基于配网数据的10 kV线路接地故障精确定位的研究

周 辉，史 磊，岑荣佳，史纯清，徐 懿，赵世钦

（贵州电网有限责任公司都匀供电局，贵州 都匀 558000）

1 配网接地故障的发生及危害

由于10 kV 线路分布广，地理条件复杂，跨越道路、河流、森林、山谷，且接线方式复杂，有单电源线路，也有手拉手的联络线路，除主线外，支线如蛛网一般密布，除部分电缆线路与架空绝缘线路外，大多数的裸导线线路易发生因瓷瓶损坏，避雷器遭雷击损坏或通道内树木倒伏至线路上等原因造成单相接地的现象[1-3]。当接地故障发生时，主要影响有3 个方面：（1）对系统电压的影响：从线电压来看，仍维持在10 kV，但从相电压看，接地相的相电压在接地点最低，金属性接地时为0，经过渡电阻发生的接地，接地点电压接近0，变电站10 kV母线接地相别的电压也明显降低，非故障相电压升高，极端情况下升高至线电压，对系统及非接地线路一次设备会造成过电压影响[4-5]。（2）配网线路在接地点附近存在人员触电的风险，在线路接地时，多数情况是带电的导线坠落于地面，此时有对人员造成触电伤害的可能。如某供电局就发生过10 kV线路单相断线后坠落到地面造成接地，因跨步电压的存在，对途经的村民放电致使3 人触电死亡的事故。（3）存在供电可靠性降低及电量损失的影响。由于无法确定故障区段，不得不对整条线路进行停电查找故障，增加了故障查找的时间，降低了供电可靠性的同时，还造成了电量的损失。

2 配网接地故障的传统查找方式

若干年前自动装置未普及以前，常用人工逐回线路依次通过接地检查按钮瞬时拉闸的方式查找接地，此方式查找接地故障虽然准确，但存在对正常线路进行短时停电，影响客户正常的用电。现在已采用自动装置进行判断，也就是小电流接地选线装置判断，基于稳态法、暂态法、注入信号法、阻抗法、行波法、五次谐波法等原理实现[6-16]，在此不一一对其进行赘述。

3 配网接地故障精确定位的新思路

3.1 新思路的提出

随着配变监测终端及负控装置（以下简称：计量终端）的安装并逐步实现全网覆盖，以及配网大数据的深入应用，使得配网接地故障查找可以不再以单一的从变电站观测到的电压与电流的变化作为其判断的唯一依据，而可以将配网接地还原到故障本身的特征上来，也就是说：越靠近接地点的电压越低，哪一台（或几台）计量终端所采集到的电压最低，接地故障就处于这条线路靠近这台（或几台）计量终端之间。利用这种依托配网大数据进行配网接地查找的方式，不仅仅能够准确地定位到线路，而且可以定位到线路的区段或者支线上，将大大地提高了配网接地故障查找的准确度和精确度。

3.2 实现方式

研发一套可以采集各种配网大数据的系统，暂时称其为：接地故障诊断系统。该系统可以通过计量自动化系统及配网自动化系统，采集配网计量终端数据、配网开关数据、变电站母线电压、小电流接地选线系统数据等，并进行分析与判断，在配网接地发生后，进行快速选线、定位。以图1 所示的电力系统为例。

图1 配网接地故障示意图

具体工作原理：当线路上FZ02开关后段发生A相接地故障时，与其相邻的计量终端所测量到的A相电压为全网最低，这时，由接地故障诊断系统将变电站10 kV母线电压值及变电站所有10 kV出线计量终端的电压值进行采集并上传至后台，由系统分析，得出故障点位于003 线路FD01 与FD02 之间的FZ02开关后段，并将此策略发送给调度及配网相关运维人员，调度可以依据此信息，将FZ02 开关断开，将故障缩小到最小范围，在隔离故障的同时，减少了对用户停电的范围，同时也为供电所快速查找故障提供依据。在快速切除故障的同时，既提高了供电可靠性，也缩短了故障的查找及恢复时间。

4 存在的问题及处理措施

4.1 采用此方法判断配网线路接地，存在死区的问题

由于该方法是对比变电站10 kV 母线与接地点之间的电压差为原理进行接地的定位，当接地点非常靠近变电站端，同时是金属性接地时，将发生10 kV母线与接地点的故障相电压均为0 V，从而无法进行选线及定位。

解决办法：与小电流接地选线装置进行配合。因为此时产生的零序电流最大，小电流接地选线装置最灵敏，判断最准。

4.2 存在低压侧电压不能反映高压侧接地的问题

配网计量终端种类繁多，包括有TTU、FTU、DTU等，其电压采集有两种，一种是高压计量、另一种是低压计量。对于高压计量而言，电压值可以准确的反映出10 kV 系统接地信息；对于低压计量而言，因为配变是采用Y-△接线方式，低压侧没有中性点，所以低压侧不能反映10 kV 侧的接地状态下电压值。

解决办法：用于系统运算的电压数据，仅采集高压计量的装置即可。

4.3 数据实时性的问题

由于计量自动化系统中对各个计量终端的数据采集是每15 min采集一个点，无法满足快速查找故障的要求，因此在发生故障时，由系统向各计量终端发出一个召测指令，各终端收到指令后，将实时的数据发送至系统，用于故障判断。

解决办法：（1）设置召测指令的优先级，确保快速收集数据；（2）将来对计量终端通信方式进行升级，改造为5G通信，满足实时性的要求。

4.4 配网运行方式变化

由于配网存在互倒互供的线路，所以对于变电站出线的数量，出线上所带的配变台数以及配网终端的数量是随着运行方式的变化而不断变化的。

解决办法：通过采集各配网开关位置，进行准确判断。

4.5 与小电流接地选线装置投跳闸的时限配合问题

小电流接地选线装置投跳闸时，其延时定值应大于接地故障诊断系统判断故障的时间，否则一旦小电流接地选线装置出口跳闸，接地故障诊断系统将得不到计量终端的数据，无法对接地故障进行定位。

5 推广的意义

以变电站观察到的电气量进行接地线路的判断，是以主网的眼光查接地，但接地是在配网上的，所以应该用配网的眼光和资源来对配网接地故障进行查找，依托配网大数据进行配网接地查找的方法，是一种新的接地故障查找的方法，从原理上弥补了变电站端小电流接地选线装置的不足，可以与小电流接地选线装置配合，达到100%的选线正确并定位。同时采用此原理进行接地故障选线及定位，不须要对现有配网设备进行改造或者安装设备，仅仅安装软件就能实现，具有易于安装、易于推广的优点。

随着社会生活水平的提高，社会对公共安全的重视，配网如何安全、可靠运行是电网公司必须面对的重要课题，在发生配网接地时，能够快速、准确的巡线与定位，是电网公司所应该承担的义务与责任，基于这一原理实现的接地故障诊断系统将为此做出应有的贡献。