山区配电线路单相接地故障问题处理中故障定位系统的运用实践及意义探寻

张努努

摘 要：简要介绍了我国山区配电线路中小电流接地系统单相接地故障定位方面的内容，并阐述了其实践意义，分析了定位方式的优势和劣势，用科学的手段定位故障位置，尽可能快地寻找故障位置。建立一个准确、高速的定位系统能够最大程度地缩小和控制停电范围，缩短停电时间，减少因为线路故障而造成的经济损失。

关键词：山区配电线；单相接地；定位系统；故障

中图分类号：TM755 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.24.070

1 山区配电线路的特点

本文研究的主要对象是山区配电线路中配电网小电流接地系统单向接地故障的定位问题，主要是确定故障地点和故障区域。因为山区配电网的结构比较复杂，分支多、线路短，所以，其与长距离传输线故障信号的特点不同。要想尽可能快且准确地确定故障位置，首先要了解配电网小电流接地系统故障发生的原因及其特点。

目前，我国电力系统主要采取2种接地方式，即大电流接地方式和小电流接地方式。小电流接地方式主要包括中性点不接地和中性点经消弧线圈接地等方式。现阶段，我国所有的配电网络都采用的是小电流接地方式。

2 山区配电线路单相接地故障原因

在山区小电流单相接地的配电线路中，电容电流会随着线路的增多而增多。这样就会导致山区小电流单相接地的配电线路出现间歇电弧的可能性增大。因为间歇电弧接地导致的弧光过电压会对绝缘材料造成严重的伤害，带来极其严重的影响。接地电流过大很容易引发间歇电弧等问题。为了预防间歇电弧，应当采取行之有效的接地电流措施。现在普遍采用的是中性点经消弧线圈接地的方式。

当大电流在接地系统中发生故障时，普遍会形成零序回路，所以，能够直接运用复合序网分析电路故障。但是，对小电流接地系统而言，因为在形成零序网时，其结构中的元件是不同的，所以，不能直接利用复合序网分析电网故障。中性点的不接地系统普遍可以认为是经过容抗接地的电路系统，这种系统中的电容是由配电线路中的电缆、架空线路、电机和变压器等多种配电装置的地耦合电容组成。因此，当单相接地线路发生故障时，接地电流的分布情况往往会导致故障点的电流比中性点直接接地系统中的电流要小。假设某一条线路发生故障，则该线路的电压会降为零，电流不变。但是，其他线路的电压会提高很多，导致故障点的电流值是线路正常工作下电流值的1/2.

当中性点经消弧线圈的接地系统正常运行时，各项电压、各支路电流的情况都与中性点接地系统中的一致。如果某一个支路出现单相接地故障，那么，就会严重破坏三相电路的对称性，而线路故障地点也会出现严重的不对称性。假设某一条线路出现单相金属性接地故障，那么，相应的接地电阻也会减小，对应的故障线路的相对低电压相会接近于零。

3 山区配电线的故障定位系统

3.1 阻抗测距法

3.1.1 阻抗测距法的基本原理

阻抗测距法又被称为广义的故障分析法。在确定系统运作方式，了解线路正常工作中相关参数的情况下，当整个配电线路中某一处发生故障时，其线路两段的电压和电流都会改变，这样就能够分析出哪条线路发生了故障。阻抗测距法就是利用线路故障中测量出的电压、电流的变数，利用电压、电流的变动建立一个函数公式，再加上具体数据进行计算，从而得出故障中故障点的距离。

3.1.2 阻抗测距法的分类

阻抗测距法根据电气量可以分为时域法和工频电气量法。时域法主要是以测量电流、电压满足的微分方程的分析为基础，利用实际电流和假设电流进行相关分析，计算出故障点到测量点的电感，从而了解故障到测量点的距离；工频电气量法主要是利用故障稳定网络方程计算出故障距离。在测距方程中，主要有过渡电阻、线路对端电流、故障距离和电流这几个未知量，而根据故障稳态网络只能够列出2个方程，所以，必须要测量这些未知量。

3.2 行波测距法

在单段电气量进行测距时，利用单段行波确定故障点。假设某一点出现了故障，线路中行波的传播速度为V，发出信号的实践记录为T1，当信号达到了故障点进行反射，反射到测量点的实践记录为T2，假设故障点到测量点的距离为L，则可以根据得到的数据建立公式，即：

当线路中的某一点发生故障时，利用叠加原理可以明确故障点的电势为零，即可以理解为在故障点上施加一个与正常状态方向相反、大小相同的电压。在这个电压的影响下，故障点出现向两端传播的行波。

3.3 2种测距方式的对比

行波测距法和阻抗测距法各有优劣。阻抗测距法主要会受到故障电阻、线路结构不对称、互感器误差、零序参数分布复杂的影响，而且其测量的精度比较差，可能无法满足精度较高的配电线路故障测距需求。在高阻接地、多端电源路上不能使用此方式。此外，如果长线路大于90 km，可能无法准确测量。采用阻抗测距法具有用时短的特点，虽然其测量精度不高，但是，对长度较短且线路结构比较对称的配电线路的故障测距有明显的优势。对于行波测距法，虽然行波法使用的是相对来说精密的分布参数模型，但会受到电阻和系统运作方式等因素的影响，导致行波法存在信号识别方面的问题。在检测故障时，监测点过于靠近或者故障点的初始角为零度时，就会导致测距无效。

4 总结

在我国山区配电线路中，会因为线路老化或者自然灾害等导致线路频频发生故障。在选取检测方式时，检测人员可以配合使用这两种测量方式。当监测点过于靠近或者故障点的初始角为零度时，就会导致行波测量法失效或不准确。如果情况相反，则其为阻抗测量法最佳的测量环境。比较两种测距法，其各具优劣，在完成相关测量工作时，可以配合使用这两种测量方式，以保障山区配电线路工作的稳定性。

参考文献

[1]杨新安.一种采用双端电气量的新型故障测距算法[J].电网技术，2014，1（05）：4-5.

[2]范忠仁.高压架空线路故障测距新算法[J].中国电网学报，2014，21（22）：111-115.

〔编辑：白洁〕