配电自动化系统的单相接地定位技术研究

翟存波

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。鉴于此，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：配电自动化系统;单相接地定位技术

1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。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8-10m的距离，且60Hz的电流并不大，这就容易使检测产生误差。但应当注意到，检测仪器测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60Hz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<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。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。

3实验

某110 kV变电站是给街道城区及城乡结合部供电的变电站，其为架空裸线，属于单相接地多发线路，检测时在变电站主干线处安装了分段器，同时保证所有区段的长度达到Lmax，使其符合交流注入法所要求的检测条件。然后对单相接地定位效果进行了现场测试，分别在3号开关上游和46号开关下游以及两台开关中间进行试验。现场试验结果表明，单相接地定位结果全部正确。

4结束语

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，就可以立即斷开产生故障的区段，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。本文将线路分段器与交流法进行结合，提出了基于配电自动化系统的单相定位技术，还对分段器的最优隔离区段长度进行了分析，从而有助于防止线路分布电容对这一技术应用所产生的不利影响，能够确保定位的准确性，而且具有较高的经济性。

参考文献

[1]田书，王亚彩，王晓卫，等.基于磁场测量的配电网单相接地选线及定位新方法[J].电力系统保护与控制，2016，44（11）：61-67.

[2]王兴念，张维，许光，郭上华，张全忠，许冲冲.基于配电自动化主站的单相接地故障定位系统设计与应用[J].电力系统保护与控制，2018，46（21）：160-167.