10kV中性点不接地系统多故障点故障精确定位研究

李 勇

（武汉三相电力科技有限公司）

0 引言

10kV中性点不接地系统在发生单相接地时，由于其系统在接地时电流变化较小因此不影响系统的运行，系统可带故障运行2小时，当故障点长时间无法消除时只能通过选线合闸操作来进行故障清除，如果选线合闸依然无法实现故障的清除，系统长时间带故障运行导致非健全相故障电压升高，从而导致健全相过电压跳闸。因此当线路发生单相接地时快速定位故障点成为解决多故障点的重要手段。

1 110kV中性点不接地系统综述

10kV中性点不接地系统属于小电流接地系统，其发生故障时大部分故障为单相接地故障，故障频率较高，故障后造成的影响较大，可能导致导线断线，变压器损坏、区域内线路大规模停电等，从而减低用电的可靠性，引发10kV线路跳闸的原因有很多，其中大部分比列为单相接地故障。

以下为单相接地故障带来的危害：

第一，中性点不接地系统，当线路出来弧光接地时，线路自身无法实现灭弧，电弧的产生导致线路过电压，持续时间过长可能导致线路断线等情况，从而造成区域内停电的不良影响。

第二，10kV系统采用单端供电模式，一般情况下支路繁多，当发生单相接地时，由于线路走廊分支较多，当前没办法定位出具体的故障位置，必须依靠人工选线的方法实现故障清除，而人工选线的方法操作复杂，一旦故障通过选线无法清除，线路运维人员需花费大量的人力物力出动，沿线排除故障，由于其分支繁多，线路走廊多处于荒郊野外，因此投入大量财力收效甚微。

因此当10kV线路发生故障时，不仅会影响自身的运行和电能质量，严重者甚至导致线路断线的情况，因此一种有效的故障定位手段显得极为重要，近年来随着行波定位技术的成熟应用，行波法故障定位成为电力系统故障定位的有效手段。

2 行波定位原理

行波法故障定位理论是根据行波传输理论实现线路故障测距的，利用小波包变换和傅里叶变换可实现波头的波形提取，结合北斗的高精度GPS可实现故障经确定位。行波法故障测距只受到波头提取的时间差和GPS自带精度的影响，从而减小了传统阻抗法测距的误差。

行波法是利用故障时刻线路电流、电压突然发生变化所产生的高频暂态行波在两变电站和故障点之间折反射来进行故障精确定位的。其测距原理如图1所示。

图1 行波法测距等效模型

式中，m、n为行波监测装置；t1为左边行波到达监测点m的时刻；t2为右边行波到达监测点n的时刻；Xm为故障点到达左边监测点m的距离；Xn为故障点到达右边监测点n的距离。结合式（1）～式（3）可求取故障点距离监测点的距离。

由式（1）～式（3）可知当电力系统发生故障时，故障点与监测点之间的距离只与线路全长和泊头的提取时间有关，与电力系统的供电方式、潮流方向有关，和接地点过度阻抗完全无关，可规避传统的阻抗法测距带来的精度问题的影响。

3 多故障点仿真

由于10kV供电系统绝大部分采用单电源供电模式，因此当发生故障时线路潮流是唯一确定的，根据此理论可对线路设置监测点，对于每一相进行线路监测点的设置，针对区间内的故障点利用工频进行区间判定。本次仿真模型具体如图2所示。

图2 单电源等效模型

由于10kV供电系统绝大部分采用单电源供电模式，因此当发生故障时线路潮流是唯一确定的，根据此理论可对线路设置监测点，对于每一相进行线路监测点的设置，针对区间内的故障点利用工频进行区间判定。本次仿真10kV线路参数如下表所示。

表 线路参数

本次仿真设置图中监测点1－2区间内的距离为5km，设置2－3区间内的距离为8km，设置1－2区间A相为单相接地点（设置开关KA1从0s开始接地，2s后开关KA2开始接地），设置2－3区间C相故障闪络点，本次仿真故障是由于1－2区间存在接地点导致2－3区间的绝缘子闪络最终发生跳闸。

3.1 工频判定

3.1.1KA1闭合时

由于此系统为单端供电系统，当KA1闭合时，此时10kV系统单相接地，此时的B、C两相电流基本不变，A相监测点1和监测点2的工频电流方向如图3所示。

图3 KA1闭合时监测点1、2工频信号

此时系统发生单相接地未跳闸，可判定在1－2区间内发生单相接地，此时系统并未发生跳闸，由于此系统为单电源系统，此时线路带故障运行，然后保持KA1闭合状态不变，此时闭合开关KA2。

3.1.2KA2闭合时

当KA2闭合时，此时由于线路发生两相短路接地，因此线路发生故障跳闸。如图4所示为KA2闭合时，监测点2、3的工频信号。

当KA2闭合时，此时由于线路发生两相短路接地，因此线路发生故障跳闸。如图4所示为KA2闭合时，监测点2、3的工频信号。由波尾明显特征可知此时线路发生分闸，电流降为0。

图4 KA2闭合时监测点2、3工频信号

3.2 行波诊断

3.2.1单相接地点行波诊断

由于此系统为单端供电系统，当开关KA1闭合时此时线路发生单相接地未跳闸，监测点1和监测点2采集到的行波信号如图5所示。

图5 KA1闭合时监测点1、2行波信号

如图5所示，行波信号为监测点1、2在开关KA1闭合时接地高频信号，t1为行波到达监测点1的时刻，t2为行波到达监测点2的故障时刻，由于监测点1和监测点2设置线路长度为5km，依据式（1）～式（3）可计算出接地点距离监测点1距离为3.08km。

3.2.2故障跳闸点行波诊断

当开关KA1闭合时，2s后开关KA2闭合，此时线路由单相接地变成两相短路故障，线路速断保护动作，电源跳闸，如图6所示，为监测点2、3的行波电流信号。

如图6所示，行波信号为监测点2、3在开关KA2闭合时接地高频信号，t1为行波到达监测点1的时刻，t2为行波到达监测点2的故障时刻，由于监测点1和监测点2设置线路长度为8km，依据式（1）～式（3）可计算出故障点距离监测点2 距离为3.71km。

图6 KA2闭合时监测点2、3行波信号

4 结束语

1）配网系统单相接地危害较大，严重时甚至操作整个区域内长时间停电，因此当系统发生单向接地时需要慎重处理对待。

2）行波测距可实现配网系统的多故障点精确定位，可对故障点和闪络点做出明显区分，对于配网运维人员线路维护具有重要意义。