基于斜率距離差異的單相接地故障定位研究

王輝 李秀英

摘?要：課題引用一種基于斜率距離差異的單相接地故障定位方法，從而實現故障定位。在此基礎上，對故障定位工程實現進行介紹，利用110kV馬場地金屬性接地對故障定位法進行了研究，研究表明：該方案能夠準確、快速地進行故障區段定位。

關鍵詞：斜率距離差異;故障定位;單相接地

配電網線路的接地方式通常為小電流系統接地，當系統內存在單相接地故障時，系統的接地電流相對較小，且非故障相電壓升至線電壓，其單相接地對系統供電質量影響較小，因此在沒有特殊規定運行方式的情況下系統容許帶接地運行1h至2h，為線路工在有限的時間內能夠迅速查找故障點并進行帶電處理或者隔離，大大地增加了系統的供電可靠性。而在接地時間過長時，系統容易再次發生接地現象或者接地點有放弧現象，其易造成線路跳閘，甚至保護越級擴大停電范圍，用戶側非計劃停產、電壓互感器炸裂、小車開關柜燒毀，發電廠機組解列等現象，因此為防止故障擴大化，增加電網供電可靠性，如何快速地查找接地點并切除故障點成為技術難點。課題將結合阿拉善電網實際運行情況，并結合國內外先進配電網技術，研究和分析快速查找接地的方法，以保證人身、設備、電網的安全穩定運行。

1?基于斜率距離差異的故障定位法

系統內出現單相接地現象后，系統主站將收集到相關的故障信息，同時啟動配電網的終端，收集配電網絡中每個監測點的零模電流信息，系統終端將故障發生的時間、零模電流的波形、幅值以及頻率記錄下來，并將形成比較正確的時間序列數據。

1.1?基于斜率距離的零模電流

將終端采集到的零模電流信息利用斜率距離進行分析，以此判斷相鄰兩個檢測點的零模電流波形的相似程度，其表達式如公式（1）所示。

DK（i01，i02）=∑mi=2（ti-ti-1）ditm（1）

式中：DK（i01，i02）—兩個相鄰監測處零模電流相似度;m—零模電流的數據長度;?i01，i02—相鄰2個監測處的零模電流;di—分段直線斜率距離;tm—時間序列終止時刻;ti—第i段分段直線起始時刻;ti1—第i段分段直線起始時刻;

當DK（i01，i02）DsetK時，表示兩個相鄰監測處零模電流相似度較差;

根據零模電流相似性分析能夠得出，兩個相鄰監測處零模電流相似度較好時，則兩個檢測點均在故障點的同一側，兩個相鄰監測處零模電流相似度較差時，兩個檢測點分別在故障點兩側，這樣就可以確定接地點在哪一個區間段。

1.2?定位判據

系統中出現單相接地現象時，主站通過配電網絡中配備的饋線終端收集各個零模電流信息，并以零模電流突變量為啟動條件，并通過分析系統的暫態及工頻有效值，選取接地故障線路，配電網絡中采集終端將接地點前后工頻周期20ms的波形上傳至系統主站，并構成零模電流時間序列。利用斜率距離計算相關區段的DK（i01，i02），并通過分析DK（i01，i02）來判斷相鄰兩區段的零模電流相似度，以此確定接地點所在的區間。

暫態零模電流斜率距離差異定位的步驟為：（1）故障指示器匯集單元利用采集到的電流信息，獲取暫態零模電流;（2）根據暫態零模電流計算相鄰兩個時間序列波形的斜率值，并將計算結果上傳至主站，主站通過根據斜率距離分析判斷故障線路及接地點所在故障線路的故障區段。圖1為基于斜率距離的暫態零模電流接地故障定位流程圖。

2?故障定位工程實現及實際數據定位研究

2.1?故障定位工程實現

暫態錄波型故障指示器是當前較為常用的配電終端，主要由采集單元、匯集單元兩部分構成其特點在于不僅能夠實現遙信的上傳，而且能夠檢測運行線路中有關電流、電壓等有關信息。與常規的配電終端相比，暫態錄波型故障指示器能夠在系統不同接地方式下進行較為準確的不同類型單相接地故障定位。在線路三相各側均配置采集單元，實時采集線路對地電場、三相電流，當電流或者對地電場出現異常情況時，觸發故障錄波，并將故障發生前后的相關數據匯集處理后，將數據上傳至配電自動化主站后對故障實現定位。采集單元的時鐘通過匯集單元的時鐘進行校正，其三相同步誤差一般相對較低，基本上低于100μs，因此能夠進行各相同步數據采樣。同時，采樣單元的采集頻率通常選擇高于4kHz的采樣頻率，以獲取小電流接地故障的暫態電流數據，匯集單元利用軟件得到線路有關的零序電流，圖2為暫態錄波型故障指示器結構圖。

采集單元同常規的故障指示器外形相似，易于帶電拆裝，主要構件有電源、通信模塊、電流互感器、電場傳感器等。利用電流互感器采集線路三相電流，電場傳感器采集線路對地電場情況，采集單元檢測到電流或者對地電場存在異常情況，觸發故障錄波后利用通信模塊將數據包上傳至匯集單元。

匯集單元主要是將采集單元上傳的數據信息經處理后送至系統主站，同時實時檢測采集單元的異常情況，實時對其進行時間校正，以提高定位的準確度，一般由電源模塊、超級電容、控制芯片等組成。匯集單元在線路桿塔上進行安裝，其機箱、外側構件應進行防銹蝕措施，并且要求符合戶外運行要求。

2.2?實際數據定位研究

110kV馬場地變發生A相接地，其相電壓分別為Ua=01kV、Ub=10.1kV、Uc=9.8kV，951敕勒Ⅰ回的3個配電終端將故障數據上傳至故障錄波裝置中，利用上述數據進行了故障定位方法的研究與分析。對波形進行濾波處理后，選取0.2S的故障錄波器波形圖，圖3為951敕勒I回主干23#號桿和主干27#號桿的零模電流故障波形圖。

從圖3中，可以看出951敕勒Ⅰ回主干23#號桿和主干27#號桿的零模電流故障波形存在明顯的差異性，且極性相反。圖3為951敕勒Ⅰ回主干19#號桿和主干23#號桿的零模電流故障波形圖。

從圖4中，可以看出951敕勒Ⅰ回主干23#號桿和主干27#號桿的零模電流故障波形基本相同，且極性一致。根據第三章中斜率距離的計算公式求取D（19#，23#）、D（23#，27#）結果分別為D（19#，23#）=0.0012，D（23#，27#）=6.13，通過比較得出：D（19#，23#）Dsetk，得出951敕勒Ⅰ回A相接地點所在主干23#號桿和主干27#號桿之間。經巡線人員確定故障原因為主干24號桿三支分所變壓器噴油，匯報故障已隔離，不影響系統運行，進一步驗證了定位的正確性。

3?結論

本文以單相故障定位為研究對象，引用了一種基于暫態零模電流斜率距離差異的故障定位方法，提高判斷零序電流的斜率距離差異進行故障快速定位。在此基礎上，對故障定位工程實現與應用進行了研究，通過110kV馬場地變A相金屬性接地，驗證了該方案的有效性，提高了系統運行成本，降低作業人員工作任務，增加了系統的安全穩定性。

參考文獻：

[1]姚剛，蔣文榮，黃明海.10kV配電網故障在線監測和定位分析[J].科技創新導報，2018，15（10）：5152.

[2]李國成，王輝，高盛，劉冰，馮曰敏.基于故障距離分布函數的配電網故障定位方法研究[J].電子設計工程，2017，25（19）：3437.

[3]戴志輝，王旭.基于改進阻抗法的有源配電網故障測距算法[J].電網技術，2017，41（06）：20272034.

[4]康忠健，田愛娜，馮艷艷，李衛星.基于零序阻抗模型故障特征的含分布式電源配電網故障區間定位方法[J].電工技術學報，2016，31（10）：214221.