配电网单相接地故障定位技术研究

配电网单相接地故障定位技术研究

摘要：鉴于配电网单相接地故障问题，本文介绍了故障定位的技术方法，并且

说明了方法的优势与不足，还分析了故障定位具体应用，为进一步故障定位研究

奠定基础。

关键词：配电网；单相接地故障；定位；定位方法

1.引言

在复杂的电力系统中，配电网主要是进行电能量的分配任务。经过调查发现

目前90%以上的电力系统事故或者故障都是配电网引起的。配电网的安全运行不

仅关系到整个电力系统的安全运行，还影响用户的电力使用甚至是生命安全。在

配电故障中，故障率比较高的是单相接地故障。如何实现单相接地故障的定位是

配电网安全运行的关键，近年来人们对电力的研究越来越多，在故障定位方面的

技术方法和应用越来越广，为我国电力系统安全有效运行奠定了基础。

2.配电网单相接地故障

2.1配电网

在我国由架空线路、电缆、杆塔、配电变压器以及一些辅助设施组成的配电网，在电力系统中起到分配电能的作用。在复杂的配电网中，配电网的特点比较

显著。首先作为网络，配电网一般是树状网，它的电压等级低，输电量小，因此

单相接地故障定位比较复杂；其次是配电网络中三相电压和电流不平衡，节点负

荷不平衡；然后由于电力设备主要应用在城市电网中，因此农村电缆和架空线主

要呈现的是混合线路模式，农村设施设备不仅落后而且设备新旧水平不一致，因

此为单相故障定位带来了困难；另外配电网中电线线路比较短，因此这就需要在

故障定位中进行精确定位。然而目前我国电网主要主要采取的是中性点不接地的

接线方式，一旦发生故障，电线还可以带电运行一段时间，当出现瞬间故障的时候，接地点电弧会自行销毁，线路会绝缘，因此不用断开线路就可以正常运行。

2.2单相接地故障

单相接地是小电流接地系统单相接地，这类电流主要是10kv（35kv）。单相

接地故障是配电系统常见的故障，主要发生在潮湿的环境中。一般农村发生单相

接地故障比较多，主要原因有段落的导线落地；导线与建筑物距离太近，风偏过大；变压器的高压导致下线断线；绝缘子击穿；雷击导电线；树木通道不畅通导

致导线接触树木；动物破坏等。这种故障不仅影响用电，而且可能造成过电压、

烧坏设备、甚至是短路造成的事故。主要危害有对变电站设备、配电设备、配电

电网的危害等；对人和牲畜的生面安全的危害；影响供电量，造成居民生活不便

和经济效益下滑等；这种故障如果不及时排除会大量损害导线。因此为了避免单

相接地故障的危害，许多学者和专家进行了大量研究，找到了故障定位的许多方法，除此之外，国家和相关电力部门还需要在电力设备和维护进行一定的投资和

运营，最终实现电力系统的正常运行。

3.故障定位方法

目前成熟的且广泛应用的故障定位方法主要有行波法、阻抗法、信号注入法、矩阵法、神经网络法、遗传算法等。另外专家系统、粒子群算法、仿电磁学算法

等都已经应用到配电网单相接地故障定位中。

3.1行波法

单相接故障一般会产生线路两端传播的的行波信号，基于行波传输理论，线

路测量端会收集到行波信号，因此实现短路故障测距，从而实现故障定位，这种

行波一般分为A、B、C型。使故障点发出行波信号，测量点到故障点往返一次的时间以及行波波速计算故障发生位置，这是A型行波法；根据故障点发出的行波信号，计算行波到线路两端的时刻，另外还需要通讯联系方法实现故障确定，这是B型行波法；当故障发生时，装置发出高压或者是高频次的信号，根据这些信号极端故障点发射信号的往返时间从而实现故障定位，这是C型行波法。但是这三类行波法又具有不同的优缺点。由于配电网的复杂性，从而很难分辨反射波，然而A型行波主要适用于输电线路测距，因此在本身具有复杂结构的配电网系统中难以运行；双端行波的B类行波法，因为不容易受到故障点透射波的影响但是需要线路两端都要装通信设备，因此不具备这个条件的配电网很难使用这种方法实现定位；然而C型行波是单端行波法，是在离线的状态下监测信号进行故障定位，这种方法比较可行。

3.2阻抗法

阻抗法也是利用故障测距原理，首先假设输电线路是均匀分布，不同故障类型下故障回路阻抗与测量点到故障点的距离是呈正比的，应用这一原理计算测量点的阻抗，用测量到的电抗值除以线路单位阻抗从而可以得到测量点到故障点的距离。然而由于阻抗法的在一些方面的局限性，因而常常作为辅助测距方法，主要结合S信号注入法或者是行波法计算故障距离，实现故障定位。它的局限性是在测量过程中受过渡电阻影响大，为了减少影响必须引入对端系统的阻抗，但是阻抗法存在双端系统阻抗不对称，由于不能实现二者的平衡，因而阻抗法在实际应用中只能作为辅助方法。

3.3信号注入法

信号注入法主要分为S信号注入法和脉冲信号注入法以及端口故障诊断法和传递函数法等。S信号注入法的应用原理是利用S信号电流，通过母线TV向接地线的接地相注入信号，然后使用电流探测器监测和查找故障点，其中信号频次一般处于n次谐波与n+1次谐波之间，以及220赫兹。这种信号注入法在接地过渡电阻较小情况下，定位精度比较高。但是缺点是注入信号的能量是有限的，并且导线分布电容会很大程度地影响S信号的注入。由于我国配电网主要是中性点不接地系统，一旦受到外界干扰会产生铁磁谐震，形成过电压和过电流，因而降低测距精度。

与S信号注入法不同，脉冲信号注入法主要是向故障相注入高压脉冲，然后使用信号监测器监测脉冲信号，当监测到脉冲信号时，那么故障点是在下面，如果没有监测到，那么故障一般发生在上面，用这种方法确定故障分支和不故障分支。在注入高压脉冲的时候，电压一般是15kv，周期是6秒，监测过程中操作人员必须进行登杆监测，绝缘杆一般是2米。

3.4其他方法

应用到配电网单相接地故障定位的研究方法比较多比如矩阵算法、神经网络算法、遗传算法、专家系统、贝叶斯概率以及Petri网模型，这些方法应用领域比较广泛，方法比较成熟。

4.配电网故障定位方法应用

4.1多端行波故障定位

在行波定位方法中有单端定位和双端定位，基于B型行波和配电网树形结构学者提出了一种多端行波定位方法[2]。该方法的原理是当产生接地故障时故障处会发出行波信号，第一波的波头到达配电网线路末端的时间进行故障定位，其核心是在行波传播过程中，每个变压器端传回的数据，根据拓扑结构进行运算，实