配电网常见单相接地故障分析与定位研究

杨洋 周丽筠

摘 要：10kV配电网线路分布广、地形复杂、气候环境多变，大多架设在野外，运行环境恶劣，雷电、大风以及暴雨等外力破坏造成故障的几率比较高。而在故障发生后，由于线路长而且分布广，采用传统的推拉线路和人工沿线观察的方法，很难快速准确地查出故障点，如何有效的找到接地点，去分析故障原因非常有必要性的意义。

关键词：配电网；接地；定位；查找

中图分类号：TM72 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2018）16-0062-02

Abstract： The 10kV distribution network has wide distribution， complex terrain， changeable climate environment， mostly installed in the field， the operating environment is harsh， lightning， strong wind and heavy rain and other external force damage caused by the probability of failure is relatively high. After the fault occurred， because of the long and wide distribution of the line， it is difficult to find the fault point quickly and accurately by using the traditional method of push-pull line and observation along the artificial line， and how to find the location of the connection effectively. It is necessary to analyze the cause of failure.

Keywords： distribution network； grounding； location； search

引言

我国10kV配电网系统主要采用中性点不接地或中性点经消弧线圈接地，也被称为小电流接地系统。在这种小电流接地系统中，由于中性点没有有效接地，发生单相接地故障后，故障信号微弱，使得故障点的自动化定位很困难。而单相接地故障在小电流接地系统发生的故障中占到了80%以上，因此，解决如何快速定位单相接地故障点，对于配电网的安全经济运行起着至关重要的作用。

1 配網中微电网介绍

目前研究配网接地策略的学者众多，迫切需要能够针对不同类型接地故障采用相应的策略提示工作人员进行故障点定位，从而可以实现装置操作简单、故障点定位快速准确，使装置具有较强的实际应用性的目的，使其应用于实践协助供电公司查找单相接地故障。使故障点定位更加智能化且大幅度降低了工作人员的劳动强度，缩减了故障排除时间，可以显著提高供电公司的经济效益和供电质量。

要实现微网孤岛运行时的最大负荷支撑，首先要做到微网中微电源的合理配置。微电网重构与传统配电网重构的最大不同之处在于配电网通过上级电网取得电压与频率的支撑，而在微电网孤岛重构中，我们需要依靠微电网自身的分布式电源来达成这一目标。微网分布式电源种类繁多，特性各不相同，如何合理配置各种分布式电源以达到优化目标是首先需要解决的问题，包括微网的功率平衡问题，频率及电压支撑问题，敏感性负荷的不间断供电问题等，即进行微网独立运行时的组网规则研究。

2 单相接地故障类型现场情况的调研

要检测单相接地故障，就要追根溯源，了解现场单相接地故障的实际类型是什么样子，从而建立过渡电阻检测模型，从本质上解决这个问题。通过广泛阅读资料和文献，发现很多现有理论性的研究对象大多集中在金属接地， 非高阻值接地；研究成果大多集中在理论仿真，使用范围不广，实用性不高的设备。归根结底就是没从实际出发了解现场单相接地情况的调研，片面的解决问题。另外，通过广泛吸收客服、中试人员和供电局外线人员的意见，结合现场调查试验。得出10kV配网单相接地的典型的代表类型有：

（1）导线经过横担和水泥杆钢筋回流大地，例如：铁丝绑在导线和横担上。

（2）导线经过水泥杆回流大地，例如：瓷瓶扎线断开，导线脱落后搭在水泥杆顶端造成接地。还有可能是绝缘损坏，瓷瓶破裂，绑线松动等。

（3）绝缘子击穿、避雷器内部故障、无功补偿电容柜的内部电流互感器对地击穿等隐蔽故障。

（4）经树枝接地和金属性接地很少。

3 配网接地装置研制存在问题

如何研制故障点定位装置，关键一点就要保证接地点的有效击穿。回顾前人设备的研制过程，思考提出想法并付诸实践的设备为什么在实际使用中销声匿迹的原因。虽然原理大同小异，归根结底有以下几个原因：

（1）现场单相接地故障类型不甚了解。大多研究金属性接地故障。

（2）没从实验角度出发进行注入信号的频率、电压、电流的确定。从本质上来讲确定参数比设备的软件和硬件设计更为重要。

（3）缺少大量的实验。要解决实际问题就要从现场发掘问题、解决问题。

接地故障巡查系统用于10kV故障线路停电后快速准确查找接地点，可以实现配网系统在出现故障的情况下的快速查找，彻底改变了巡线人员靠肉眼观察的旧局面，减小线路检修人员的劳动强度，省时省力，提高工作效率、供电可靠性和电力企业经济效益。

4 配网接地信号分析与确定

异频信号注入法的思路是：得知线路发生单相接地故障以后，在停电的状态下向故障线路注入异频信号，然后用手持信号检测装置沿线检测，先判断故障相，再根据二分法判断故障点，具体的判断策略将在第四章中进行详细的讲解。采用二分法可以成倍地缩减查找范围，实现故障点的快速定位。异频信号注入法本质上还是交流信号注入法，在选择异频信号的频率和注入信号电压电流时，需要获知线路的长度和接地故障的过渡电阻，但实际上这些参数是不确定的。由于研究者不多，行业内并未彻底弄清楚参数到底该如何设置。

有关学者曾建立了配网线路的模型，已经从理论上分析了注入信号频率大小。但这种线路模型本身是不严谨的，忽略掉了配网变压器对注入信号的影响。因此作者搭建了模拟单相接地实验环境进行了注入信号频率的确定实验。分为电容对地漏电流和模拟单相接地测试两部分。前者是测试线路特性，后者是接地测试。

5 暂态接地电流分析

暂态接地电流由暂态电感电流和暂态电容电流叠加而成，其特性根据两者的情况而定。由上面的分析可知，虽然两者的rC和rL差别不大，但其频率却相差很大，故两者不会相互补偿。故在工频状态下的失谐度、残流等概念不能应用于暂态问题的分析，通过阅读相关文献，得知暂态接地电流id为：

式中， 为接地电流的稳态分量，等于稳态电容电流和稳态电感电流的幅值之差；ICm sin？渍sin？棕t-cos？渍cos？棕fte +ILmcos？渍e 为接地电流暂态分量，等于电容电流的暂态自由振荡分量与电感电流的暂态直流分量之和，两者有可能彼此叠加，使暂态接地电流的幅值增大。

上述分析可知，系统中发生单相接地故障后，在接地点将流过衰减很慢的暂态电感电流和衰减很快的暂态电容电流。不管在中性点不接地还是经消弧线圈接地的系统中，其暂态接地电流的频率和幅值都主要由暂态电容电流确定。暂态接地电流虽然幅值很大，但其一般只存在0.5～1.0个工频周期。而暂态电感电流一般可持续2～3个工频周期。

6 常见低压系统消弧线圈补偿方法

目前在我国的110kV及以下的补偿方式分为主要有3种完全补偿、欠补偿和过补偿三种。

（1）完全补偿是指 L= C？撞，此时接地点流过的感性电流与容性电流完全抵消，接地点电流为零。这种方式可以很好地避免弧光过电压的产生，但该情况下？棕L=1/3？棕C？撞，将会致使配电线路产生串联谐振危害系统的安全，故此补偿方式不允许在系统中使用。

（2）欠补偿是指 L< C？撞，此时接地点流过的感性电流只抵消了部分容性电流，接地点将流过较小的容性电流。但这种情况下，当运行中的系统有所变化导致了电容电流变小时，则也可能会使 L= C？撞造成谐振现象的产生，故此补偿方式基本也不允许在系统中使用。

（3）过补偿是指 L> C？撞，此时接地点流过的感性电流比容性电流大，故接地点流过的电流将呈感性。这种情况下，既能有效地消除弧光过电压，还不会导致系统产生串联谐振，故此补偿方式在系统中应用广泛。可以用补偿度P来表示过补偿的程度。

一般情况下P选择5%～10%。综合以上分析：

（1）当系统使用过补偿的方式时，故障线路流过的零序电流为与系统对地电容电流相互抵消后的感性电流。

（2）与中性点不接地系统相比，过补偿方式将使故障与正常相具有相同的电流方向，使故障判断更加困难。

7 结束语

在我国小电流接地系统中，由于中性点没有有效接地，发生单相接地故障后，故障信号微弱，使得故障点的自动化定位很困难。而单相接地故障在小电流接地系统发生的故障中占到了80%以上，如何迅速找到接地问题是目前众多学者难以解决的课题，找接地点的迫切在于如何找到接地电流电压信号参数，解决这一点即可解决众多问题。

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