中性点不接地系统单相接地故障定位系统的研究

郭玉秀

（铜陵学院，安徽 铜陵 244000）

在中国，城镇乡村的电网分配电力系统中，常采用中性点经消弧线圈来接地、不接地、通过大电阻接地三种方法.在中国的分配电力网中，大多采用通过消弧线圈接地的方法，而中压分配电力网大都通过中性点不直接接地的方法.故障定位的研究方法十分复杂，可将其分为两个部分，即通过故障线路进行线路的选择和故障线路的位置确定.

1 交流法的定位研究

将分配电力网中，交流故障定位的原理是：在供电线路中出现单相接地故障以后，通常采用的是在电停下来以后，将交流信号输入到出现故障相处，然后用可探测交流信号的仪器，利用二分法顺着线路查找故障处，直到搜寻到故障的位置结束.此处提到的交流输入信号选用频率为60Hz，可有效避免工频磁场噪声的影响.

1.1 有效性分析

1.1.1 线路分布参数的影响

线路分布参数的影响：a)进行采样的频率会对距离测量结果以及交流位置的准确定位的分析结果会产生一定的作用.b)电力网上每一单位长度的阻值、电容大小、电感值，将其用作已知的参量进行预算，结果可能会受周围环境的影响.

1.1.2 仿真计算

参数如下：正序电阻R+=0.0208Ω/㎞，零序电阻R0=0.1148Ω/㎞，正序电感,L+=0.8984mH/㎞，零序电感L0=202886mH/㎞，正序电容C+=12.9uF/㎞，零序电容C0=5.2uF/㎞.相对的误差将其认为为ei=（D—x）/l，绝对的误差将用Ei来表示，具体为Ei=D—x，其中D为真正的发生故障情况的距离，x为所测量的距离.

图1-2和图1-3说明，对于实线，说明m端的电压顺着线路的分布情况，对于虚线，说明n端的电压顺着线路的分布，唯一交点将其称为故障点.对于过渡电阻比较大的出现故障的地方，同样可以取得很高的准确度.

1.1.3 有效性分析

图1-1 三相短路两端电压沿线分布曲线

图1-2 相间短路两端电压沿线分布曲线

图1-3 单相接地两端电压分布曲线

图1-4 交流信号注入原理图

如上图所示通过向电力线路的首端A注入电流信号（100mA、60Hz），如图1-4所示.首先找出出现故障的一些可能分支BE、BD分支将在子支路B处进行检测，假设在BE处没有检测到信号，再对CD分支进行作用，如果CD分支无电流经过，而在C点处出现了比较小的电流，由此认为BC支路故障支路.接着顺着BC支路监测，如果测得故障线路前的电流与故障线路后相差较大，而且前者大于后者，即可以找出故障点F.

1.3 小结

将故障线路从线路中进行分离（如图1-5所示）.

图1-5 停电后接地故障相等效电路

对于C相而言，出现接地故障后，这股电流仅仅顺着C相线路进行流动，然后通过接地点进入大地，由此可以确认F点即为出现错误情况的点.则停电后故障的相的等效电路如图1-6所示，Zc为线路容抗，Rg为接地过渡电阻.

图1-6 停电后故障相的等效电路

针对上述分析可以得出：交流法的使用情况跟过渡电阻的大小有直接的关系，较小时，交流法有效；较大且整个输电线路较长，交流法可能失效.

2 交直流综合法及直流法

2.1 直流电位法

2.1.1 直流电位法

图2-1 直流信号注入法示意图

直流信号注入法定位（见图2-1），就是在离开线路的状态下，将直流的信号输入到故障线路，然后接下来人工利用直流的检测仪器，顺着线路一步步地进行登杆测试.

2.3 交直流综合定位法

方法如下：

a)对于故障相位和非故障相位，输入一样的交流电流信号，然后来计算每一相的电压数值.

b)通过不同的接地电阻，进而进行选择交流信号的输入方式以及检测方法；

c）利用变电站，向线路尾端对电力输电线路上的节点来运用拓扑研究，检测直流检测点；

d)输入所需要进行确定的交流信号，运用交流研究的方式，来进一步锁定微观出现错误地方的范围端.

2.4 ATP仿真验证

对图2-2所示的是某地方10KV的分配电力线路图（视为三相对称电路）.0.0191uF/km为选取本线路的参考的电容大小，如图所示：F1、F2为故障点；D1～D10为检测点；其他数字代表线路长度，km.

图2-2 某地10KV线路517分支情况

2.4.1 故障点1，设定接地电阻3KΩ

对于1、2、3、6的正常分支，在向其输入0～85mA电流时没有出现报警的现象，可认为微观故障线路为检测点6的周围附近.对于图2-3，在出现故障点前，输入电流多于85mA时出现报警的现象，在出现故障点后输入0～85mA时没有出现报警的现象，可以确定出故障点1的位置.

图2-3 故障点1前后电流仿真波形

2.4.2 故障点1，设定接地电阻为10KΩ

运用直流试验法（如图2-4所示），在需要测试点1的出现状况的分支上出现了直流信号，由此来锁定宏观出现故障的范围.针对该范围运用上述的交流信号输入的方法来确定故障分支6.

图2-4 检测点1电流仿真波形

2.4.3 故障点2，设定接地电阻为20KΩ

对于检测点2而言，每一条分支线路没有直流信号的出现，可以大致认定宏观出现故障点在变电站和监测点1之间.对于7、8、9、10四个检测点而言，在系统输入0～45mA电流的范围内都没有报警现象，可以得出微观故障线路大概幅度：它处于检测点2与变电站之间的主要的线路之间徘徊.

2.5 小结

直流法可以有效地解决分配线路中的分布电容和接地过渡电阻对线路的干扰，分配线路的长度问题不需要考虑.缺点是直流信号的捕捉比较复杂，需登杆测试.交直流综合法，利用信号容易测量的交流法和直流法的精确相结合，进而完成了这两种方法的优势互补，使故障位置确定的精确性得到提升.

3 基于零序电流相量比较的定位方法

3.1 零序电流相量比较法

方法判据如下：

a)零序电流的相位判据.利用图3-1作为一个标准，在A0A1A2A3F出现错误情况的配电网路线上，零序电流与零序电压有一定的相位关系（相差90o）；在A1A6、A2A7的非错误子支路还有A4A5的出现错误情况点的配电线路上，没有出现错误情况的配电网路线上的零序电压与零序电流也有一定的相位关系（相差90°）.

图3-1 故障线路接线图

b)零序电流的幅值大小判据.顺着配电网线路的正方向来进行研究，一点点变多的是出现错误状况路线中的零序电流，而且在出现故障状况点前，对于零序电流而言，已经达到了高峰值.

3.2 仿真与实验

所采用的数据如下：120km为未故障线路长度之和，18km为出现故障电力线路全部长度，3km作为各支路的线路长度.进行ATP仿真如下：

观察到在A2点处，各自出现经过金属接入到地、经过2KΩ电阻直接接入到地时，经过仿真系统，算出仿真结果如下表3-1所示：

表3-1 各点零序电流幅值及与零序电压之间的相位

经过这些数值对比，说明顺着出现错误情况的线路上慢慢加大的是零序电流，达到高峰是在出现错误情况的点前，慢慢降低的零序电流是在出现错误情况点后.

3.4 小结

充分利用单相接地故障本身所产生的工频信号，来进行位置确定，并将零序电压和零序电流两者的相位作为判据引入到定位系统，将其与幅值判据综合起来应用，提高了该方法的适用范围.