基于配电自动化系统的单相接地定位

汤海燕

摘 要：线路分段器可以将电力线路分为不同的区段，一旦产生短路或接地故障，就可以立即断开产生故障的区段，确保没有发生故障的区段恢复供电。然而，单一使用线路分段器仅可以找到发生故障的区段，仍然难以明确发生故障的具体位置，要明确发生故障的具体位置往往需要操作人员使用肉眼进行判断，造成了人力、物力的消耗。本文将线路分段器和交流法进行结合，提出了基于配电自动化系统的单相定位技术。

关键词：配电自动化;单相接地;接地故障;分段器

1交流注入法的定位原理

1.1交流注入信号源

高压信号源由逆变电源、调压器、升压变压器联接构成。其中逆变电源能够将车载直流12 V电源逆变为交流220 V，60 Hz电源，然后交流电压再依次通过调压器和升压变压器，在变压器的输出端获取电压稳定的高压交流信号。信号源使用60 Hz交流信号对于单相接地定位来说，主要有下列优势：①其可以在一定空间中造成同频交变电磁场，在较大范围内产生感应电动势，不需要操作人员在近距离进行检测，防止由于攀登电杆所造成的伤亡风险;②这一信号所造成的电磁场不会受到附近50 Hz电磁场的影响;③由于60 Hz的频率不高，能够消除线路对地分布电容所产生的分流作用。

1.2交流信号检测器

这种检测器包括交流电磁场感应器以及信号处理显示系统。一旦注入60 Hz的交流信号，就可以在附近形成稳定的60 Hz交变电磁场，在10 m的范围之内感应到交流电压信号。而信号在通过放大和处理以后，就可以在显示屏上显示出相应数据。

1.3交流注入法定位过程

首先，使用分段器对存在故障的区段加以隔离，然后在区段的始端注入60 Hz的高压交流信号，维持电流强度在150 mA左右。

操作人员携带60 Hz信号检测器从这一区段的起始处沿着线路开展检测工作，如图1所示。

在操作人员对故障区段进行检测的过程中，应适用以下原则：①一旦操作人员在对故障区段的检测中遇到分支，就需要分别测定不同分支的信号，故障必然在信号较强的那个分支。适用这一原则能够准确定位故障点。②若在某个特定位置，操作人员检测到位置前后的信号数值差异超过2倍，就可以判断这一位置属于故障点。在定位的过程中，适用这一原则能够有效防止检测器在一定范围内存在的误差现象。③若故障不属于显性故障，此时操作人员就无法使用肉眼进行观测，应将检测器靠近电杆。一旦使用检测器检测到这一位置上存在较大的电流，则可以认定故障点位于此处。

因为在实际操作中，操作人员进行检测的位置往往位于地面，其与线路之间存在8～10 m的距离，且60 Hz的电流并不大，这就容易使检测产生误差。但应当注意到，检测仪器測到的信号和线路上通过的信号一定具有正比例关系。因而在使用前述原则的时候，不需要追求较高的精度，只需要在可能产生故障的位置前后找到60 Hz信号强度差别较为明显之处，就可以确定故障发生的具体位置，完成定位工作。

2分段器的最优隔离区段长度分析

2.1故障区段线路对地电容范围

为了确保定位的正确性，还需要确定最优的隔离区段长度。利用这一技术进行单相定位的重要前提是，线路对地的分布电容影响较小，不然上述所提到的原则就会产生错误。分布电容发生影响的情形之一：在故障区段始端较近位置存在短分支，而在这一分支上产生了高阻接地，在注入60 Hz的高压信号之后，就可以利用检测仪器检测到电流I1，在未产生故障的主干线上检测到电流I2。使用U以代表信号源的电压，用R表示接地电阻，用C表示线路分布电容，就

可以得出                                     。

如果故障区段存在线路比较长的情况，就会出现分布电容较大的现象，在I1>I2的时候，第一个原则就会失效。因而，为了符合第一个原则，就

需要确保I1

分布电容产生影响的情形之二：在故障发生区段主干线上距离始端较近的位置产生高阻接地，从故障区段的始端注入60 Hz的高压信号之后，就可以在故障位置之前使用检测仪器测到电流I1，并在故障位置之后测到电流I1。用U表示信号源的电压，用R表示接地电阻，用C表示线路

分布电容，就可得出                                                     。

如果发生故障的区段存在线路较长的现象，在I2>I1/2的情况下，第二个原则将失去作用。因而，为了符合第二个原则，需要确保I2

。

在比较分析以后，发现故障区段分布电容的要求为                     。再对C的数值进行计算，相应的配电网接地故障等值电路模型如图2所示。

在此处，使用Eφ来表示相电动势，使用U0表示中性点电压，使用X表示系统电抗。如果中性点没有接地，那么X就表示系统电容容抗;如果中性点通过消弧线圈进行接地，那么X就可以用于表示消弧线圈与系统电容并联的等值电抗;而R则用于表示接地电阻。

例如，在10000 V的系统中，对中性点不接地系统，金属性接地电流通常不会达到5 A以上，而如果中性点通过消弧线圈接地系统，其金属性接地残流通常也不会达到5 A以上，可以得到C<0.133μF。

2.2分段器的最优隔离区段长度

在计算电网电容电流的过程中，还需要注意分析变电所中配电装置所产生的影响。如果运行的电压越小，则所增加的电容电流的影响就越来越明显。按照现场的实际状况，可以得出故障区段线路的长度 。

这一长度即分段器的最优隔离区段长度，如果隔离区段的长度长于Lmax，这样前述二原则就会无法产生作用，导致难以正确定位;而如果隔离区段长度短于Lmax，则就会要求增加分段器的数量，需要支出额外的成本。借助上述分析可以得出下列结论：在安设分段器的过程中，先在主干线上进行安设，如果主干线的分支长度长于Lmax，则需要在这一分支上安设分段器，最后要使所有区段的长度达到Lmax。这种情况可以符合交流注入法所要求的检测条件，同时又能够降低成本。

结语

长期以来，线路分段器在单相接地定位中得到了广泛应用，但这一手段具有局限性，只能够寻找到发生故障的区段，但往往无法直接确定故障产生的具体位置，因而需要操作人员借助肉眼加以观察和判断，但这样的做法不仅影响定位的精确性，而且增加了定位所要付出的成本。本文基于交流注入法提出了单相接地定位的方法，分析了具体的应用方法以及判断故障点的原则，而且验证了该方法的正确性。通过结合分段器与交流法，对配电网故障进行定位，不但可以提升定位的速度，而且还能够在短时间内找到具体的故障点位置，避免单一应用线路分段器所存在的缺陷，便利操作人员在现场工作，值得进行推广。

参考文献：

[1]刘道兵，顾雪平.基于配电自动化系统的单相接地故障定位[J].电力系统自动化，2010（5）：77-80.

[2]何润华，潘靖，霍春燕.基于变电抗的接地选线新方法[J].电力自动化设备，2007，27（12）：48-52.