基于配电自动化的小电流接地故障区段定位方法

梅 林

（国网湖北省电力有限公司黄冈供电公司，湖北 黄冈 438000）

1 小电流接地故障的特征

小电流接地故障常发生于小电流接地系统中，该故障的发生，极容易对绝缘问题造成影响。如未及时明确故障区域并对其进行处理，故障将随之扩大化，对电网的运行安全造成影响。小电流接地故障，主要包括金属性接地、非金属性接地、熔断等多种。以金属性接地为例，该故障发生后，故障相电压将无限接近于0。如工作人员发现上述异常，需重点考虑故障发生的可能。

2 配电网接线方式及小电流接地故障区段定位流程

2.1 配电网接线方式

我国配电网的接线以辐射型接线为主。因配电网的设计具有闭环的特征，不同线路通常可通过双电源连接开关相互连接[1]。一旦发生小电流接地故障，配电网的电压将随之出现异常，最终导致相间短路的问题发生。因连接同一母线的线路较多，必须自其中识别故障线路，方可及时将故障解除。

2.2 小电流接地故障区段定位流程

定位小电流接地故障区段的过程，既自与母线线路连接的众多线路中，寻找故障线路的过程，如图1所示。

图1 小电流接地故障区段定位描述

为确保定位及时准确，工作人员应首先对故障的特征进行识别，区分“中性点接地”以及“消弧线圈接地”。故障分析完成后，需随之提取其特征，以便于建立定位模型。单独依靠定位模型，难以明确故障所处的区域。因此，工作人员需通过模拟实验的方式，对故障区域进行验证。验证无误并解除故障后，需通过挂网测试的方式评估故障是否已消失。确保电网能够正常运行后，方可结束维修。

3 基于配电自动化技术的小电流接地故障区段定位方法

3.1 故障特征识别

3.1.1 中性点接地

中性点接地为小电流接地故障的主要表现，受信号衰减、噪声等因素的影响，定位较为困难。因此，为明确故障所处的区域，识别故障特征是关键。假设故障的发生点为A，故障类型以单相接地为主，则可将其视为线路中的A点接入了零序电压源。此时，有关人员可将x视为零序电压故障阈值，对A点的零序电压数值与x进行对比。如A点电压＞x，则代表可能发生了小电流接地故障。识别故障后，工作人员需立即利用配电自动化技术，对小电流接地故障的区段进行定位，进而及时发现故障的来源，提高故障解决效率。

3.1.2 消弧线圈接地

消弧线圈接地故障，同样为小电流接地故障的主要表现之一。电力系统中，消弧线圈具有一定的补偿作用。受其影响，故障所处线路的零序电流相位，一般较无故障线路相位无明显的差异。但通过对两者电流幅值的对比，则可发现零序故障电流幅值降低的问题。当配电网线路发生故障后，电网仍可继续运行，但运行时间不得超过2 h。在此期间内，电网将不断对消弧线圈的运行方式进行控制，而线圈也将不断发生过补偿与欠补偿的问题。此时，通过对零序电流相量的观察，往往可见零序电流相量的变化。

3.2 提取故障特征

为获取故障特征，工作人员需首先采用配电自动化技术，对零序电压等相关数据进行采集。采集后的数据，需经自动化系统存储至数据库之中，以备工作人员对其进行分析。上述数据采集完成后，工作人员需借助GPS以及GPRS技术，对各测点相位差的数值进行计算，计算公式如下：

式中，i代表测点编号，φ代表绝对相位，φ0代表变电站相位。通过对上述公式的计算，工作人员便可得到各点的相位差。结合所采集的零序电压等参数，便可实现对故障特征的提取。

3.3 建立定位模型

为将故障点锁定在某一区域范围内，工作人员需于掌握各项数据后，建立相应的故障分区定位模型。具体模型见图2。

图2 小电流接地故障分区定位模型

为准确定位故障区域，应首先将测点设置于负荷开关区域，将该区域的相邻矩阵设为D，将标识向量设为t，将开关处测点总数量设置为A，其余部分测点总数为B，则有A+B+1=电网全部测点的数量。以上述数据为基础，采用AFFABN对故障边界节点进行计算，便可得到故障分区的边界位置。故障边界位置为构成故障区段的主要位置，有关人员需参考该指标，通过模拟实验等方式对故障区段进行定位，以及时明确故障所处位置。

3.4 模拟实验方法

为判断以配电自动化技术为基础的故障区段定位方法的效果，需通过模拟实验的方式，判断该技术所定位的区段是否准确无误。模拟实验的过程中，有关人员可取2号线路作为测试线路，共设置2个测点，3个线路段。如以a代表起始测点，则有a=[0，1，2]，结合测点相邻矩阵进行计算后，计算结果将随即自配电自动化系统中显示。不同测点的相位差数值、相位差异提示、故障段边界节点，均为系统显示的主要内容。以上述内容为基础，对小电流接地故障区段进行定位，定位的准确性可明显提高。

3.5 挂网测试结果

某电力企业于2018年5月发生了小电流接地故障，发现故障后，有关人员立即采用配电自动化技术以及AFFABN算法，明确了故障边界节点的范围，并及时解决了故障。为判断故障是否已解除，工作人员通过挂网测试的方式，对电网的运行情况进行了分析。测试结果显示，故障解除前，1号测点的零序电流滞后，零序电压为90°。通过对2号、3号等其余测点的观察，同样可见上述现象。故障解除后，再次进行测试，工作人员未见任何异常。上述研究结果表明，配电自动化技术的应用，对小电流接地故障定位准确性的提高具有重要价值。

4 结语

配电自动化技术的应用缩短了查明小电流接地故障的时间，提高了故障定位的效率与准确度，减少了电力领域的资源浪费，为电力企业经济效益的提高奠定了基础。