基于故障指示器的配電網接地故障定位

陳明 徐銘銘 王鵬 馮光

摘 要：近年來，小電流接地方式的配電網接地故障受到了越來越多的重視，其中基于故障指示器的解決方案發展迅速。因此，介紹兩種基于故障指示器的配電網接地故障選線定位的基本原理與系統實現方案，并對其各自的優缺點及適用范圍進行討論。

關鍵詞：配電網;接地故障;故障指示器;故障選線與定位

中圖分類號：TM76;TM75 文獻標識碼：A 文章編號：1003-5168（2019）02-0036-02

Line Selection Method for Distribution Network Ground?Fault Based on Fault Indicator

Abstract： In recent years， the grounding fault of the distribution network with small current grounding has received more and more attention. The solution based on the fault indicator is developing rapidly. This paper introduced two basic principles and system implementation schemes for fault location based on fault indicator for distribution network ground faults and discussed their respective advantages and disadvantages and scope of application.

Keywords： distribution network;ground fault;fault indicator;fault line selection and positioning

由于配電網直接接觸用戶，因此其出現故障后容易對人身財產安全造成威脅。我國的配電網大部分采用的是不接地與消弧線圈接地方式，統稱為小電流接地方式。這種接地方式對于提高供電可靠性十分有效，在發生單相接地時，電網可以繼續運行。但是，這種接地方式同時會導致故障的選線定位更加困難，對公共安全造成巨大威脅。例如，電纜線路發生弧光接地故障時，若不能及時處理，很容易發展成為相間短路故障。

隨著配電網運行的安全問題越來越受重視，配電網接地故障的選線與定位技術不斷發展[1-3]。目前，實踐應用中比較成熟的方式是將能夠識別一定電氣量信號的故障指示器掛在線路上，通過采集配電網不同線路、不同位置的電氣量來判斷故障線路與位置。

1 基于故障指示器的選線原理概述

故障指示器一般具備電流采集、電場測量和無線通信等功能。基于故障指示器的配電網接地故障選線與定位的基本原理是通過在不同的線路、同一條線路的不同區段分別安裝故障指示器，以采集故障發生時的某些特征量為判據來判斷故障的發生，并完成故障的選線與定位。

具體實現方式大致分為兩種：一是人為制造一個有明顯特征的電氣量，使其僅流過故障線路與接地點，從而選出故障線路并將故障點定位在該線路兩個故障指示器之間的位置，稱為外施信號法;另一種方法是直接利用故障發生時的一些特征量進行判斷，同樣將故障定位至故障線路上兩個故障指示器之間，稱為錄波法。

2 外施信號法基本原理

外施信號法的故障選線需要引入信號發生裝置，即信號源。該信號源應能夠發出特征明顯的信號。通常采用的信號源是三個單相開關與一個小電阻串聯，如圖1所示。三個開關的另一端分別接到三相母線上，電阻的另一端接地。此外，信號源中還有PT、CT等裝置。

當故障發生時，通過反復閉合-斷開接于非故障相的開關制造交流脈沖。在開關閉合時，系統實質上處于兩相經電阻短路狀態，因此能夠產生較大的工頻電流，位于線路上的故障指示器則通過檢測該電流脈沖是否流過自身所在位置來判斷故障線路與位置。

具體實現方式如圖2所示。

若出線2點F處C相發生接地故障，連接在母線上的信號源監測到中性點電壓偏移后啟動，并通過反復閉合-斷開A（B）相接觸器來發出交流脈沖信號。在開關斷開時，流經故障點的電流僅為系統的電容電流;在開關閉合時，A（B）相與C相經過接地電阻R0、過渡電阻R1與線路等效阻抗相連，流過的電流值明顯大于系統電容電流與負荷電流。該電流脈沖會沿著圖2中虛線所示部分流過，只會被線路2點3位置C相的故障指示器檢測到，系統其他位置的故障指示器則檢測不到，故可以確定故障發生在線路2的C相，編號為3-C與4-C的故障指示器之間的位置。

3 錄波法基本原理

錄波法并不使用額外的信號源，而是通過故障前后的電氣量變化來判斷故障線路與位置。所采用的判斷方法可分為暫態法和穩態法，此處以穩態法為例進行說明。

以上述簡單網絡為例，F點發生故障后，由對稱分量法將網絡分為正序、負序和零序網絡。以零序電流作為判據，單獨分析零序網絡，故障的發生相當于在故障點處引入了一個三相零序電源，由其產生的零序電流的分布如圖3所示。

可以看出，流經故障點上游的故障指示器的電流方向與系統其他位置相反，由此可以確定故障線路與故障點的位置。

除了采用穩態量之外，還可以利用故障發生瞬間的電氣量變化判斷故障的位置。如在故障發生時刻，由于三相電壓的變化會導致其對地電容有短暫的充電或放電過程，通過測量該電流在各條線路的方向，也能完成故障的選線定位。

錄波法可以利用不同的判據適用于不接地系統或消弧線圈系統，優點在于無需安裝信號源，也不會加重故障點的故障。但是，為了保證測量判斷結果的準確性，該方法對故障指示器的采樣頻率、采樣精度、時鐘同步以及無線傳輸能力要求較高，增加了成本。此外，錄波法中故障指示器一般要測量線路周圍的電場分布，而空間電場分布受外界環境影響很大，容易造成誤報。

4 結語

配電網面臨的運行環境十分復雜，各種故障呈現的特點也不盡相同，給配電網接地故障的定位帶來了挑戰，而目前尚未出現能夠全面解決所有配電網接地故障的技術方法。本文介紹的兩種方法初步經過實踐應用，被證明是有效的，且適用性較強。綜上所述，兩種方法雖然存在各自的局限，但隨著技術水平的不斷進步，都有廣闊的發展前景。

參考文獻：

[1]徐丙垠，李天友，薛永端，等.小電流接地故障選線及定位技術新進展[J].供用電，2003（4）：21-25.

[2]楊鵬，楊以涵，司冬梅，等.配電網單相接地故障定位技術實驗研究[J].電力系統自動化，2008（9）：104-107.

[3]張先泰，李天友，蔡金錠.基于故障暫態量的中壓配電網接地故障選線技術綜述[J].電力與電工，2010（2）：11-15.