配网自动化系统中接地故障区段定位方法研究分析

配网自动化系统中接地故障区段定位方法研究分析

马少宇,梁松涛,田兵

云南电网有限责任公司昆明供电局  云南昆明650000

摘要：配网自动化系统具有故障的位置和分离能力，但由于电流弱、电弧不稳定等原因，在小电流接地体系中容易出现单相接地故障，从而给配电网的发展带来很大的阻碍。因此，针对配电网自动化的特点，提出了一种基于分区的、局部定位的配电网自动控制和接地故障区段定位的新思路。

关键词：配网自动化；接地故障；区段定位

引言

电网线路发生故障时，应迅速查明其原因。由于采用人工对线路进行检测，不但耗费大量人力、物力和财力，而且容易造成安全隐患，从而对电力供应的稳定性和可靠性产生不利的影响。在配网自动化中，采用了故障定位技术，使配电网络的可靠性得到了很好的提高，而且可以大大缩短了诊断的区域，提高了诊断的工作速度。针对配网自动化设备的接地问题，提出了一种基于局部区段定位的新检测技术，以提高配电网自动化系统的故障诊断精度。

1、配网自动化系统中小电流接地故障区段定位的基本原理

1.1辐射型接线方式

虽然配电网络采用开环方式运行，但它的最大优点是闭环的结构。它的每一条线都是通过两个电源开关构成的回路，在一般情况下，当两个电源的连接被切断的时候，开环的电力被从变电所中抽出来，这个时候的电路就是一个单一的辐射供电的电路，这是最简单的配网结构。

1.2接地故障选线及定位

无功接地是引起小电流接地故障的重要因素，在这种情况下，不发生故障的正常相对地电压会转化成线性电压，尤其是在发生断续放电时，由于缺少一个有效的放电通路，导致发生放电的过载，致使配电线路的绝缘性能下降，从而导致相间短路。因此，当发生小电流的地线故障时，必须对其进行准确的位置。在地线故障定位时，可以采用在各个分支处设一个故障检测站，并以该检测站作为界线，将该线路分成若干分段，实际应用表明，适当减小探测间隔可以有效地改善探测精度。

在接地系统中一旦发生了接地故障，特别是在发生间接式的弧光接地时，由于电荷的约束，中性点不能有效地放出电流，造成短路电流对电路的保护，长时间内会发生短路，这就要求供电公司能够迅速地定位故障并排除故障。故障选线是从一条母线上的多条线路中选择一条发生接地的故障，并对其进行进一步的判定。故障分割器是根据信号的特点，持续地确定出各分支的位置，并精确地确定出故障分支的具体方位。通过在布线上适当地布置故障检测点，通过连接多个邻近检测点构成的分界线，可以对该区域进行更精确的定位，提高了线路的接线和定位的工作效率。

在不同的配电网中，所设的检测点的作用也是有差别的，如果把这种检测点用于馈线的零序电压向量的获取，那么这种检测点就叫做普通检测点，如果把这些功能检测点都用于馈线控制的话，可以把它叫做特殊检测点。当相邻的检测点中包括普通线路检测点，那么以之为边界线所确定的线路区间是段，相邻检测点均为特殊线路检测点，那么以之为边界线确定的线路区间是区[1]。

1.3获知接地故障信息

小电流的接地包括了两类：一是中性点不接地故障，二是消弧线圈接地故障。如果是不接触地故障，则其电感值和零序电值都很小，零序电压也有一定的相似性，可以在变电所内设一个零序电压检测点，理论上零序电压是0，但是因为导线的不同也可能存在零序电压，这时需要设定一个零序电压故障的阈值，如果超出这个阈值则会引起短路，可以快速找到问题所在。针对消弧线圈的接地，在零序电流比标准的情况下，通过绕组的互补性使故障线的电位基本相同，从而实现了对短路的准确定位。具体特征如下：

①中性点不接地系统故障特征。在辐射式接线系统中发生小波接地故障后，由于导线末端的母线的位置会对零序电流的非稳定值造成很大的干扰，因此难以确定其具体的分布，而且由于网络中分支多、距离远，采用固定的检测点进行故障定位是困难的，因此对采用一个固定的检测点进行的故障零序电流的监测会较少的干扰。如果在一个特定的位置发生了一个接地的问题，例如零序电源的感抗值很低，通过的零序电流很少，所以零序的电压几乎是一样的。从原理上说，在没有故障的情况下，零序电压应该是0，但是零序的零序电压也会被其它一些不均匀的情况所影响，所以用a表示零序电压的故障阀值，如果通过零序的电压超出这个预定的数值，那么就会被认为是中性点不接地系统故障。

②消弧线圈接地系统故障特征。消弧线圈的接地是另一种常见的接地故障，由于消弧线圈具有补偿作用（过补偿），在整个电网中，由于消弧线圈具有补偿作用，所以在故障发生时，零序电流的相位与没有发生故障的情况没有显著的区别。但如果把两个地方的电压振幅进行测量和比较，就会发现在零序电压下，电压振幅偏小。当发生了电力系统的故障后其电力系统可以在一段时期继续工作，电力系统会根据消弧线圈的工作方式进行连续的干扰，在这段时间里，系统会出现一个连续的、过量的、没有任何的补偿的现象，这个时候它的改变可以从零序电流的角度来检测。

③获取故障特征信息。为了更好地获得设备的故障特性，工作人员必须充分运用配电网的自动化管理，完成对零序电压等有关的数据进行收集整理，并在自动化终端的智能化操作下，将有关的数据进行归类，以便以后的故障处理工作有了依据。在进行有效的数据参数收集后，采用GPS、GPRS等技术，实现了对各个探测点进行的相位差实测值的求解。计算公式为：Δφi＝φi－φ0。公式中i表示测试点编号，φ表示绝对相位，其中φ0表示变电站相位，利用该方法进行特定的运算，可以得出各个测点间的相位差，并将该方法与所收集的零序电压资料相组合，获得相应的故障特征。

1.4 故障分段定位法

采用故障区段位置法，能自动获取各个测点处的零序电流的相量值，并能对发生故障的线路进行实时判定，从而得到相应的检测结果。采用单一供电辐射构造的连线探测，将含有常规检测站的接触面分为若干区段，同一区段中可以有两个以上的检测站来进行判定。在此基础上，对单个供电的辐射线的零序电流进行了一个特定的定向，在进行断路区的位置时，该断路器仅对零序电压的参量值进行了提取，而在断路区的上游则是分界开关的断裂点；以叶片结点为假定检测点时，其故障位置必然在叶节点的上游；

2、配网自动化系统中小电流接地故障区段定位及具体运用

2.1故障区段定位系统结构

针对配电网中存在的信息跨地域、功能分层、操作实时化、小电流故障难以准确定位等问题，提出了一种基于分布式技术的低电压接地故障检测方法。针对配电网中的小电流故障，采用了选线与分段位置相结合的方法来解决电网中的小电流接地问题。小型故障区域定位系统包含故障特征检测终端和故障定位监控中心，其中故障特征检测终端是通过广域相量检测模块来获取故障特征，而故障定位模块则是通过对广域相量检测模块的初始运行以及对广域相量检测模块进行检测，并对其进行实时定位[2]。

2.2广域相量测量

在传统的电网系统定位方法和干扰因素众多的情况下，传统的方法都是利用电网的远程监测和人工介入获取的数据进行定位，但是这些方法都不适合在电网的定位方法和干扰因素的影响下进行定位。针对此问题，可以采用广域的相量测量方法，根据中性点非有效接地的特性，在配电线路上布置多个单相接地故障的测点，实现对零序电压和零序电压分布情况的实时监测，并将相量的信息经通讯网络传输至服务器进行分析，因为这种方法的数据流量不大、实时性要求较低，因此一般采用GPRS公共网的无线通讯来实现。广域相量测点的选取要注意三个方面：一是在断口位置布置测点，二是为了方便线路维修，在最优的巡线范围内布置测点，三是要充分考虑各种因素对测点的干扰，而对测点进行优选[2]。

3、结语

综上所述，对配网中的接地故障进行快速准确的检测是保证电网自动控制的重要环节。由于接地故障的位置难以确定，必须采用相应的自动化方式进行故障定位，从而提高诊断的工作效率，推动配网自动化的深入发展。

参考文献

[1]夏旺.配网自动化系统中接地故障区段定位方法研究[J].技术与市场,2022,29(01):96-97.

[2]程睿,王明雨,王洋,李浩天.配网自动化系统中接地故障区段定位方法研究[J].中国新通信,2020,22(16):90.