配电网单相接地故障定位方法探究

【摘要】对配电网单相接地故障定位方法进行探究有利于电力系统的安全运行，保证配电网在结构复杂和分支增加的情况下仍能够有效稳定地工作。文章通过介绍目前单相接地故障的定位方法，在分析各种方法工作原理的基础之上，讨论了各个方法的优缺点，旨在为单相接地故障的定位工作提供借鉴。

【关键词】配电网;单相接地;故障定位方法

1.引言

随着电力系统的不断发展，电网的结构复杂度和分支数量不断增加，因此，一旦系统中某个环节出现故障，将会带来巨大的经济损失，甚至可能是人身伤害。快速准确地对故障进行定位，对电力系统的安全性、可靠性等非常重要。

国内的配电网中广泛采用的都是小电流接地方式，绝大部分的电力故障都是为单相接地故障，而又由于电压等级不同导致的系统网络结构不尽相同，因此，选择合理有效地故障定位方法尤为重要。目前国内配电网采用的故障定位方法有故障测距法、注入法、综合定位法等等。下面将对一些故障定位方法进行详细讨论。

2.故障测距法

故障测距法是指测量线路检测点位置到故障发生点位置之间的距离来进行故障定位，按照其工作原理可分为行波定位法、阻抗定位法和故障指示器定位方法。

2.1 行波定位法

行波在线路上进行传播，正常工作时，行波电压与电流的比值是不变的，但当线路的某一节点处的参数或是波阻抗在发生了变化，则行波在此突变点处就会产生部分或是全部的折射或者反射现象，而这个突变点就叫做波阻抗不匹配点。行波法的故障测距原理是：根据行波的传输理论，利用行波在波阻抗不匹配点发生折射和反射的情况，并根据波速和时间来对故障进行定位。

行波定位法的关键是找到故障点反射行波的波头，但是，实际配电网中的行波衰减和畸变的情况都比较严重、行波波头无法准确辨识，这就使得行波定位法无法适用于多分支以及大过渡电阻的故障定位工作。

2.2 阻抗定位法

阻抗法时间故障测距的工作原理是：假设电力系统的工作线路是均匀的，根据故障时测得的电压和电流来计算此回路的阻抗值，并利用线路阻抗值与线路的长度成正比这一既定关系，就可测得计量点与故障发生点之间的距离大小。

阻抗法的测量方法简单，消耗资金少，但是阻抗法收到的电源参数、线路负荷等因素的影响比较大，导致测得的距离误差大于理想情况下的误差标准，并且受故障点电阻干扰，导致测距精度问题严重。所以，用根据实际的工作环境合理地选择阻抗法进行故障测距。

2.3 故障指示器定位方法

故障指示器定位方法的工作原理是：通过检测配电线路的故障电流来指示故障发生的出线、分支和区段。该方法适用于短路故障，可是接地故障特别是高阻接地时，故障信号很弱，这将会导致指示器无法可靠工作。所以，故障指示器定位方法并不能广泛运用。

因上述几种定位方法不能满足当今配电网中对单相接地故障定位的要求，所以，现通过研究影响配电网故障定位的各种因素，提出了以下几种方法来对故障进行定位，保证配电网络的安全运行。

3.注入法

注入法的运用原理是：配电网系统发生单相接地故障后，人为地通过母线电电压互感器向故障电路发生的故障一相注入电流信号（如图1所示），并根据注入信号流动的特点，利用信号探测仪器追踪注入信号的路径，以实现故障定位。

图1 故障线路线号的注入示意图

这里，将注入法又分为交流注入法和直流注入法。

3.1 直流注入故障定位方法

直流定位法的故障定位原理是：先将故障线路注入直流电流，再通过对各个分支节点处分支电流的强度检测来确定故障发生的路径，进而沿着故障路径做相同的检测工作，最终确定故障发生点。

图2为配电网的拓扑图，现通过图2来对直流注入法进行分析和理解。

图2 配电网拓扑

现定义从直流信号的注入点到故障发生点的路径为故障路径，如图中的O-A-B-故障点，同时定义故障点邻近两节点间的线路为故障段，如图中的B-G。当发生单相接地故障时，先通过选线装置选择故障线路，并将其安全退出;然后在变电站的故障线路的故障相上接入电流源，调节电压维持毫安级的电流;最后再检测线路的第一个分支点（图中A点）下游的各分支的故障相直流电流强度。

因AC及其下游支路没有接地点，可将其等效为电容，对于稳态直流来说，有电容的线路相当于开路，所以，理论上AC支路上无电流通过;AB支路因下游有接地故障发生点，而流过较大的直流电流，所以，根据AC和AB的电流强度可以确定AB是在故障路径上;再沿故障路径对B点进行与A点相同的检测，可判断故障发生在BG线路上;最后检测G点下游2个支路，无电流信号，进而可确定BG为故障段。电流源要如图所示连接，一端接地，另一端接到线路故障相上。

3.2 交流注入故障定位方法

交流注入法的故障定位原理是：当配电网单相接地故障发生后，将特定的电流信号通过母线传感器注入到故障相，然后再利用指定的电流信号探测装置沿线路对注入的电流信号进行追踪，通过区别非故障线路与故障线路电流信号的不同来实现故障定位。

但是，随着配电网结构的愈加复杂以及分支数量的不断增加，分布电容的分流作用也同时增加，故障点的电流信号与电容的电流信号的间的差值不断减小，甚至出现分布电容的电流大于故障点的电流的情况。这就导致非故障分支的电流相对电容电流的值较大，不利于对发生故障的判断。

S注入法是交流注入法的一种，其故障定位的原理是：将特定的电流信号通过母线传感器注入到故障相，注入信号的基波频率应介于工频信号的n次和n+1次谐波之间，然后再利用指定的电流信号探测装置来对线路进行巡查，进而定位出故障线路和故障点。经实践证明，S注入法在当接地点的过渡电阻不大于时，对于故障定位工作的确有效，而当过渡电阻值大于时，S注入法的效用会降低，当过渡电阻持续增大，此方法效用将会逐渐降低直到完全失效。所以，S注入法的适用范围是有限的，适用于小范围故障定位。

4.单相接地故障综合定位法概述

因配电网线路大多采用中性点不直接接地的系统，当发生单相接地故障时，故障电流小，故障特性复杂，检测到的故障特征量具有很大的不确定性等情况。针对故障线路的特征，应考虑使用分步对故障进行定位，将几种定位方法相结合的综合定位方法。该方法利用不同定位方法的互补性来提高单相接地故障定位的有效性与准确性。

4.1 行波法与直流注入法结合

将行波法与直流注入法相结合的综合定位方法，对于故障定位要优于其中任何一个方法。此综合故障定位方法的思路是先计算故障发生的距离，再找出故障发生的分支线路。具体方法是：先用行波法，分别从线路的两端注入脉冲信号，并分别求出相应的可能存在的故障点，然后再用直流注入法确定故障发生的路线，得到结果。

4.2 直流注入法与交流注入法结合

交流注入法对定位小范围内的故障具有很好的效果，而直流注入法可以在在较大范围内进行故障区域划分且不受线路长度的限制。因此，先通过直流注入法进行故障区域的判断，再通过交流注入法进行故障点的判断，即可准确判断出故障发生点，完成定位。

5.结束语

电网规模的扩大，导致电力系统单相接地故障的发生复杂度也逐渐增加，进而对于故障定位的研究方法也需要不断改进。文章介绍了几种基本的故障定位方法，并以此为基础，对综合故障定位方法进行了展望。相信在未来的配电网单相接地故障定位工作中，综合定位方法一定会是行之有效的途径。

参考文献

[1]唐宁，张雪皎，杨运涛.配电网单相接地故障定位方法的研究[J].电力学报，2012（6）：589-563.

[2]杨鹏，杨以涵，司冬梅，齐超，张利，戚宇林.配电网单相接地故障定位技术实验研究[J].电力系统自动化，2008（9）：104-108.

[3]陈晓娟，王丽，隋吉生，李松寒，王林.一种配电网单相接地故障定位方法[J].中国电力，2011（10）：33-37.

[4]戚宇林，成艳，杨以涵.35kV配电网单相接地故障综合定位方法[J].电网技术，（10）：38-42.

作者简介：邝慕辉（1983—），男，广东江门人，工程师，主要从事配网运行管理及施工现场质量、班组安全管理工作。