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配電網(wǎng)單相接地故障測距方法探討及應(yīng)用
姚益杰
(國網(wǎng)浙江杭州市余杭區(qū)供電有限公司 ，浙江 杭州 311199)
摘要：介紹了配電網(wǎng)系統(tǒng)線路單相接地故障原因 ，探討了國內(nèi)外配電網(wǎng)單相接地故障研究現(xiàn)狀，結(jié)合我國配電網(wǎng)系統(tǒng)的供電可靠性和電能質(zhì)量的要求，提出了“選線+鎖段+定位”的接地故障測距方法，并在余杭某配電線路進(jìn)行了 驗(yàn)證，取得了良好的效果。關(guān)鍵詞：單相接地；測距 ；定位
0 引言 我國配電網(wǎng)主要以小電流接地方式為主 ，其優(yōu)點(diǎn)是發(fā)生單相接地時(shí)故障電流較小，能保證人員和設(shè)備的安全；缺點(diǎn)是發(fā)生接地故障時(shí)故障電流較小，不易采集，無法直接參與故障測距的判斷。配電網(wǎng)中最常見和最易發(fā)生的是 單相接地故障，占配電網(wǎng)線路故障的85%。因?yàn)槠洚a(chǎn)生的原因很復(fù)雜，對運(yùn)行設(shè)備和用電設(shè)備的影響較大，所以本文探討了單相接地故障的測距方法，以快速選擇出故障線路，準(zhǔn)確定位故障點(diǎn)。
1 配電網(wǎng)單相接地故障原因 配電網(wǎng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，配電線路會(huì)對大地直接放電 ，從而造成巨大的電能損耗，存在一定的安全隱患。單相接地故障不僅影響用戶側(cè)的供電可靠性，還增加了人力和物力損耗，造成不必要的經(jīng)濟(jì)損失。由于基層運(yùn)維人員的技術(shù)水平和能力有限，供電公司又欠缺有效的技術(shù)手段和解決方法，無法實(shí)現(xiàn)單相接地故障的預(yù)防、快速定位和自動(dòng)切除，因此使得配電網(wǎng)單相接地故障的定位問題成為配電網(wǎng)的技術(shù)難題。本文對當(dāng)前的單相接地故障文獻(xiàn)進(jìn)行了梳理，對配電網(wǎng)供電線路的運(yùn)行現(xiàn)狀進(jìn)行了調(diào)研，總結(jié)出配電網(wǎng)單相接地故障發(fā)生類型及原因。(1) 天氣因素。強(qiáng)風(fēng) 、雨雪、雷電等天氣狀況，使架空線路出現(xiàn)斷線 、倒桿和樹木對線路放電等現(xiàn)象 ，從而引
起配電線路發(fā)生暫態(tài)或永久性的單相接地故障 。產(chǎn)生的危害：造成配電變壓器高壓繞組單相絕緣擊穿；造成配電變壓器上的避雷器或熔斷器絕緣擊穿 ；造成導(dǎo)線上的分支熔 斷器絕緣擊穿 、絕緣子擊穿。
(2) 設(shè)備因素 。設(shè)備自身故障和絕緣體老化未及時(shí)發(fā)
現(xiàn)或更換，導(dǎo)致線路的機(jī)@強(qiáng)度和絕緣水平降低，從而出 現(xiàn)配電線路單相接地故障I產(chǎn)生的危害：造成絕緣子擊
穿、配電變壓器高壓引下線斷線等設(shè)備故障；引發(fā)電纜自燃、火災(zāi)事故；停電范圍、時(shí)間被擴(kuò)大，造成不必要的經(jīng) 濟(jì)損失。
(3) 人為因素。外部施工考慮不足 ，造成地下電纜的 機(jī)械破損，電力桿塔的撞斷或倒桿事件，從而引發(fā)配電線 路接地故障。產(chǎn)生的危害：造成供電設(shè)施損壞；造成人身 傷亡事故；破壞區(qū)域電網(wǎng)的系統(tǒng)穩(wěn)定，造成不良的社會(huì)影響。(4) 動(dòng)態(tài)因素。在配電線路規(guī)劃 、設(shè)計(jì)之初，未充分考慮城市的發(fā)展和人民用電需求的擴(kuò)大，使得用電負(fù)荷的分配、線路的接人等變得無序和不可控；隨著時(shí)間的推移和城市的不斷壯大，導(dǎo)致用電負(fù)荷分布和電源點(diǎn)分布不均衡，致使線路長時(shí)間處于過載運(yùn)行狀態(tài)，從而發(fā)生接地故障。產(chǎn)生的危害：線路發(fā)熱燒斷 ；縮短線路的使用壽命 ；產(chǎn)生高幅值的諧振過電壓，危及變電設(shè)備的絕緣 、擊穿絕緣子 ，造成更大的事故 。
2 單相接地故障測距研究現(xiàn)狀 按照配電網(wǎng)的建設(shè)程度和發(fā)展實(shí)際，國內(nèi)對配電網(wǎng)單相接地故障測距的研究可簡化為三個(gè)階段 。初期 ，針對配電網(wǎng)單相接地故障的分析和定位困難的問題，各電力科研院所和高校學(xué)院進(jìn)行了大量的理論分析和試驗(yàn)室仿真驗(yàn)證 ，但實(shí)際應(yīng)用效果不理想 。配電網(wǎng)單相接地故障發(fā)生的次數(shù)和概率依然很高，故障定位仿真值與實(shí)際故障位置相差較遠(yuǎn) ，不能有效指導(dǎo)單相接地故障的排查 。加上配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)各異、運(yùn)行環(huán)境和工況多變 ，僅通過各種數(shù)學(xué)模型的搭建及新型算法等理論分析和仿真 ，無法從根本上解決配電網(wǎng)接地故障的定位和故障排查。中期 ，隨著配電網(wǎng)自動(dòng)化水平和智能化技術(shù)的提高 ，為配電網(wǎng)線路單相接地的定位提供了良好的技術(shù)手段。在配電網(wǎng)系統(tǒng)的故障選線方面 ，能準(zhǔn)確定位故障線路 ，縮短運(yùn)維人員的故障排查時(shí)間，但對于故障點(diǎn)位置的定位 ，尚無切實(shí)可行的方法 ，仍需人工巡線來排查故障。近期 ，在深人研究小電流接地配
電網(wǎng)單相接地故障時(shí)電氣量特征和故障特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，提出了工頻注人法、阻抗法和行波法等故障測距方法，可快速分析和縮小故障排查范圍，提高故障定位的精度，縮短故障排查時(shí)間 。但這些故障測距方法不具普適性 ，因此配電網(wǎng)單相接地故障的研究仍需投人大量的人力與物力。
3 配電網(wǎng)單相接地故障測距 本文在總結(jié)國內(nèi)外研究成果的基礎(chǔ)上 ，提出了“選 線+鎖段+定位”的接地故障測距方法 。
第一步，利用目前智能化故障指示器的動(dòng)作情況和報(bào) 警信息選擇出故障線路 。配電網(wǎng)改造和建設(shè)中絕大多數(shù)地
區(qū)的配電線路均安裝了故障指示器 ，在線路出現(xiàn)故障時(shí)短 路電流會(huì)使故障指示器動(dòng)作，并自動(dòng)翻牌和發(fā)信至配電監(jiān) 視系統(tǒng)主站 。如圖1所示 ，當(dāng)配電網(wǎng)線路發(fā)生接地故障
時(shí) ，根據(jù)配電監(jiān)視系統(tǒng)的故障指示器的動(dòng)作信息和線路斷 路器的狀態(tài)變化情況，可快速判斷接地故障線路為出線3 。
圖1 配電網(wǎng)故障線路示意圖
第二步 ，利用電壓-時(shí)間型斷路器與分段開關(guān)的配合
邏輯來迅速鎖定故障區(qū)段。通過線路電壓與故障時(shí)間的保護(hù)配合邏輯 ，閉鎖故障點(diǎn)相鄰的斷路器為分位 ，并重合非故障區(qū)段內(nèi)的斷路器，從而實(shí)現(xiàn)故障區(qū)段的隔離與非故障區(qū)段的復(fù)電 。如圖2所示 ，當(dāng)線路3發(fā)生單相接地故障 時(shí)，故障點(diǎn)相鄰的斷路器C2 、C3迅速分開 ，使故障區(qū)段被迅速隔離且非故障區(qū)段的斷路器經(jīng)重合閘恢復(fù)供電，從而鎖定故障區(qū)段b 。
圖2 配電網(wǎng)故障區(qū)段選擇示意圖
第三步，通過人工巡線的方式查找故障區(qū)段內(nèi)的明顯 故障點(diǎn) ，直接定位故障源 ；或利用專用信號(hào)發(fā)生設(shè)備向故
障區(qū)段注人特定(225Hz)電流信號(hào)，通過檢測故障線路的 電流返回值查找故障點(diǎn)的位置 ，如圖3所示 。
圖3 單相接地故障點(diǎn)定位示意圖
4 實(shí)際應(yīng)用 為了驗(yàn)證本文提出的“選線+鎖段+定位”接地故障測 距方法的有效性，選取了余杭地區(qū)某配電網(wǎng)的5條配電線 路作為試點(diǎn)區(qū)域 。首先在試點(diǎn)區(qū)域搭建了配電監(jiān)視系統(tǒng) ，在線路上安裝了故障指示器、電壓-時(shí)間型斷路器與分段開關(guān) 。其次任意選取一條配電線路 ，預(yù)先在設(shè)定區(qū)域進(jìn)行人為單相接地故障試驗(yàn)，并采集故障線路的零序電壓與電流(波形如圖4所示） ，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了總結(jié) ，編寫了相應(yīng)的定位方法和測試方案。最后經(jīng)過半年的試運(yùn)行 ，證
明了本文提出的測距方法的有效性 。
圖4 故障線路零序電壓與電流波形圖
5 結(jié)語 配電網(wǎng)單相接地故障測距精度的提高，能改善配電網(wǎng) 現(xiàn)狀和促進(jìn)配電網(wǎng)系統(tǒng)的健康發(fā)展 。本文根據(jù)配電網(wǎng)單相接地故障的特殊性和技術(shù)難點(diǎn)進(jìn)行針對性分析 ，并提出“選線+鎖段+定位”的接地故障測距方法。通過在余杭某配電線路上應(yīng)用該測距方法 ，準(zhǔn)確找到了故障點(diǎn)的位置 ，并快速將故障區(qū)域進(jìn)行了自動(dòng)隔離 ，證明了該非法的有效性。
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