基于行波法和信号注入法的配电线路单相接地故障精确定位

毛 董，孙玉华，李德明，吉云海

（云南电网公司楚雄供电局，云南 楚雄675000）

0 引 言

国内配电网通常应用中性点不接地或者通过消弧线圈进行接地的方式。单相接地属于该接电系统最容易出现的故障，同时也对广大用户供电造成干扰。所以，针对单相接地故障进行有效的定位与诊断是我国配电网必须要解决的重要问题。

在小电流接电系统出现单相接地问题以后，接地的电流只存在通过消弧线圈补偿之后或者系统分布电容电流中的细微电流，这个电流量非常小，导致定位工作量非常巨大。通常来说，都是先实施逐线拉路的模式来筛选对应的线路，之后再通过人工来进行故障点的判断。通过这种传统的模式要定位故障较为困难，必须要依靠巨大的物力、时间以及人力。现阶段我国常用定位法主要有户外故障点探测法、信号注入法、行波法以及阻抗法等。上述这些方法中，信号注入法属于一种能够有效解决低压树状配电网故障的定位方法，其具有接线简单、定位精确以及通用性高的特点，缺陷在于该方法必须要通过人工来探测信号，导致定位的时间相对较长；行波法具有能够实现多次定位、定位快以及不需要巡线的优势，然而因为其自身算法精度与采样速率方面的约束，导致该方法存在一定程度的误差。鉴于此，本文将行波法与直流注入法进行整合，提出了与之对应的定位装置的软、硬件策略。

1 配电线路接地故障综合定位法

1.1 行波法

所谓行波法，其原理是采用人工的模式在电路的首端变电站位置将脉冲信号注入到故障线路中，通过故障位置的放射行波来实施定位（原理如图1）。如图1所示，通过在线路首端（图中M点）设置对应的设施，检测脉冲信号的发射时刻t1和故障点反射波到达监测点的时刻t2。将故障点到信号监测点的距离设置为XL，v为波速，则可以得出

图1 行波法故障定位示意图

1.2 脉冲信号注入法

脉冲信号注入法属于一种离线定位，其是在出现故障之后，将对应的线路进行退出，之后实施定位的措施。通过该方法进行定位必须首先针对故障相进行有效的判断，在进行定位的时候，把信号源输出的一端与变电站外或者变电站内的故障相进行连接，就能够实现将高压脉冲信号注入到故障线路，而另外一端则进行接地处理（详细连接方式如图2所示）。针对对应的信号电流来进行判断，最后再针对故障的位置进行定位。充分运用信号探测器来针对各个关键节点的信号实施探测，同时依照探测器现实的故障信号来针对故障的详细路径进行判断，倘若存在信号指示响应的情况，则对应的故障点在下游位置，这时候只需要跟随故障路径来进行不断的检测，以此来不断减少故障的范畴，直到接近故障点。

图2 脉冲信号注入法故障定位示意图

1.3 综合定位法

所谓综合定位法，是电网出现单相接地故障时，先运用离线注入高压脉冲信号的模式，依照行波法的基本原理来针对故障所在的位置与距离进行判断；接着再应用脉冲注入法来针对故障进行准确的定位，应用手持探测器直接到行波法所确定的分支接点实施巡线定位，在探测到信号电流之后，其对应的分支就是存在故障的分支，再沿着这个分支进一步探测，这个分支的故障点即为信号消失点（如图3所示）。

图3 综合定位法工作流程示意图

2 高压脉冲信号源设计

2.1 脉冲信号源主回路

高压脉冲信号源主回路的作用在于生成与发送10 k V的周期脉冲信号，基本原理如图4。

图4 高压脉冲电流源主回路图

2.2 脉冲源控制回路

脉冲源控制回路应用CYGNAL公司生产的C8051F310单片机进行编程之后生成对应的脉冲信号，同时对脉宽与周期实施控制。C8051F310单片机属于有效集成的混合信号片上系统型MCU芯片，其中的指令内核能够和8051实现完美的兼容。脉冲源控制回路主要是将C8051F310单片机中的定时器0以方式1编程有效利用起来，应用中断的模式。针对25 MHz晶振，通过16位定时器0的最大定时为几十ms。通常来说，因为定时脉冲宽度通常只有几μs，所以采用1μs定时之后，6 s的周期只需要600万次的终端；而在脉冲宽度4μs时，对应的高电平则应当中断4次。程序采用模块化的设计思路，主要包括测量子程序、初始化子程序、中断服务程序、与主控机的通信子程序等。

3 实际使用

首先，在变电站（线路首端）位置，依次将高压脉冲信号注入到A、B、C对应的位置，同时在注入点位置针对注入信号与发射信号进行检测，通过行波法对故障相进行检测，同时计算故障点距离信号注入点的距离，可判断故障分支，最后通过手持探测器来准确定位。

整个定位过程主要分为两步：

（1）定位故障分支：所谓故障分支指的是电网当中出现故障的两个节点之间的线路，例如，图5中CG线路段即为故障分支。如图5所示，O点属于信号的注入点，根据行波法计算故障点距离信号注入点距离4 500 m，可判断出故障点发生在C点下游，手持探测器在C点分别探测CH和CG两条分支有无信号。探测到CG分支有信号而CH分支无信号，那么故障分支即为CG分支，且故障点距离C点大约1 000 m。

（2）定位故障点：在判断完故障分支之后，采用二分法来确定详细的故障位置。直接到距离C点1 000 m处使用手持探测器开始沿线检测，每次检测均从中点开始向两边巡检。如果探测器报警，则表示故障位置应当在下游，反之则表示故障位置在上游，如此，只需要两次就能够准确定位故障点。

图5 故障位置描述图

4 结 论

本文讨论的故障定位措施具有可靠性与通用性良好的优点，属于一种主动定位法，可用于10 k V配电线路单相接地故障的定位，能帮助线路维护人员快速找到故障点。然而由于配电网的线路非常长，并且分支也非常多，分布的电容量也相对较大，电容分流的现象很常见，一旦过渡电阻在3 kΩ以上，则该方法不再适用。

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