配网自动化系统中接地故障区段定位方法

陈彦雄

（众业达电气股份有限公司，广东汕头 515000）

0 引言

线路出现故障后，需要尽快确定线路故障位置。当下，仍旧是采取人工检查线路的操作方式，这不但会浪费非常大的精力与资源，还容易在操作过程中出现安全事故，给居民带来不必要的麻烦，削弱了配电网供电的可靠性。因此，小电流接地故障定位问题一直是研究的重点。配网自动化的故障定位的实现，对提高配电网的稳定运行可以起到明显的作用。通过实现故障点的具体定位，可以大大缩小排查接地故障的搜索范围，进而实现了故障处理效率的大大提升。但导致配电网发生接地故障可能的因素有很多种类，并且有时故障电流也并不是很明显，实现故障定位的难度较大。因此，需要深入研究小电流接地的故障定位方法，提高故障定位的准确率。

1 配网自动化接地故障定位的方法和原理

1.1 配电网接线方式

配电网的明显的优势是其闭合环路设计，但是选取开放式环路操作。它的各个线路是经由两个电源开关来构造的环路。正常操作是：两个开关切断，配电线路变为开环运行状态，进而形成了一个单电源辐射型结构。这种接线方式是配电网中最为常见、简洁有效的接线方式。具体如图1所示。

图1 辐射型接线方式

1.2 小电流接地故障选线

当非有效接地系统发生了小电流接地的故障，而未出现故障的正常相，其对地电压将会转变为线电压。尤其在发生间歇性弧光接地故障时，由于电力系统的中性点缺少有效的电荷释放通路，将可能导致发生弧光接地过电压，这就容易造成配网线路的绝缘遭受损害，甚至使得其演变成相间短路。所以必须要迅速对故障电路进行分析，而且要迅速分析出故障所在。故障定位和故障线路的选定是小电流接地故障检测技术的一部分。关于故障线路选取指的是从连接在同一母线的多条线路中选出了故障的线路。如果该线路其中一条支路AB出现了单相的接地故障，如图2所示，根据故障独特的特点将故障线路从区域中检测出来，这一操作称为故障定位。

通过在配电网的各个支线上装设接地故障检测点，以检测点为区分界限，则可将线路划分为各个区间。其中，监测点越多区间则越小，故障的定位准确率也就越高。

图2 故障区间内的故障定位

1.3 小电流接地故障信息获取

小电流接地故障主要可分为中性点不接地故障以及消弧线圈接地故障两种，其故障特点各有不同。对于单电源辐射结构的配网线路，在发生接地故障时，其零序电流的相量存在一定的不稳定性，无法确定其准确的分布。此外由于配电的网线具有分支很多、线路之间相距甚远的特点，这导致人工在进行核查线路故障时具有非常大的阻碍。上述故障的解决方法中，对线路进行固定监测点是现在相对有效的措施。

在中性点不接地故障中，中性点缺少有效的接地系统。针对中性点的非有效接地系统这一方面而言，线路会产生单条线路连接地面的困难。这等同于把出现故障的地方连入了零序电压源。此时线路的感抗会显示相对低的数值，而且零序电流数值也将显示较小数值。此外整条线路的零序电压的数值将会大致一样，在变电站设置一个零序电压监测点。在理论基础而言，零序电压值在未出现故障的线路上，数值为零。然而因为整个线路不完全一样，所以也可能会有零序电压的出现。因此要调定一个线路的零序电压出现故障的临界值，当大于临界值时，整个电路将会发生小电流接地的故障，迅速精准定位到故障点处。其中故障线路的定义是主要线路与故障出处的所涵盖的所有线路。其方向性是根据电源与负荷处的方向性决定的。其中电源指向负荷处为正，负则相反。其中有故障的线路包括零序电流的滞后的电压九十度分支，相反超前部分就不在故障路线了。详细可见图3。

关于中性点经消弧线圈接地系统这一方面。因为线圈具有互补性，能够让故障线路在电流的线位方面具有一致性。当零序电流的波动数值均相较正常电路低的时候，应该通过相应技术分析出故障特点。在线路出现了单相故障的时候，在时间方面，存在故障的线路使用时间要小于两小时。此外还要向消弧线圈做出管控措施，通过故障线路的检测，得出线圈的补偿之间的波动以及零序电流在正负九十度上的波动情况。此外应尽量使其维持在正九十度的正常线路处，进一步获取故障出处的特点。在完成了故障的测定之后，消弧线圈有待进入正常补偿状态。

图3 故障线路零序电流方向

1.4 小电流接地故障区段定位

在实现小电流接地故障区段的定位过程中，配网自动化系统通过采用多个节点对线路分区。一般长度较长的配网线路，会配置2～4个开关。当一个地方的复合密度特性较为集中时，仍然要保证每个开关之间的距离至少为1千米。对于城市郊区或农村，则要依据配电变压器的容量来对开关的数量进行确定，一般可以根据每3 MVA设置1个负荷开关的原则来进行配置。在测量负荷开关处的零序电流时，还要考虑线路的辐射结构，对干线与支线进行计算，然后针对不同区域对测试范围进行划分。基于上述原则，通过特殊的装置来收集每个不同地区的零序电流的数值，然后使用监测点相邻矩阵方式，就能够实现对零序电流的检测以及检测线路终点处相互作用关系的分析。这就表明，完成对各故障监测点的数据的分析，就能够得到此处两个不同监测点之间的配网线路的具体操作状态，从而达到对小电流接地故障出处进一步探究的目的。

2 配网自动化系统接地故障定位方法的运用

2.1 移动小电流接地故障的定位

在实际针对移动小电流接地的故障进行定位的过程中，可以采取广域测量法对故障进行定位。详细来说，就是配置2台可以实现同步测量电流的装置，将该装置所测量得到的电流数据信号，通过CSD网络将数据传输到电流测量端，以改善不同的时间节点中内测量段电流的详细定位的有关资料。从有关数据之间的比对，可以获得故障区域范围内的有关数据，从而实现了故障的精准定位。在这个流程中，两台装置将各自装配在变电站以及输电线路的沿线上，对于前者可以实现母线的零序电压数据的收集，后者的作用就是收集电流数据信号。而GPS系统已经获得了广泛的应用，因此可以通过利用GPS技术来完成信号数据的准确搜集，同时完成各种信号的详细统计以及在同时段中GPS的数据记录。需要引起重视的是，在不同的地区所接收到的脉冲信号的时间差是小于1 μs的，所以需要使用上升的信号作为触发信号，以实现GPS秒脉冲的统计，保证各项数据信息的采集与处理可以保持同步。

2.2 固定小电流接地故障的定位

在定位固定小电流接地故障时，能够通过类似的方法进行故障的定位。其具体的实现，就是通过配置2台可以进行同步测量的电流装置，各自在变电站以及输电线路的沿线，对于母线的零序电压以及电流数据进行收集。其不同之处在于，线路上必须要拥有足够的监测点，以便实现故障定位。在此基础上，还要利用GPS卫星定位系统实现对各个监测点的资料完善，进一步完善GPS系统中的估算，采取FFT实现电压和电流信号的计算。此外，还必须构建信息服务端，随后完成服务端的分化处理，依照分化例数来实现故障范围的判断。

3 结论

为保障配电网正常运行，需对小电流接地故障进行迅速的定位。实现配网自动化系统对接地故障的自动定位功能，会非常有利于快速精准有效地对故障进行排除，维护配电网的稳定与安全。本文对接地故障的定位方法进行了研究，阐述了故障定位的基本原理。通过移动或固定小电流接地故障定位的方法，可以将故障点自动定位到配网线路的分段或分区，有效地提高了运行人员巡线查找故障的工作效率。