小电流接地系统故障定位技术探析

GXF360 2017-06-20

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小电流接地系统故障定位技术探析

严功门

（江阴华润制钢有限公司，江苏无锡 214404）

摘要：中低压电网采用小电流接地系统接线方式，在日常维护管理中发现，多数故障是单相接地故障，这种故障容易引起严重的相间故障，所以应及时确定故障点并排除故障。近年提出了多种接地选线和定位技术，其中的信号注入法是较为普遍的方式。文章通过描述接地故障定位技术的研究现状，介绍信号注入法的原理，以及功能完善的故障定位装置，为小电流接地系统故障技术的探究提供了理论基础是实际应用样例，给相关技术的进一步发展奠定了基础。

关键词：小电流；单相接地；信号；故障

电力系统中，配电网发挥着重要的作用，它是输电系统和用户的媒介。在我国电力系统中，中低压配电网主要采用中性点不接地和经消弧线圈接地方式，少数采用经高电阻接地均属于小电流接地系统。小电流接地系统故障情况较为复杂，因为系统的线路繁多，故障特征不明显，很容易被忽略导致更严重的故障。目前应用最多的就是信号注入法，它可以高效解决小电流单相接地故障定位的问题，实用性强，基于该原理的定位保护法已经大量应用。它提高了供电可靠性，对于顺利维护电网设备，提高经济效益具有重要的意义。

1 小电流接地系统故障定位技术现状

早期的故障定位方法主要是通过故障点测距或检测特殊信号在线路上的分布情况实现定位，利用设置好的线路上的反馈点进行检测，通过与主站进行通信，确定故障点线路区段。在多种故障定位方法中，一般分为主动式和被动式两类，前者主动向系统注入预先设置好的信号，通过分析检测信号的分布情况，确定故障点的位置信息；后者主要是利用故障产生后的电压电流信号特征，通过计算分析确定故障点的位置。下面主要针对主动式方法进行分析，它主要包括信号注入法、中电阻法、零序电流突变法和函数传递法。

1.1 信号注入法

信号注入定位方法又称“S”注入法。这种方法是在接地故障发生后，利用信号注入装置通过母线PT向系统内注入特定频率的电流信号。信号注入后，信号在故障线路中蔓延，最后注入大地。当采用外部信号探测器检测时，如果检测到故障信号流过，则判断该线路故障，通过信号探测器沿故障线路查看后，当注入信号分布密集时，故障点确定，结束本次故障定位。在操作中，其基波频率处于工频n次谐波与n+1次谐波之间，一般采用220Hz频率，以减少故障信号对测量的干扰，使故障定位更迅速、准确。这种方法十分有效，在应用中较为广泛，适用于中性点不接地和经消弧线圈接地系统。但是这种方法在接地电阻较大时会对信号分流，定位不准确，而且信号注入设备的使用增加了工作量和成本，对于瞬时性和间歇性故障的定位不准确。

1.2 中电阻法

中电阻定位方法是人为地在系统中性点与地之间投入一中值电阻，在接地故障发生后，通过电路的分流会产生附加的工频故障电流，经接地故障点流入大地。通过故障检测设备可以检测到电流，但是在故障点下游无法顺利实现故障定位，这就方便了故障点的确定和定位。这种方法由于中值电阻设计不便，增加了成本，而且接地电流的增加也人为产生了信号干扰，这种方法同样无法检测瞬时性和间歇性接地故障。但是它提高了灵敏度，在应用中也较为广泛。

1.3 零序电流突变法

零序电流突变法通过改变消弧线圈参数，产生零序电流突变量实现定位。这种方法的具体操作是，当发生接地故障时，消弧线圈的电抗值变化会导致补偿电流的变化，所以主动改变电抗值。这样当补偿电流产生突变后，零序电流沿着故障线路经接故障点流入大地，这时利用外部检测设备对突变电流进行检测，通过数据分析，在其分布集中的位置可以推断出故障点的位置。这种方法可以产生较大的信号强度，适用于复杂的设备运行环境，但是对弧光和间歇性接地故障效果差，而且必须依赖自动调谐消弧线圈配合。人工改变消弧线圈的电抗等参数，会影响故障线路中电弧的平衡，影响系统的安全，造成二次伤害，所以在运用中应进行精确地控制，预防不利的事情发生。

1.4 传递函数法

传递函数法是一种理论可行但是实际运用并不广泛的方法。它是通过在故障线路出口处施加方波诊断信号，构件相应的系统传递函数，由频谱特性构造判据，进行故障定位。这种方法需要运用数学计算和频谱分析等方法，通过添加信号激励，得到零序电压、零序电流数据，根据函数的相关参数进行故障位置判定，得到测距结果。这种方法受配电网结构复杂影响，只能在较为简单的实验室环境下完成，在现有技术条件下并不能运用到实际中，所以这方法的技术仍有待加强。

2 基于信号注入法的自动定位方法原理

信号注入法是最为有效而且应用最广的故障定位方法。为了方便信号注入，在沿故障线路配置了多个注入信号探测器，故障发生时探测器能够自动检测注入电流信号并将探测结果自动传送至主站，这样就可以通过主站的检测结果分析得到故障区段信息，完成故障定位了。S注入法选线定位是通过注入系统信号的通路，通过母线PT向接地线的接地相注入信号电流，然后利用信号电流探测器查找故障线路和故障点，信号注入装置如图1所示。

图1 S注入法故障定位原理示意图

这种方法对于注入信号具有较强的适应性，但是S注入法需要人为手持定位探测器巡线定位，自动化程度低，工作效率有待加强。

3 故障定位装置

在实际运用中，故障定位装置一般采用总线结构，通过计算机处理信号，最终实现故障的定位。一种较为普遍的故障定位装置，硬件结构如图2所示。首先外部高压信号发生器发出电压信号后，电压变换器作用，将幅值等比例降低，通过高速A/D信号采集卡进行模拟信号的采样，并经过AD变换产生相应的数字信号，通过CPU进行计算分析，将故障位置信息

进行保存，通过以太网等模块进行远程管理。一般采用的高压信号发生器是通过常见的220V、50Hz电压经升压变压器产生高压信号，然后经过整流、充电等过程，通过调整两个电阻的比值，在阻值较小的电阻上获得所需的电压信号。本装置采用的数据采集卡可以同时进行两路A/D转换，采样得到的数字序列保存在寄存器上后，通过API函数进行外部访问，提高编程效率和提高访问权限，保证率安全性。