配电自动化系统的单相接地定位技术研究

马恒凯

摘要：故障定位是配电自动化的重要功能之一，由于单相接地故障是配电网中最常见的故障，研究单相接地故障定位方法对于减小停电范围、缩短停电时间以及提高供电可靠性具有重要意义。我国中低压配电网一般都采用中性点非直接接地方式，当发生单相接地故障时，故障电流小，尤其是消弧线圈补偿导致故障线路与健全线路电流特征相似，因此，故障的准确检测一直是个技术难题。本文针对配电自动化系统的单相接地定位技术进行了分析。

关键词：配电自动化;单相接地;接地故障

一、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12V电源逆变为交流220V，60Hz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60Hz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50Hz电磁场的影响;③由于60Hz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60Hz的交流信号，就可以在附近形成稳定的60Hz交变电磁场，在10m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60Hz的高压交流信号，维持电流强度在150mA左右。

操作人员携带60Hz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。

二、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60Hz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60Hz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表示線路分布电容，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<I1/2，也就是。

在比较分析以后，发现故障区段分布电容的要求为C<1/3wR。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10000V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5A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5A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。

三、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：

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[3]基于配电自动化的配网单相接地故障定位与自愈[J].杨福，臧璇，瞿寒冰，林山，顾世龙，陈浩.电力科学与技术学报.2020（04）