配網自動化系統中接地故障區段定位方法

陳彥雄

（眾業達電氣股份有限公司，廣東汕頭 515000）

0 引言

線路出現故障后，需要盡快確定線路故障位置。當下，仍舊是采取人工檢查線路的操作方式，這不但會浪費非常大的精力與資源，還容易在操作過程中出現安全事故，給居民帶來不必要的麻煩，削弱了配電網供電的可靠性。因此，小電流接地故障定位問題一直是研究的重點。配網自動化的故障定位的實現，對提高配電網的穩定運行可以起到明顯的作用。通過實現故障點的具體定位，可以大大縮小排查接地故障的搜索范圍，進而實現了故障處理效率的大大提升。但導致配電網發生接地故障可能的因素有很多種類，并且有時故障電流也并不是很明顯，實現故障定位的難度較大。因此，需要深入研究小電流接地的故障定位方法，提高故障定位的準確率。

1 配網自動化接地故障定位的方法和原理

1.1 配電網接線方式

配電網的明顯的優勢是其閉合環路設計，但是選取開放式環路操作。它的各個線路是經由兩個電源開關來構造的環路。正常操作是：兩個開關切斷，配電線路變為開環運行狀態，進而形成了一個單電源輻射型結構。這種接線方式是配電網中最為常見、簡潔有效的接線方式。具體如圖1所示。

圖1 輻射型接線方式

1.2 小電流接地故障選線

當非有效接地系統發生了小電流接地的故障，而未出現故障的正常相，其對地電壓將會轉變為線電壓。尤其在發生間歇性弧光接地故障時，由于電力系統的中性點缺少有效的電荷釋放通路，將可能導致發生弧光接地過電壓，這就容易造成配網線路的絕緣遭受損害，甚至使得其演變成相間短路。所以必須要迅速對故障電路進行分析，而且要迅速分析出故障所在。故障定位和故障線路的選定是小電流接地故障檢測技術的一部分。關于故障線路選取指的是從連接在同一母線的多條線路中選出了故障的線路。如果該線路其中一條支路AB出現了單相的接地故障，如圖2所示，根據故障獨特的特點將故障線路從區域中檢測出來，這一操作稱為故障定位。

通過在配電網的各個支線上裝設接地故障檢測點，以檢測點為區分界限，則可將線路劃分為各個區間。其中，監測點越多區間則越小，故障的定位準確率也就越高。

圖2 故障區間內的故障定位

1.3 小電流接地故障信息獲取

小電流接地故障主要可分為中性點不接地故障以及消弧線圈接地故障兩種，其故障特點各有不同。對于單電源輻射結構的配網線路，在發生接地故障時，其零序電流的相量存在一定的不穩定性，無法確定其準確的分布。此外由于配電的網線具有分支很多、線路之間相距甚遠的特點，這導致人工在進行核查線路故障時具有非常大的阻礙。上述故障的解決方法中，對線路進行固定監測點是現在相對有效的措施。

在中性點不接地故障中，中性點缺少有效的接地系統。針對中性點的非有效接地系統這一方面而言，線路會產生單條線路連接地面的困難。這等同于把出現故障的地方連入了零序電壓源。此時線路的感抗會顯示相對低的數值，而且零序電流數值也將顯示較小數值。此外整條線路的零序電壓的數值將會大致一樣，在變電站設置一個零序電壓監測點。在理論基礎而言，零序電壓值在未出現故障的線路上，數值為零。然而因為整個線路不完全一樣，所以也可能會有零序電壓的出現。因此要調定一個線路的零序電壓出現故障的臨界值，當大于臨界值時，整個電路將會發生小電流接地的故障，迅速精準定位到故障點處。其中故障線路的定義是主要線路與故障出處的所涵蓋的所有線路。其方向性是根據電源與負荷處的方向性決定的。其中電源指向負荷處為正，負則相反。其中有故障的線路包括零序電流的滯后的電壓九十度分支，相反超前部分就不在故障路線了。詳細可見圖3。

關于中性點經消弧線圈接地系統這一方面。因為線圈具有互補性，能夠讓故障線路在電流的線位方面具有一致性。當零序電流的波動數值均相較正常電路低的時候，應該通過相應技術分析出故障特點。在線路出現了單相故障的時候，在時間方面，存在故障的線路使用時間要小于兩小時。此外還要向消弧線圈做出管控措施，通過故障線路的檢測，得出線圈的補償之間的波動以及零序電流在正負九十度上的波動情況。此外應盡量使其維持在正九十度的正常線路處，進一步獲取故障出處的特點。在完成了故障的測定之后，消弧線圈有待進入正常補償狀態。

圖3 故障線路零序電流方向

1.4 小電流接地故障區段定位

在實現小電流接地故障區段的定位過程中，配網自動化系統通過采用多個節點對線路分區。一般長度較長的配網線路，會配置2～4個開關。當一個地方的復合密度特性較為集中時，仍然要保證每個開關之間的距離至少為1千米。對于城市郊區或農村，則要依據配電變壓器的容量來對開關的數量進行確定，一般可以根據每3 MVA設置1個負荷開關的原則來進行配置。在測量負荷開關處的零序電流時，還要考慮線路的輻射結構，對干線與支線進行計算，然后針對不同區域對測試范圍進行劃分?；谏鲜鲈瓌t，通過特殊的裝置來收集每個不同地區的零序電流的數值，然后使用監測點相鄰矩陣方式，就能夠實現對零序電流的檢測以及檢測線路終點處相互作用關系的分析。這就表明，完成對各故障監測點的數據的分析，就能夠得到此處兩個不同監測點之間的配網線路的具體操作狀態，從而達到對小電流接地故障出處進一步探究的目的。

2 配網自動化系統接地故障定位方法的運用

2.1 移動小電流接地故障的定位

在實際針對移動小電流接地的故障進行定位的過程中，可以采取廣域測量法對故障進行定位。詳細來說，就是配置2臺可以實現同步測量電流的裝置，將該裝置所測量得到的電流數據信號，通過CSD網絡將數據傳輸到電流測量端，以改善不同的時間節點中內測量段電流的詳細定位的有關資料。從有關數據之間的比對，可以獲得故障區域范圍內的有關數據，從而實現了故障的精準定位。在這個流程中，兩臺裝置將各自裝配在變電站以及輸電線路的沿線上，對于前者可以實現母線的零序電壓數據的收集，后者的作用就是收集電流數據信號。而GPS系統已經獲得了廣泛的應用，因此可以通過利用GPS技術來完成信號數據的準確搜集，同時完成各種信號的詳細統計以及在同時段中GPS的數據記錄。需要引起重視的是，在不同的地區所接收到的脈沖信號的時間差是小于1 μs的，所以需要使用上升的信號作為觸發信號，以實現GPS秒脈沖的統計，保證各項數據信息的采集與處理可以保持同步。

2.2 固定小電流接地故障的定位

在定位固定小電流接地故障時，能夠通過類似的方法進行故障的定位。其具體的實現，就是通過配置2臺可以進行同步測量的電流裝置，各自在變電站以及輸電線路的沿線，對于母線的零序電壓以及電流數據進行收集。其不同之處在于，線路上必須要擁有足夠的監測點，以便實現故障定位。在此基礎上，還要利用GPS衛星定位系統實現對各個監測點的資料完善，進一步完善GPS系統中的估算，采取FFT實現電壓和電流信號的計算。此外，還必須構建信息服務端，隨后完成服務端的分化處理，依照分化例數來實現故障范圍的判斷。

3 結論

為保障配電網正常運行，需對小電流接地故障進行迅速的定位。實現配網自動化系統對接地故障的自動定位功能，會非常有利于快速精準有效地對故障進行排除，維護配電網的穩定與安全。本文對接地故障的定位方法進行了研究，闡述了故障定位的基本原理。通過移動或固定小電流接地故障定位的方法，可以將故障點自動定位到配網線路的分段或分區，有效地提高了運行人員巡線查找故障的工作效率。