10kV配电线路单相接地故障定位方法

10kV配电线路单相接地故障定位方法

曾宇航

梅州五华供电局， 广东 梅州 514400

摘要：10kV配电线路故障检测与定位技术也得到重大发展。故障检测与定位理论研究逐步深配电线路具有结构复杂、架空线路和分支线路多、沿线负荷分布不均匀等特点，发生单相接地短路时，无法在短时间内进行故障精确定位与排查。对此，将线路阻抗故障定位法应用于10kV配电线路故障检测与定位技术也得到重大发展。故障检测与定位理论研究逐步深配网线路单相接地故障的定位，利用接地电流、接地电压及相关线路参数来确定故障发生的位置。基于此，本文针对10kV配电线路单相接地故障定位方法进行分析，仅供参考。

关键词：配电线路；接地；故障；定位

引言

随着现代科学技术的持续进步，10kV配电线路故障检测与定位技术也得到重大发展。故障检测与定位理论研究逐步深入，多种故障检测、识别、定位理论相继涌现，并以此为依据研制出基于各种不同原理的故障检测、识别及定位装置，应用于10kV配电线路故障处理，有效提高了配网故障处理效率，缩短了停电时间，提高了供电可靠性。在众多技术方法中，运用配电自动化技术进行配网故障的检测与定位，并实现故障区域的隔离和非故障区域的恢复供电，成为目前我国10kV配电线路故障处理的主要方式。

1 10kV配电线路单相接地故障的产生原因
       分析现阶段的10kV配电线路单相接地故障，发现绝大多数都与调度值班人员没有在第一时间发现故障点，并进行妥善的处理有关。而造成10kV配电线路单相接地故障的主要原因主要包含以下两方面：第一导线断线、第二雷害事故。因为部分10kV配电线路的架设位置比较特殊，很容易受到雷击灾害的影响。再加上在架设10kV配电线路的时候，工作人员也没有为其匹配完善的防雷设备，这样一来，再通过电压的时候，配电线路的运行还容易受到地闪和云闪的感应的影响。另外，如果绝缘子在系统中污秽闪络放电，并将绝缘子烧伤，那么也会使10kV配电线路出现单相接地故障。

2 单相接地故障的特殊性质

2.1 稳态信号特性

接地系统中，常见的接地方式为中性点不接地、中性点经消弧线圈接地等。对于中性点不接地系统，出现10kV配电线路单相接地故障后，系统中三相对称性被破坏，故障相电压转变为0，正常线路相电压提高至以往的31/2倍，诱发故障点出现零序电压且中性点电位移位；对于中性点经消弧线圈接地系统，在出现单相接地故障后，中性点位置电位由几乎为0转变为不再等于0，各相对地电容由相等转变为不相等，且故障线零序电流多包含电感电流、电容电流，后者小于前者，前者滞后于零序电压90°，后者超前于零序电压90°。

2.2 零序谐波特征

在接地系统单相接地故障时，较之谐波电流消弧线圈主要为感抗，容抗作用几近于无，此时，零序谐波电流方向、大小所受到的影响就较小，中性点不接地、中性点经消弧线圈接地等不同接地方式谐波特征一致。即正常配电网中，流经幅值最大的谐波为奇次谐波。在10kV配电线路出现单相接地故障后，故障线路的零序五次谐波分量会出现与正常线路方向相反的变化，且五次谐波分量会增加。同时三次谐波在变压器内可形成无法进入小电流接地系统的环流。

3 10kV配电线路单相接地故障的原因

3.1 技术原因

1）有的基于稳态量的单相接地检测方法受消弧线圈影响较大。2）一些理论上较好的方法在现场应用中需要解决大量的实际问题才能发挥作用。例如：在有些故障情况下暂态特征不明显或者零序电压上升过程比较缓慢，会给有的基于暂态量的单相接地检测方法带来困扰。3）一些装置的可靠性不够高。例如：尽管消弧线圈本体正常，但其控制器的故障率较高，严重影响消弧线圈作用的发挥，尤其是对于随调式消弧线圈，平时远离全补偿状态，发生单相接地故障后才迅速调整至设定脱谐度，如果控制器故障，则这类消弧线圈将形同虚设，不仅无法补偿电容电流导致电弧能量很大，而且会显著降低零序电压启动判据的耐过渡电阻能力，甚至在低于1000Ω接地过渡电阻下，零序电压也可能达不到单相接地选线装置的启动门槛值。由于针对单相接地故障处理的设备存在原理上的缺陷，会对单相接地故障处理效果产生很大的不利影响。

3.2 管理原因

疏于管理，即使再先进的技术也会因年久失修而成为“昙花一现”；加强管理，才能充分发挥出所配置资源的作用。一些电力工作者抱有侥幸心理，小错不纠最终酿成重大事故，类似的教训太多了。对于供电公司而言，加强运维管理是持续提升单相接地故障处理水平的最为重要的手段。

4 10kV配电线路单相接地故障的排除与定位方法

4.1 补齐技术短板

通过调查研究摸清上述家底后，主要缺陷就暴露出来，接下来就需要补齐这些短板。1）该补的补。例如：该配的消弧线圈和互感器一定要配置到位，容量不足的消弧线圈一定要扩容到位等。2）该改的改。例如：接线错误一定要改正，参数一定要配置合适等。3）该修的修。故障的设备一定要修复好。4）该换的换。原理存在严重问题的设备、老旧的设备、故障率高的设备和无法维修的设备要加以更换。补齐了短板，就为单相接地故障处理提供了良好的基础条件。

4.2 智能选线

在故障测度函数确定之后，为了解决配电网结构过分复杂、选线方法原理单一、单相接地故障现场工况恶劣等给单相接地故障线路选择精准性造成的干扰，可以将故障测度函数与基于计算机的智能算法相结合，比如支持向量机、神经网络等，同步提高小电流单相接地故障线路选择的精确性、迅速性。在小电流单相接地故障线路选择模型中，输入量为故障测度函数处理后的零序电流法、零序有功功率、五次谐波分量法提取的稳态特征量，输出结果为小电流单相接地故障线路选择期望值。基于此，可以设定小电流单相接地故障线路选择BP神经网络具有三层前向，输入层、输出层节点均为3，隐含层为7。网络运行过程为：零序电流基波信号及有功分量信号、五次谐波分量信号稳态特征值提取→故障测度函数处理后输入→开展神经网络训练获得小电流单相接地故障模型→故障发生瞬时取电阻接地故障、金属性接地故障、电阻接地故障等状态，计算合并后状态对应基本分配概率→设定阈值并计算最终选线结果。

4.3 提升管理水平

没有良好的运维管理，再先进的系统也无法发挥良好的效果，不久就会因维护不够而难以发挥出令人满意的作用。因此，需要做到以下几点：1）制定标准和规章制度，将资源配置、设备选型、参数设置、巡视和运维等规范化。2）建立单相接地信息监管系统，对消弧线圈、小电流接地选线/保护装置和馈线上的自动化装置的运行情况进行监视。3）单相接地故障处理过程提级管控，为每次单相接地的位置、原因和处理记录建立档案，实现闭环管理。4）加强考核监督，将消弧线圈和针对单相接地故障处理的自动化装置的在线率、动作正确率、维修及时性等作为指标纳入考核。5）科学规划和设计新建项目，避免出现新的短板，优选高性能设备，投运前进行系统测试并及时消除建设缺陷。

5 结束语

在配电网运行管理领域，10kV配电线路接地系统单相接地故障线路选择始终是难点。本文分析10kV配电线路单相接地故障向量，分析阻抗测距故障定位数学模型，针对过渡电阻引起测距不准的问题，对测量得到的电流、电压数据进行共轭运算，消除过渡电阻相。通过软件仿真，验证了笔者所提方法的有效性。笔者提出的10kV配电线路单相接地故障定位方法可以提高故障定位精度，减小测距误差，在10kV配电线路故障定位中具有应用价值

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