山林地区配网接地故障定位方法探讨

田妍

摘 要：当山林地区的配网线路发生单相接地故障时，快速实现故障定位可有效避免故障排查人员盲目进入山林线路走廊带来的人身安全风险，并能快速复电。本文对利用故障特征量和注入信号法等原理进行故障定位的方法进行了对比和分析，探讨了适用于山林地区配电系统的故障定位方法。

关键词：配电网；故障定位；零序电流法；注入法；行波法

10kV配电网大多采用中性点非有效接地方式运行，包括中性点不接地、经消弧线圈接地和经高阻接地方式，又称小电流接地方式。当线路发生单相瞬时故障时，可以自动熄弧；当发生单相永久性接地故障时，系统可以运行1～2小时。然而由于配网系统中单相接地故障占整个故障的80%以上，此类故障会引起其他相电压升高，给系统绝缘造成很大威胁，很容易发展成相间、两点接地和多点短路，扩大事故范围。因此快速有效的对10kV配电线路单相接地故障点进行定位，对保证供电可靠性和维护电力系统稳定运行有着重要的意义。为此，本文对10kV配网线路单相接地现有故障定位方法包括注入法和故障分量法等进行了探讨。

配电线路一般分支较多，在山林地带配电网环境复杂，瞬时接地、经树木接地时存在电弧不稳定，故障电流微弱等特点，使得故障定位工作较难开展。

1 注入法

利用注入信号进行故障定位包括有直流注入法和S注入法（交流注入法）。

1.1直流注入法

直流注入法是一种离线定位方法，它的基本思想是当配网发生单相接地故障时，将故障线路与电网隔离，并向故障相注入直流电流，手持信号检测器沿故障线路进行地面巡测，在各分支点除检测直流电流，通过电流强度判断是否为故障路径，继续采用同样方法进行判断，直到确定故障点。

直流注入法故障定位如图1所示，故障点为BG段的f点。假设故障相为A相，首先断开开关K，将故障线路与电网隔离，在线路首端O点往A相注入直流电流。然后沿着线路路径来到A点，利用长绝缘杆将钳形电流表夹在线路上，分别测量AC段与AB段的的电流强度，可以判读出故障方向为AB段，继续在分支点B进行测量，可以判断故障方向为BG方向，再在G点进行测量，则确定故障点在BG段，沿着BG段返回，利用二分法进行测量，即可以确定故障位置。

直流注入法的优势在于能克服线路分布电容影响，且在高阻接地故障中注入的直流电流几乎全部流向故障点。缺点在于故障线路需停电进行检测，影响了供电可靠性，人工巡线在经过山林等的线路中较难开展。

1.2 S注入法

S注入法是一种在线定位方法，当配网线路发生单相接地时，首先判断接地相，并通过母线PT向接地相注入基波频率处于工频n次谐波与n+1次谐波之间的交流电流，利用专用的信号电流探测器沿线进行查找，注入信号消失的点即为接地故障点。S注入法优点是在线定位无需停电操作，且能避免工频和各次谐波的干扰。缺点为需加装信号注入设备，且在高阻接地故障、瞬时性和间歇性等故障定位应用中有所限制。

2 故障分量定位法

利用故障量分定位的方法包括有：利用电流电压行波折反射原理进行故障定位的行波法以及故障时零序电流分布进行故障定位的零序电流法。

2.1 行波法

行波法是输电线路故障定位的常用方法，根据在线路上信号采集的位置可分为单端定位法和双端定位法。单端法是在已知行波波速时，利用检测到的初始行不与来自故障点的第一个反射波的时间差来确定故障距离。双端法则是利用线路两端检测故障产生的初始行波时间差来确定。由于配网线路分支较多，双端法难以适用。如图2为利用单端法进行故障定位的示意图。

如图2所示，故障f点在A-B区段内，在节点A处有分支段A-C，在O点注入脉冲脉冲信号检测行波信息。其中LAB为区段A-B的长度，LAC为区段A-C长度，LOA为区段O-A的长度。当故障发生时，Sa是故障行波到达节点A反射回故障点，再从故障点传播到O点，传播路径为f→A→f→A→O，与初始行波波头的时间差为2LAf/v；SC的传播路径为f→A→C→A→O，与初始行波波头的时间差为2（LAf+LAC）/v。两个反射波时间差为固定值2LAC/v，且到达检测点O的时间仅与故障点f所在位置有关。通过小波变换等数学方法对两个波最大相关性进行分析，可以得到两个波同时达到最大值的时刻t，那么故障距离可以表示为：Lf=L0A+v×t/2。

该方法优点在于无需进行人工巡线，简单实际。其难点在于当配网线路较为复杂时，行波在节点之间来回的折反射会发生衰减，且会受到杂波干扰。

2.2 零序电流法

在中性点不接地的配电系统中，可采用零序电流的分布特征进行定位的方法。零序电流群体比幅比相法的选线依据是对比各线路零序电流的幅值相位大小，幅值最大的即为故障线路；零序电流无功功率方向法是指：在非故障线路和故障点下游线路上，暂态线电压超前零序电流90°。而故障点上游到母线区段上，暂态线电压滞后零序电流90°。

文献中介绍的故障方向参数D为暂态线电压ut经Hilbert变换（将ut做-90°相移）后与暂态零序电流iot的乘积在暂态时段T内的平均值：

在非故障线路及故障点到母线上，D>0，故障线路下游处，D<0。

在装有馈线终端FTU的配电系统中，可利用FTU作为检测点，对线电压和零序电流计算故障方向参数，根据故障区段两侧方向参数极性相反的特征可对故障区段进行定位。这种方法无需增加设备，但仅能定位到故障点所在区段无法精确定位到故障点，且不适用于经消弧线圈接地的系统。

在装有消弧线圈的接地系统中可采用五次谐波比较法：由于故障点产生的谐波电流主要以五次分量为主；零序电流增量法：自动调谐消弧线圈在正常情况下处于过补偿15%的状态，发生接地后自动调谐到全补偿状态。在调谐前后，引起的零序电流变化折算到同一电压下时，故障点之前的线路的零序电流会变化，而故障点之后的线路的零序电流不会变化。在线路上加装的电流传感器越多，故障定位的范围越精确。

结语

本文探讨了山林地区单相接地故障的定位难点，对比了采用注入法和暂态分量法对配网线路的单相接地故障定位方法，得出单端行波法、零序电流法较适用于山林地区配电线路的单相接地故障定位。

参考文献

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