法研究

摘要：近年來，經常出現10kV架空線路單相接地故障，影響了配網系統的正常運轉，降低了供電質量，必須找準故障線路，科學定位故障線路區段，明確故障點，借助新的信息技術科學定位故障點。文章分析了10kV架空線路單相小電流接地故障選線與定位原理，探究了10kV配電網單相小電流接地故障選線測距的實現。

關鍵詞：10kV架空線路；單相接地故障；故障定位方法；配網系統；供電質量 文獻標識碼：A

中圖分類號：TM726 文章編號：1009-2374（2015）28-0151-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.28.075

近年來，經常出現10kV架空線路單相接地故障，影響了配網系統的正常運轉，降低了供電質量，面對這一問題，必須找準故障線路，科學定位故障線路區段，明確故障點，借助新的信息技術科學定位故障點。

1 10kV架空線路單相小電流接地故障選線與定位原理

1.1 選線原理

現階段對于10kV架空線路來說，其變電站與繞組通常情況下都裝配了一些必備的電氣設備，例如三相電壓傳感器、零序電流探測器，以此作為單相接地故障選線的基礎設備。對于10kV系統來說，假設三相電壓傳感器的一二級變比達到100，常規運轉時，各相電壓都在10kV，對應的副邊電壓公式：

Uan=Ubn=Ucn=10×1000/100/1.732

假設單相接地故障出現，故障所在相路對地電壓就對應變成0，未出現故障問題的線路對地電壓則提高，是初始狀態的1.732倍，進入過電壓模式，此時三相電壓傳感器副邊電壓的計算公式則變成：

Uan=0（V）·Ubn=Ucn=10×1000/100=100V

利用以上公式能夠有效分析出接地相別，對應正確地進行故障選線。

1.2 系統所達到指標

10kV架空線路單相接地故障發生后，能夠確保選線準確，對應的測距準確度也和輸入的診斷信號頻率、相差的準確度有聯系。如果處于真空狀態，電磁波的傳播速度為定值，然而配網通常會出現分布電感與電容，實際的輸送系統中，電磁波的傳播速度也會對應下降。

2 中性點接地方式對單相接地故障的影響

2.1 直接接地方式

當前大多數10kV以上的配網都選擇中性點直接接地模式，變壓器中性點經金屬線實現接地，中性點則不會由于過度集聚電荷而出現接地問題，假設出現接地問題，正常運轉相的對地電壓依然保持不變。然而，因為故障多為短路問題，尤其是當遇到瞬間短路故障，對應的故障電流較大，這樣就極大地影響了配電線路的安全性、穩定性，從而使設備面臨破壞性問題。所以，如果采用直接接地模式，則適合選擇優質性能的繼電設備與斷路設備，從而更加及時、有效地隔斷故障，在此基礎上利用重合閘來再次恢復供電，而且要想有效控制電磁感應問題，需要配置屏蔽線。

2.2 電阻接地方式

對于10kV以下的配網系統，通常選擇中性點電阻接地模式，故障出現后，利用中性點的電阻來實現對短路電流的有效控制，這是因為當出現單相接地問題時，會對應發生三相不平衡問題，這樣通訊系統就可能面臨著巨大的干擾問題，故障出現后，即使正常運轉的相路電壓都達到了較高的水平，然而所升高的電壓同超高壓系統相比，依然相對較小，能夠有效確保電氣設備的絕緣水平。對應的接地故障電流有所下降，在這種情況下可以選擇零序電壓與電流同步配合的模式進行接地故障檢測。

2.3 消弧線圈接地

為了有效控制故障出現后，相關電氣設備出現電磁共振問題，中性點最佳的接地方式為消弧線圈接地模式。采用這種接地模式，假設出現單相接地問題，因為電容和電感能夠彼此相抵，從而讓接地電流回歸到0，電弧會自行消失，無需額外切斷斷路器。然而，現階段消弧線圈接地模式已經不太常用，這是因為一旦系統接線出現變動，對應的消弧線圈的數值也要隨之做出調整，特別是近年來配網不斷拓建，系統規模逐年擴大，使得系統電阻也隨之上升，無法徹底對有效抵消分布

電容。

2.4 不接地方式

對于電壓更低的配電系統，如果依然選擇中性點接地模式，不僅可能帶來更多的故障問題，甚至造成電氣設備無法正常工作，無法滿足高效供電服務的需求。而且造成單相接地故障的原因也較為復雜，例如外界風力因素、樹枝等的干擾等，這樣所引發的單相接地具有暫時性，通常風過后相路會自動解除故障。

3 10kV配電網單相小電流接地故障選線測距的實現

對于10kV配電網來說，其單相小電流接地故障選線測距一般通過以下方法實現，例如三相正弦信號的產生、音頻信號的放大與注入、返回信號的放大與提純處理等。

3.1 三相正弦信號的產生

配網線路能夠從整體上正常運轉，需要滿足一些前提條件，那就是出現高頻率純度、低相位抖動的三相正弦診斷信號，同時它們的幅值等同、頻率也一致，能夠被調節。

直接數字頻率合成法。系統用來測距，通常都試圖選擇不同頻率的三相正弦診斷信號，需要頻率合成過程，對應形成的頻率能夠被有效調節，針對這一問題，適合選擇數字頻率合成技術。直接數字合成技術就是較為典型的較為適合的技術。這一技術所涉及的各項設備由參考頻率源、低通濾波器等構成。在連續信號相位中，對某一正弦信號取樣、并進行量化、編號，從而打造出正弦函數統計表。

3.2 音頻信號的放大與注入

配網中的診斷信號如果功率很小，對應的故障區返回信號也較弱，為返回信號的處理帶來了麻煩，一般來說，配網的診斷型號的功率應該在100瓦。然而，自D/A衍生得出的信號功率通常較小，因此，在正弦信號注入到P1前，需要盡量放大診斷信號的功率，以此確保能接收到較強的診斷信號。endprint

3.3 返回信號的放大與提純

所謂定位測距，其主體思想就是將注入的診斷信號同自接地點返回信號相差進行對比，但是，信號返回傳輸過程中難免出現變化，這樣就需要對返回信號實施特殊處理，采用信號放大、信號提純的方法來解決問題。

3.3.1 放大處理。診斷信號由于經歷了一個復雜的傳輸、折返過程，其電流值必然會極大減小、降低，這樣就為注入與返回信號之間相差的計算帶來了困難，數字法、鎖相法都可能無濟于事，這樣最佳的方法就是實行信號放大處理。

因為輸送的失調電流相對低下，可以粗略地將所有電流都看成都流向運放的輸出端，且都會通過R1、R2。這樣就能得出反相端與同相端的電壓，它們分別為1和2.5，這樣就能求得運放輸出電壓，V=2.5-Imx（R1+R2）。

3.3.2 提純處理。返回信號經放大處理后，其返回波形將能夠清楚地呈現在CT圖上，然而，這其中會伴隨著噪音的影響，其頻率達到200～400，此時的信號已經受到嚴重干擾，進而失真，此時就要加強信號提純

處理。

寬廣的頻率下，噪音的頻譜大致相似，假設用毫伏測算噪音，最終得出的數值同噪音的頻譜帶寬成正比，也就是說相同的噪音，假設利用通濾波器控制頻帶，最終得到的電壓值差異較大。假設頻道寬下降百分之一，對應的噪音電壓也會對應下降到十分之一。其中噪聲電壓/=噪音電壓密度。當前所測量的正弦信號的頻譜相對集中，1k赫茲正弦波信號頻譜，僅發生在1赫茲的位置。測量的電壓維持在某一定值。因此，要想能夠準確測出噪音中的信號，就需要控制通濾波器頻帶的寬度。然而，通濾波器頻帶能夠控制的寬度相對有限。其中，中心頻率/通帶寬度=Q值，可以作為一個標準，用來分析濾波尖銳幅度。Q的值大時，寬度則會變窄，對噪音的控制也能隨之加強。然而，通常來說，濾波器的e值大概為100。1k赫茲的中心頻率，一般通帶寬度的極限則大概為10赫茲。

3.4 主站與從站的通信實現

由于接地電阻的電阻類型是復阻抗類，復阻抗很容易對診斷、返回信號的相差形成某種干擾，這樣只能將頻帶相同的三相診斷信號分別鏈接在其兩側，對應對比二者之間的相位差，并對應分析配網拓撲結構，從而明確單相接地故障點的位置以及它和信號注入點有多遠，這其中必然需要為輸電線路創造良好的通訊環境，現階段，對于配網系統來說，最常用的通訊模式為光纖通訊法、無線通訊法以及PLC載波法等。

4 結語

10kV架空線路結構復雜、節點較多，其故障問題也相對復雜，難以定位判斷，必須掌握科學的接地故障定位方法。現階段，對于其接地故障選線測距依然在通過實驗進行探索，初步達到了三相信號的產生、返回信號的放大處理等程序，但是未來依然需要繼續探索。

參考文獻

[1] 梁志瑞.一種小電流接地系統單相接地故障測距新方法[J].電力系統自動化，2009，（5）.

[2] 吳剛.配電網單相接地故障的區間定位和測距[D].三峽大學，2012.

作者簡介：李俊宜（1988-），男，廣東臺山人，廣東電網有限責任公司江門臺山供電局助理電氣工程師，研究方向：配電線路。

（責任編輯：蔣建華）endprint