配网自动化系统小电流接地故障定位方法分析

罗勇

摘 要：电力工程建设是我国现代化建设中的重要组成部分之一，对我国现代化生产有着重要的影响。小电流接地故障是配网自动化系统中的常见故障，影响着配网自动化系统的运行能力。从小电流接地故障的暂态过程入手，对配网自动化系统小电流接地故障的定位方法进行了简单分析，以期为降低电网运行过程中的风险因素和提升电网运行管理能力提供参考。

关键词：配网自动化；小电流接地故障；故障定位；辐射型接线

中图分类号：TM76 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.05.131

故障定位是配网自动化DA（Distribution Automation）中的关键功能，通过系统分析，可进一步缩小可能出现故障的范围，提高故障处理效率。然而，中心点不接地与经消弧线圈接地配电网的单相接地故障具有故障电流不明显、故障原因不稳定的特点，会导致DA系统难以实现电流接地故障定位。本文以此为基础，对配网自动化系统小电流接地故障的定位方法进行了分析。

1 小电流接地故障的分段定位原理

1.1 辐射型接线方式

配电网具有开环运行、闭环设计的基本运行管理特点，要求配电网能在不同路线连接开关，形成一个个的环状结构。在常规运行模式中，双电源连接断开时，由变电站引出的配电线路开始开环运行，形成一个具有单电源辐射线的结构。本文统计了其基本结构形式，具体数据如图1所示。

1.2 故障选线与定位

如果线路属于非有效接地系统，且出现了小电流接地的故障，则非故障低电压会转化为线电压。尤其是出现间歇性弧光接地时，中性点释放电荷的通路不足，会导致弧光接地过电压，容易对线路的绝缘性能产生威胁，进而提高相间短路的概率。因此，在电网管理过程中，必须在最短的时间内找出存在故障的线路，并尽早排除故障。

相关资料指出，为了进一步提升电网故障的检测能力，可在配电网线路中设置多个故障监测点，并以相邻的故障监测点为边界划分线路区间。但从正常的管理内容看，故障检测点的区间长度越短，检测结果越精确。因此，管理人员可根据配电网线路的长度，合理设置故障检测点。

1.3 获取小电流节点故障信息

1.3.1 中性点不接地系统故障

当单电源辐射结构线路发生小电流节点故障时，零序电流量具有一定的不稳定性，这一特点导致线路端母线无法准确判断故障分布情况。同时，配电网支路线路数量庞大，且传输距离较远，导致无法在配电线路中应用人工巡线的故障检测方式。

对于中性点非有效接地系统，假设当线路A点出现单相接地故障时，相当于在A点上介入了零序电压源。此时，A点整条线路的感抗较低，零序电压在整条线路的取值基本相同。从理论上讲，此时的非故障线路零序电压为0.

1.3.2 消弧线圈接地系统故障特点分析

在电网运行的过程中，消弧线圈具有补偿作用，因此，对于中性点经消弧线圈接地系统而言，存在健全线路电流幅值大于零序电流的情况。在此条件下，当线路发生接地故障时，电网将允许配电网自动化运行，但运行时间不能超过2 h。

2 小电流接地故障分区定位

在长距离单电源辐射结构线路上设置负荷开关时，主干线上一般会设置2～4个开关。如果该地区负荷较为密集，则每1 000 m设置1个开关；在城市郊区或农村，可按照该地区配电变压器的容量确定开关数量，可每3 MVA设置1个开关。

在测试符合开关位置安装零序电流点的电流通过时，可根据辐射结构确定线路的支线和干线，并将其划分为不同的测试区。故障分区后，可采用特定装置采集各个开关零序电流的实际分布数额，以进一步识别故障线路。

图2为典型单线源辐射结构线路分区形式。从图2中可以看出，不同的负荷开关将整个线路划分为了多个区域。

小电流接地故障分区的划分原理与线路分段的原理基本一致，通过各个监测点的数据，可描述零序电流测点节点的信息，并显示不同节点之间的关系。

3 故障定位物理模拟

3.1 故障定位模拟实验

结合国家相关规定和10 kV配电网模拟平台，对故障定位系统进行了故障模拟实验。模拟基本模型数据如图3所示。

由上述数据可知，故障点路径为根测点，则故障路径标示向量中的最后非零元素序号为1. 结合相邻矩阵S中的数据，判断故障段起始节点为测点0，测点1为测点0的子节点。因此，判断故障区间为[0，1]。

3.2 小电流接地故障定位系统

郑顾平通过建立小电流接地故障定位系统，有效判断了电流故障区间，起到了良好的区间判断效果。本以此为基础，对小电流接地故障定位系统进行简单分析。

3.2.1 移动型小电流故障分析系统的实现

结合输电系统广域测量技术，提出了配管广域测量方法，其基本流程为：①设置2台能实现同步测量电流的装置，一台安置于变电站，用于采集母线零序电压信息，另一台安置于输电线沿线，用于采集电流信号。②2台装置上均设有GPS卫星系统，可根据GPS信号标准脉冲及时采集信号，统计电压信号和电流信号，并记录同一时间内的GPS相位。但在实际测量工作中发现，由于不同地区所接收到的脉冲差<1 μs，因此，在统计GPS秒脉冲信号时，应以上升信息作为触发信号，保证电流采样与信息处理工作能够同时进行。③通过CSD网络，将存在GPS内的电压信息传输到线路零序列电流测量段，记录不同时间段内测量段的电流位信息，并通过比较得出故障区间的相对数值。

3.2.2 固定型小电流故障分析系统的实现

固定型小电流故障分析系统的具体建设方案为：①设置2台能实现同步测量电流的装置，一台安置于变电站，用于采集母线零序电压信息，另一台安置在输电线沿线，用于采集电流信号，但在相关线路上需设置多个测量点；②采用GPS卫星定位系统，记录不同测量点的秒脉冲信号，并通过FFT计算得出电压、电流信号在GPS系统中的相位；③建立信息服务端，按照要求将服务端分化，并根据分化例数计算故障区间。

4 结束语

在电力工程建设的过程中，配网自动化系统的作用越来越明显，其故障对整个电网的影响越来越大。本文简单分析了配网自动化系统小电流接地故障的定位方法，从上述方法的分析内容和实际应用效果看，具有一定的可行性。但从本次的研究结果看，多元化新技术的应用已成为电网管理的新方式，传统的单一计算、故障区间管理已无法满足电网故障处理的需要。因此，在未来的电网运行管理中，相关工作人员要有效结合现代信息技术与电网管理新条例等多方面的内容，采取有效的解决措施，将潜在风险因素控制在合理范围内，以获得更好的电网管理效果。

参考文献

[1]郑顾平，杨以涵，李刚，等.配网自动化系统中小电流接地故障区段定位方法[J].中国电机工程学报，2012，32（13）：103-109.

[2]黄哲洙，张惠汐，饶志，等.基于暂态分量遗传算法的小电流接地故障定位方法[J].电力系统保护与控制，2014，42（01）：34-39.

[3]高勤有.小电流接地故障定位方法及其应用研究[J].河南科技（工业工程与技术），2014，15（08）：24-25.

[4]薛永端，徐丙垠，李天友，等.配网自动化系统小电流接地故障暂态定位技术[J].电力自动化设备，2013，33（12）：27-31.

〔编辑：张思楠〕

Abstract： Power engineering construction is one of Chinas modernization is an important part of Chinas modernization of production has an important impact. Small ground fault current distribution automation system is a common fault， affecting the ability to run distribution automation systems. Small transient ground fault current to start， for distribution automation systems for small current grounding fault location method for a simple analysis， in order to provide a reference for the process of grid operation to reduce risk factors and improve the power grid operation and management capabilities.

Key words： distribution automation； small current grounding fault； fault location； radiation type terminal