数字化接地故障定位装置在10 kV配电线路故障处理中的应用

仲 赞，蒋丰庚，刘腾柱，李 健

(1.国网浙江省电力有限公司双创中心，浙江 杭州 310052； 2.国网湖州供电公司，浙江 湖州 313000)

随着科学技术的发展，我国的线路接地故障定位技术有了很大进展，已在10 kV线路故障处理中得到了广泛的应用。线路接地故障定位技术可快速修复故障，有利于10 kV配电线路的稳定运行[1-2]，但也存在故障处理流程不清晰、故障查找装置体积大不方便移动、故障查找装置与电力内网数据不能贯通等问题。本文详细介绍线路接地故障的处理流程，并用典型案例讨论使用数字化故障定位装置后的抢修过程痕迹化管控助力管理情况，有利于解决检测数据在电力内外网的导入导出问题。

1 10 kV配电线路接地故障原因分析

10 kV配电线路运行故障中接地故障比较常见，但接地故障的产生会带来较大的影响，导致变电设备的运行稳定性受到破坏。通过对配电线路接地故障问题的分析可知，主要原因如下：首先，线路老化严重使绝缘体无法发挥出相应的作用，难以起到良好的效果，在比较恶劣的环境中，导线会与环境产生一定的作用，导致故障；其次，在线路运行中产生了电容突然变大的情况，电压相比正常状态小而电流比较大，使导线被影响而产生故障[3]。

2 10 kV配电线路接地故障处理情况

配电线路发生单相接地故障时，我国电力行业的《电网调度规程》中明确可以允许继续运行不超过120 min。这主要用于查找故障，拉路会扩大停电范围，不满足优质服务的需要。停电对于用户的用电质量有很大影响，对于供电企业也是一项严重的经济损失。

2.1 接地故障原因分析

整合近三年来接地故障排除及处理记录，统计得到发生接地故障的原因如下：线路单相故障、瓷瓶炸裂、避雷器故障、引线烧断、变压器绝缘故障、断线故障、绝缘损坏、保险遭雷击等。

2.2 接地故障处理流程

在处理接地故障时，主要流程是单相接地故障发生、调度监控报警、拉路确定接地故障回路、故障隔离、确定故障点、排除故障投入运行等，如图1所示。

图1 10 kV接地故障处理流程图

根据发生单相接地故障后的各分项所需时间，对流程中各分项的平均时间进行统计，结果如表1所示。

表1 故障处理分项平均时间统计

由表1可知，在排除故障的整个过程中，查找故障点和处理故障所需要的时间最长，特别是不明显的故障所用时间最长，隐形的接地故障也是配网线路接地故障处理时间长的主要原因。

影响配电网接地线路故障查找时间的因素具体如下。

(1)不能在最快时间内缩小故障查找范围，大范围大面积地查找故障点。

(2)未实现配网自动化，巡视的时间过长，投入的人力、物力过大。

(3)未与用户建立良好的沟通机制，常常是无目标地查找故障点，造成时间的大量浪费。

(4)接地选线信号可靠性差，准确率低。

3 数字化接地故障定位装置的具体应用

3.1 接地故障查找所需的电源

线路发生接地故障后，是在停电状态下进行接地故障查找。由于没有外接电源，需要解决所用仪器的用电问题，而合理的方法是采用电池供电，但必须解决电源转换过程的高效和微功耗。采用可充电大容量锂电池12 V、3 000 mA·h单体，利用微功耗信号处理电路，智能化控制，使其输出功率最大化，损耗最小，有效功率高达97%以上，保证了10 h以上稳定功率输出，使装置在现场应用满足了长时间测试，不需要自带发电机[4]。

3.2 装置信号源与测量故障

装置除有效利用超低频信号合成外，主机还配置摇表验证功能，使现场还能进一步验证线路的绝缘状态[5]。

现场测试时，主机除了向故障线路注入一定频率与功率的超低频信号外，还专门开发一种电子高压电阻测量回路，达到电子摇表验证功能，使现场高阻抗接地故障也可以进行测量。电子高压电阻摇表测量可以达到试送电验证效果，使测试效率大大提高。

3.3 无线信号的采样与接收

采用Wi-Fi接收发送模式，保证测量的安全。低频信号通过大地注入架空线路后，接地故障的接地电阻所产生的低频电流通过感应测量后，利用Wi-Fi接收发送模块、装置内置地址和专用编码保证了完全隔离和自动无误接收[6]。

4 接地故障定位装置的实现

变电站发生单相接地故障时，利用电子技术、通信技术、计算机网络技术，实现配网系统的监测、保护和控制。在线路发生故障的区段，利用接地故障点巡查装置，可精确定位出故障点(≤1 m)，以便迅速排除故障，恢复供电[7]。

利用故障诊断系统可以初步确定单相接地故障区段，通过测试信号发生装置向故障线路的故障相上发送一个具有一定功率的异频信号，通过手持信号检测装置沿故障线路进行巡视检查，采集器采集到配电线路上的异频信号消失不见(或出现)的地方即为单相接地故障点，可通过此接地故障定位装置实现配电线路单相接地故障及相间短路故障诊断和故障点精确查找。

配电线路故障点巡查精确定位系统设备采用二分法原理，可以准确快速定位单相接地故障点位置，不需要全线巡查，适用于地形复杂、线路长、交通不便等区域，缩短了故障查找及处理的时间，提高了配网供电可靠性。

5 应用案例

根据厂家提供的接地故障查找装置检查数据结果的国标要求，结合配电电力检测业务及作业需求，通过企业内部讨论确定检测数据通信规约，考虑安全性及传输效率等原因，采用有线USB挂载方式，将接地故障查找装置作为移动硬盘挂载。目前已在运检管控APP和供电服务指挥系统上实现。

故障现场的基本概况，故障线路从灵溪南水1号杆变压器到蒲亭330线68号杆，该地区故障线路共68根杆，总长约17 km。单相接地故障已经持续发生1 h，目前该线路处于停电状态，未找到接地故障点。

查找过程如下。16:05前往10 kV水尾D703配电线路进行接地故障查找工作。16:35使用数字化接地故障查找装置接入南水变1号杆变压器的裸露线路上，主机置于变压器下方地面上。

数字化接地故障查找装置现场如图2所示。

图2 数字化接地故障查找装置现场使用图

在保证装置接地牢靠的情况下，开启主机把档位开关切到异频电流，按下确定键后装置显示异频电流39.8 mA，此时可判断该线路发生接地故障，如图3所示。

图3 数字化接地故障查找装置设置

开启信号采集器和信号接收器，分别测试1号杆信号注入点大号侧电流，A相电流为39.5 mA，B相电流为0 mA，C相电流为0 mA，此时可以判定为A相接地，B、C相并未出现接地的情况，并且接地点应在线路后端。

16:40利用装置二分法排查原理，使用采集器在29号杆(该杆是接入南水头变压器支路的接点)两侧接入(见图4)。29号杆小号侧A相电流为39.5 mA、B相电流为0 mA、C相电流为0 mA，29号杆大号侧A相电流为39.7 mA、B相电流为0 mA、C相电流为0 mA，判定接地故障点在29号杆大号侧，于是驾驶工程车往前方线路继续查找。

图4 采集器现场安装图

16:50在36号杆两侧接入电流采集器，36号杆小号侧A相电流为39.5 mA、B相电流为0 mA、C相电流为0 mA，36号杆大号侧A相电流为0 mA、B相电流为0 mA、C相电流为0 mA，判定接地故障点在36号杆大号侧。

在36号杆所测得电流为A相瓷瓶两侧，此时可判定接地点为A相瓷瓶击穿所引起的接地故障。随后线路抢修人员对瓷瓶进行绝缘测试，确定是瓷瓶击穿。

类似这种故障很难通过肉眼观察外观来判断零件好坏，而使用本装置能快速定位到接地故障点，整个接地故障查找用时约1 h，效率相比未使用该装置提高了约3倍。

6 结语

本文设计了能贯通电力内外网的数字化接地故障定位装置，在配电运行方面，该装置不仅能快速精准地定位故障点，并能实现抢修过程痕迹化管理，提升了管理水平。同时，通过贯通内外网数据，解决了数据导入导出问题，减轻了基层人员工作负担，提升了工作效率。