交流信号注入法在配网接地故障处理中的应用研究

交流信号注入法在配网接地故障处理中的应用研究

赵诗宇,徐凯

国网新疆电力有限公司昌吉供电公司 新疆 昌吉 831100

摘要：配电网线路运行维护过程中，由于接地故障特征波识别方式的差异，使得线路接地故障诊断的准确率较低，无法满足电力系统工作需求。本项研究提出了一种基于信号注入的配电网线路接地故障的诊断方法。通过故障录波装置获取故障特征数据，构建故障波形特征库；采用高压脉冲信号源作为交流信号注入源，并分析脉冲源控制回路；根据交流信号反射结果，应用小波变换算法识别线路故障特征波；根据特征提取结果，计算特征空间的欧式距离，完成配网线路单相接地故障状态诊断。实验结果表明：与当前诊断方法相比，所提方法既有效提高了接地故障诊断的准确率，又提升了电网线路故障诊断的整体水平。

关键词：交流信号；接地故障；故障诊断；状态识别；特征波

前言

交流信号注入法：将信号通过电池的一端注入，将霍尔检测传感器加在负载上。正常情况下，负载线流入和流出的电流大小相等，传感器无信号输出，当电池的正、负母线与地相接出现绝缘故障时，部分交流电流通过接地电阻与地形成回路，负载线上流入和流出电流不再相等，传感器发出电压信号警报。该方法的优点是不降低绝缘阻值也不会使中性点偏移，能够检测出正、负母线绝缘电阻同时下降时的情况；缺点是交流信号的注入不仅增大了直流供电系统的纹波系数，影响供电质量，而且交流信号受到电路分布电容的影响，最终的检测精度不是很高。国网技术规范已提出，绝缘检测装置不宜对直流电源系统注入交流信号。

一、配电网接地故障简介

配电网由于环境、设备以及用户的影响故障频率一直相对较高而且由于配电网络的复杂涉及面广对于故障的查找也就比较困难。随着用户对优质服务和供电可靠性要求不断提高如何快速、准确地查找故障范围隔离故障点恢复非故障范围的供电也就成了配网需要解决的重要问题。由于配网系统中单相接地故障占整个故障的80%以上，此类故障会引起其他相电压升高，给系统绝缘造成很大威胁，很容易发展成相间、两点接地和多点短路，扩大事故范围。

二、检测配网接地故障的主要方法

目前配网中使用较多的是接地短路故障二合一的故障指示器指示单相接地和短路故障，通过观察故障指示器状态的变化来查找故障区段。从检测原理方面主要有下面几种：

1、信号注入法：在发生接地故障后，安装在变电站的信号源主动向母线注入一个特殊的信号，这样这个特殊的信号在接地点和信号源构成的回路上流过故障指示器检测到这个特殊信号后翻转指示接地故障。

2、电容电流法：对线路上的电容电流进行采样如果电容电流突变值超过设定的动作电流值则判断为接地。其检测原理是接地线路的电容电流等于非接地线路的电容电流之和，而非接地线路的电容电流只是自身的电容电流采用该方法存在以下主要问题：

2.1对故障指示器要求较高的测量精度。目前配网改造后配网线路的供电半径得到改善线路状况有所提高，接地电容电流较小约为几安培而线路中的负荷电流值则很大可达数百安培。

2.2由于配网运行方式的变化和环网运行等因素影响，在电网最小运行方式下有时接地线路的电容电流值和非接地线路的电容电流值很接近采用检测电容电流进行接地判断的故障指示器，那么会导致足够动作电流而造成拒动。

2.3目前供城市配网的变电站普遍装设了消弧线圈。这些线路在发生单相接地故障后由于消弧线圈的补偿作用，消弧线圈提供的感性电流与电网中所有非接地线路电容电流相迭加，消弧线圈一般是在过补偿的状态所以在接地点流过的是一个很小感性电流。这样在中性点经消弧线圈接地的系统中，采用电容电流检测法的故障指示器是不能检测单相接地故障的。

3、零序电流法：检测零序电流值当超过设定值时判断为接地故障。

上述这些检测方法沿用了小电流接地系统单相接地选线的原理主要检测发生单相接地故障前后配电网参数的变化。但是10kV配电系统为中性点不直接接地系统发生单相接地故障时所产生的故障信号较弱，并且受到电磁干扰和谐波污染导致获得的信号失真，这些都直接影响了故障指示器的选择性和准确性。由于配电网拓扑结构的复杂性运行方式的变化的多变性在实际的实施中是比较困难的。

三、信号注入法在配网接地故障处理中的应用

针对线配网接地故障的特征，提出以交流信号注入方法为核心的诊断方法。具有诊断速度快的特点，故将其应用于线路故障诊断中，不再需要对整体配电网线路进行巡查，而是针对反馈结果就可以确定故障线路范围，面对发生单相接地故障的情况，根据反射波的变化情况，完成故障的准确诊断。通过验证结果可知，文中提出的诊断方法，由于其自身的优势，与传统方法相比能有效提升故障诊断的准确率，实现配电网线路故障的准确和快速处理，有利于推动电力系统的稳定运行。

1、信号注入法简介及检测原理

信号注入法不受系统运行方式、拓扑结构、中性点接地方式的影响在发生单相接地故障后主动发送信号检测单相接地故障的方法。采用信号输入法的单相故障指示器需要在变电站安装产生特殊信号的信号源由信号源和故障指示器组成故障定位系统。安装在变电站的信号源是一个信号注入装置，对安装在线路上的故障指示器在发生单相接地故障时或短路故障时进行故障指示。

接地信号源装置实时监测母线电压和中性点电压以零序电压的变化作为单相接地故障的判据，当发生单相接地故障时零序电压发生变化达到整定值时，信号源向系统注入一个特殊的低频信号。该信号电流由变电站出发经故障线路通过接地点流入大地返回信号源形成信号回路，故障指示器就是根据这个特殊的低频注入信号的特征进行单相接地的选线和定位。在故障指示器检测到这个特殊的低频信号后，翻转指示在此回路有单相接地故障。而非接地相、非接地馈线以及接地馈线的非接地部分不会翻转。这样在系统发生单相接地时挂在该故障出线分支上的故障指示器检测到该信号电流立即给出指示。非故障出线及分支没有接地点不能构成信号电流通路故没有信号电流流过挂在其上的指示器亦不会动作。

2、信号注入法的应用实例

某供电公司在一座35kV变电站加装了一套信号源该变电站共有10kV出线5条分别在每条10kV线路的出线端、分支线以及主线每隔1．5km加装了单相接地的故障指示器共40组。在投运前为了检测装置的可靠性。该公司在其中一条10kV线路的分支线路上一个配电变压器台区进行了单相接地故障模拟试验并在变压器台区高压侧加装了1组故障指示器。试验时选择了该变压器高压侧的A相作为单相接地点，通过试验采用信号注入法的单相接地故障指示器准确选线并正确定位到该配电变压器。为了保证试验的准确度，前后分别对不同线路进行了两次试验均能达到准确选线和定位。目前该装置已运行两年前后共动作9次，准确度达到100％。运行状况良好。

结语

在电力系统工作过程中，接地故障问题出现得越来越频繁。因此，针对配网线路接地故障状态诊断方法进行了研究，考虑到传统诊断方法的不足之处，采用信号注入技术，设计新的诊断方法。获取当前线路运行状态特征波，将其与故障事务数据库相匹配，实现线路故障的高精度诊断。

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