10kV架空線路便攜式接地故障位置測量儀的開發

王彥彪，李國生，王宗寶，劉騫生，張小江

（國網甘肅省電力公司白銀供電公司，甘肅白銀，730900）

0 引言

接地故障是10kV架空線路的常見故障，對于架空線路的正常運行構成了較大的威脅。當架空線路出現了接地故障時，此時需要采用較快的措施盡快實現對 故障位置的定位。本文首先分析了10kV架空線路接地故障位置的傳統定位方法，之后闡述了便攜式接地故障位置測量儀中所采用到的S信號注入法原理，最后分析了便攜式接地故障位置測量儀的開發技術及應用方法，在實際的架空線路接地故障位置測量中可以加以應用。

1 10kV架空線路接地故障位置的傳統定位方法

1.1 10kV架空線路的運行現狀

當前配電系統的整體結構變得日益復雜，架空線路越來越長，并且配電線路中的分支數量也是越來越多，實現對配電線路的故障準確快速定位是配電系統運維中亟需解決的關鍵問題。如果配電系統的停電時間過長，則可能會導致出現電力用戶投訴的情況發生，使得電力企業不僅承受電量損失，還需要承擔一定的社會影響。目前我國大多數的配電系統都是采用小電流的接地方式，這種接地方式的主要優點是當配電系統發生單相接地故障時，所產生的接地電流較小，故不會對配電線路的絕緣性能產生影響。但同時也由于配電網中所產生的接地電流較小，故難以對配電系統中的具體接地位置加以定位和測量，導致配電系統的故障處理時間較長。

1.2 10kV架空線路接地故障位置的傳統定位方法

10kV架空線路在運行的過程中，容易受到外界的干擾，如大風、外力破壞等，容易出現接地故障，降低了配電系統的供電可靠性。當10kV架空線路發生了接地故障時，需要盡快實現接地故障位置的定位，從而縮短接地故障的處理時間，盡快恢復配電系統的正常供電[1]。在傳統的配電架空線路接地故障的定位方法中，主要包括以下類型，一是觀察法，這種方法是采用人工方式對架空線路進行巡視，這種方式的故障定位效率較低，較為原始落后，并且也費時費力。隨著配電線路的增多，有些故障位置較為隱蔽，此時采用人工方式進行巡視，可能難以發現具體的故障點。

其次是采用逐級推拉法，在配電架空線路中設置了多個支線開關，通過對這些支線開關進行逐級試拉，觀察變電站中是否依然報接地故障信息，這樣可以逐步縮小接地的故障區間。當拉開某個支線開關后，接地告警信息消失，則說明在該范圍內發生了接地，從而實現配電架空線路接地故障的定位。但采用這種方式只能夠確定好哪條故障配電支線，對于支線中的具體位置依然位置，存在著一定的不足之處。再次是采用搖表法，這種方法是對各條配電支線進行絕緣性能測試，當在測試中發現某條配電支線的絕緣指標不合格時，就可以確定該配電支線為接地故障支線，但這種方法依然和逐級推拉法一樣，只能確定接地支線，無法確定具體的故障接地點。

2 架空線路接地故障位置的定位原理分析

對于架空線路接地故障位置的定位，可以按照先定段、后定點的原則，逐步實現精確的接地故障定位。首先是先選出發生接地故障的線路，之后再將該故障線路開關斷開，并采用直流法進行接地故障區段的定位。當采用直流法對架空線路進行接地故障位置測量時，需要向發生故障的架空線路中注入直流信號[2]。所注入的直流信號會通過接地點構成回路，那么在故障路徑區域中就能夠測量到和注入信號近乎等值的直流信號，而對于非接地故障路徑，則只能夠測量到較為微弱的直流信號。利用該原理，在架空線路的關鍵分支處，對各個分支分別測量線路中所流過的直流信號，如果在某個分支處檢測到了直流信號，則說明接地故障點位于該分支處的下游區域。如果沒有檢測到直流信號，則說明接地故障點在該測量分支處的上游區域，這樣就能夠準確好接地的故障區段。

當確定好架空線路的故障區段之后，就需要對具體的接地故障點進行定點。可以向故障架空線路的故障相注入交流信號，采用交流法進行定點。所注入的交流信號也會通過接地故障點形成回路，并且在接地故障點前后，所注入的交流信號在幅值上會發生較大的變化，這樣就可以確定出架空線路的接地位置。

3 10kV架空線路便攜式接地故障位置測量儀的研制

3.1 便攜式接地故障位置測量儀的硬件開發

根據上述所分析的架空線路接地故障位置的定位原理，可以制造出感應器，架空線路接地故障排查人員只需要手持感應器設備，就可以準確測量出具體的接地故障點。在10kV架空線路便攜式接地故障位置測量儀中，包括非接觸式感應器和分析控制系統，非接觸式感應器將所采集到的數據信息傳輸給測量儀中的分析控制系統進行計算，得出架空線路的具體接地故障位置[3]。由于感應器為非接觸式，操作人員無需登桿，在架空線路的地面通過感應器就能夠測量出被測導線上所注入的電流信號強度及注入電流的流向等信息。通過掌握這些信息，可以逐步縮小架空線路的故障范圍，從而實現架空線路接地故障點位置的準確判定，下圖1為便攜式接地故障位置測量儀的硬件結構圖。

圖1 便攜式接地故障位置測量儀的硬件組成

從圖1中的硬件結構圖中可以看出，在便攜式接地故障位置測量儀中所包括的硬件類型主要有電源模塊、電流傳感器、信號處理電路、數字量及模擬量采集電路、微處理器、顯示模塊、按鍵模塊、存儲模塊等。非接觸式感應器主要是借助傳感器設備，通過信號處理電路和信號轉換電路，實現測量點電流信號的提取。分析控制系統主要是借助微處理器，對所采集到的數據信息進行計算，得出具體的接地計算結果。在微處理器中，需要對所采用到的數據處理算法進行改機和提高，并采用計算效率較高的算法，這樣才能夠保證裝置能夠對所采集到的數據進行快速有效的處理。在程序的編寫上，應提高數據處理程序的運行效率，盡可能以較少的代碼完成整個計算過程。同時在便攜式接地故障位置測量儀中，通過按鍵模塊，可以實現對接地故障位置測量的操作。通過存儲模塊，可以將測量過程中的一些重要的數據加以存儲，這樣就方便之后對數據進行分析和查看。

3.2 便攜式接地故障位置測量儀的應用步驟

傳統的10kV架空線路接地故障定位方法存在著較大的不足之處，如無法精準定位或者費時費力等。為了實現對架空線路接地故障點的有效測量，可以采用S信號注入法，來判定10kV架空線路接地故障的具體位置[4]。采用S信號注入法，可以構建便攜式接地故障位置測量儀，實現對配電架空線路接地故障的快速測量和定位。這種方法在具體的應用過程中，需要按照相關的步驟進行操作，這樣才能夠包括快速實現對配電架空線路故障點的測量，既能夠提高測量效率，也能夠提高測量的準確度，其應用步驟如圖2所示。

圖2 S信號注入法的應用步驟

從圖2中可知，在第一步測量基本設備的連接中，需要將S信號發生裝置與大地連接，做好接下來測量的相關準備工作。之后再構成S信號發生及檢測回路，并進行S信號測量。在測量的過程中，需要將鉗流表令克棒與鉗流表連接，通過鉗流表讀取到S信號的檢測數據。依次采用鉗流表測量信號點兩側的三相信號值，若其中任意兩相的信號值在2毫安的范圍內，則可以判斷該測量點這一側沒有發生接地情況。如果某兩相的S信號值不超過2毫安，但另外一相的數據遠遠大于這兩相的數據，則說明在這一側的線路方向上出現了接地情況，并且具體的接地點在信號最大的那一相上，從而有效縮短了接地點的區間。再次，可以采用二分法在鎖定的故障區間的中點進行進一步的測量，逐步測量，直到最終將故障點確定為止。

3.3 便攜式接地故障位置測量儀的應用優勢分析

由于10kV架空線路所經過的地理位置普遍較為偏僻，通過人工肉眼進行故障點排查及位置測量的難度較高。此外通過配電系統的停電時間過長，則會使得電力企業承受較高的電量經濟損失。而通過采用本文所分析的10kV架空線路便攜式接地故障位置測量儀，由于降低了故障測量所需要花費的時間，這樣就可以快速恢復配電系統的供電，提高電力企業的概念收益，具有較高的經濟效益。同時由于供電可靠性的提高，還具有較大的社會效益，并且對于降低配電系統運維人員的工作勞動強度也具有積極意義。將該便攜式接地故障位置測量儀應用在某實際供電公司的配電系統中，故障定位準確率能夠達到百分之百，取得了很好的應用效果，也驗證了該架空線路便攜式接地故障位置測量儀的性能。