一种基于S注入法的小电流接地故障定位装置的策略设计

高鸣　谢青

摘 要：文章在对S注入法及其已有改进方法的研究的基础上，提出利用不同的注入方式来回避高过渡电阻带来的判断模糊，以及星形联接变压器内阻对采用不同注入点所得数据的影响。结合现场工作经验与仿真验证了该装置的可行性。

关键词：S注入法；小电流接地故障；定位装置

引言

在我国，3～66kv中压配电网一般采用中性点不接地的运行方式。据统计，在这种接地系统中，单相接地故障占输电线路总故障次数的90%以上，占配电线路故障次数的80%以上，而且绝大多数相间故障都是由单相接地故障发展而来的。

S注入法是基于外加信号的主动选线方法，仅利用注入信号的信息，与零序电流等故障信息无关，实际上克服了线路参数不对称和三相CT不平衡带来的影响。但是，S 注入法在较高过渡电阻接地的情况，线路分布电容对注入信号的分流作用较大，干扰选线。文献提出了：降低注入信号频率、利用注入信号相位信息、注入双频信号、突变量比幅法等改进方法，在一定程度上提高了 S 注入法对过渡电阻的适应能力。

1 S注入法选线原理

（1）S注入法的基本思路是，通过外加不同频率信号装置向线路持续注入电流或电压信号，根据故障点前后检测原发出信号数据的差别对故障区间进行定位。在进行S注入法判断前，原则上应将故障线路开路以保护人员及设备安全。

2 新旧判断策略对比

由于我国农村电网线路情况复杂，且大部分地区不具备直接在线路上配备信号发射与接收系统，所以绝大多数线路还是采用的人工巡线方式来完成接地故障的判断与故障。人工巡线时，所巡查区段线路基本处于断开状态。在巡线过程中，线路情况较复杂，ABC三相存在相互交换的复杂情况，无法通过三相线路对地电压来完成对故障相别的选取。故在判断策略中必须加入对故障相别的判断过程。

2.1 旧判断策略

第一步：线路中段注入信号；第二步：选择相别三相分别注入电流，并分别测量注入点小号侧与大号侧电流；第三步：接地类型判断，注入电流为300mA；（1）非注入相电流均小于30mA，三相分别注入时注入点两侧电流差不大于50mA，判断为无接地；（2）某相注入时，其它两相监测电流小于30mA，但在其它两相注入时，该相监测电流大于30mA，则判断该相为接地相；（3）接地相电流大的一侧为接地侧，且注入点一侧的电流是另一侧电流的五倍以上，判断为低阻接地；（4）注入点一侧电流是另一侧电流的2-5倍，判断为中阻接地；（5）非以上情况，判断为高阻接地。

2.2 旧策略的局限性

线路电容分流如公式（1）所示。异频电流注入装置注入电流Isig，过渡电阻Rg，接地点流经的异频电流Ig，线路电容分流Ic=Rg/（R？撞-j/？棕C？撞+Rg）·Isig。对线路长、支路多的10kv线路而言，当某处发生高阻接地短路时，随着过渡电阻Rg的增大，线路长度增加，线路对地电容C？撞增加，IC分流将越大，在实际情况中可能会出现注入点两侧检测电流大小非常接近的情况，此时将不利于判断正确的故障区段。

由于10kv变压器多数采用Y/D聯接，在所注入异频电流频率较低时，变压器Y边相间绕组同样会对故障判断造成影响。以S7-100/10为例，其绕组阻抗在电流频率较低时呈阻性，其大小为：RT=P÷（SN/3×VN）2，经计算，S7-100/10变压器其一次侧与归算过的二次侧绕组大小为173.25？赘，可见RT<

2.3 新策略的设计

注入方式将原三相分别注入电流改为三相并联注入电流。此时，相当于往线路中注入零序电流。此设计主要有以下优点：

（1）变压器在零序等效电路中为开路，当电路中存在零序电流时，存在变压器的支路无法形成回路，因此可以有效回避故障点发生在变压器出口处时无法判断故障相别的问题。

（2）由于配网线路中，线路的正序对地电容大于线路的零序对地电容，因此给线路并联注入电流时，其对地电容分流现象对监测结果的影响将减小。

此外，新策略需尤其注意保护相关问题，与电网运行人员保持及时合理的沟通。由于三相并联注入相当于对线路三相短路，因此在设备设计中必须加入完善的保护措施，不允许线路突然供电，以防人员发生危险。

3 仿真验证

以MATLBA/SIMULINK为仿真平台，利用PSB工具箱构建10KV电压等级配电网模型，如图1所示。其中Measurements为电气信号监测模块，在仿真中可根据情况酌情增减。

3.1 利用旧策略仿真

信号源为可调电压源，使电路检测电流保持为400mA左右。接地故障设为C相单相接地短路，短路点为变压器出口处，接地电阻15000？赘。检测模块位置如图1所示。

C相注入时仿真结果：如图5所示，C相检测电流IC=0.45A，A、B相电流大小相等为0.1A左右。

B相注入时仿真结果：如图2所示，B相检测电流IB=0.42A，A、B相电流大小基本相等约为0.11A。

有仿真结果可知，在此种特殊短路情况下，无法对故障相别进行清晰判断，因此旧故障判断策略在此时无效。

3.2 利用新策略仿真

三相同时注入电流，接地故障设为C相单相接地短路，短路点为变压器出口处。结果如图3所示，可清晰见其C相检测电流大小为0.48A，A、B相检测电流为0.1A左右，因此得以验证，此时新策略可以有效判断其故障相别。此波形整体向上偏移0.1A左右，是由于变压器磁阻非线性所造成的。

3.3 新旧策略高阻接地时检测电流结果对比

旧策略结果：每相注入一次，每次注入检测四次结果。

A：70、80、180、210；B：20、190、200、10；C：180；210；10；10。

新策略结果：三相同时注入电流，注入一次检测6次结果。

A：175、180；B：190、250；C：180、185。

由此结果可得到结论，新策略在检测高阻接地故障时不仅较老策略简单，并且有更高的准确性。

4 结束语

文章基于S注入法设计了一种新式的注入方式，不同于旧策略的单相分别注入，采用三相并联注入的方式来选择故障相别与故障区段。合理的解决了旧策略中高阻接地、特殊接地无法准确判断的问题。最后通过MATLAB/SIMULINK搭建仿真平台完成仿真，验证了该策略的可行性。

参考文献

[1]张新惠.基于 Prony 算法的小电流接地故障暂态选线技术[D].山东：山东大学，2008，10.

[2]潘贞存，张惠芬，张帆，等.信号注入式接地选线定位保护的分析与改进[J].电力系统自动化，2007，31（4）：71-75.

[3]刘英亮，龚俊祥，魏国栋，等.“S 注入法”接地选线原理分析与改进[J].山东大学学报（工学版），2007，37（4）：64-67.