10kV架空线路单相接地故障定位方法的研究与实现

10kV架空线路单相接地故障定位方法的研究与实现

10 kV系统由于接地电阻大，接地定位问题一直以来没有得到解决。本文笔者针对线路接地故障，提出了时间型线路重合器10 kV系统接地定，用线路对接地故障进行隔离，确定故障区对减小线路对地电容在故障区段注进交流信号，检测该信号，确定故障点的位置。为保证注入信号不受地电容影响，研究了最优隔离区段长度计算方式。现场充分验证该技术的可行性。

关键词：小电流接地系统；单相接地故障；

110kV架空配电线路故障的有哪些

架空线路的网线路多、很大一部分为放射式供电线路，线路分段开关量少，线路设备简陋。虽然加强了对线路的改造，使配电线水平得到提高，但架空事故仍发生，应采取措施减少甚至事故发生，提高1配电线的运行水平。

1.110kV配电线路故障

由于绝缘水平低，线间距小，通过的位置多为山地、空旷及的工业园地，易遭受雷击、外力破坏等，使线路跳闸。根据运行经验，架空配电线路的事故有以下几种：

自然灾害、外力破坏故障、故障导致线路事故、产权设施造成故障、环境方面的因素、管理的因素

2故障定位问题

系统以架空线路为主、覆盖区域广、电阻大，多数用电流接地故障定位。长期以来困扰供电部门，没有得到解决。

随着社会的发展，对电力需求越来越大，电网对社会生活愈来愈大。因此，快速准确定位，对系统的经济性、可靠性相当重要。

配电网是结构最复杂、面积分布最庞大，故障繁忙，尤其是接地故障，概率最大［1］，因此配电网单相接地定位问题相当的有必要。

3 10kV架空线路单相接地故障定位

国外一些城市的故障定位主要是用自动化装置确定区，接着由工作人员巡线来找到故障点。即在线路上安装有自动分段开关装置，故障了利用自动开关进行相互配合，确定故障区域同时将其隔离［2］，这种方法仅仅只能定位故障区段，往往并不可以确定其位置，由于自动化投资大、限制了使用范围，在我国不能广泛的使用［3］。

中国主要使用人力巡线查找故障，对于装分段开关使用拉开分段刀闸确定故障点，然后在故障点里用巡线查找故障。无论是直接巡线，还是确定故障再巡线的故障查找都消耗大量人力，延长了时间，造成损失。针对电网分支多、结构特点，提出60Hz交流方法，以期减少时间，协助供电局快速地找出故障段。

目前实用10 kV接地故障定位技术三种：第一种是“故障指示器”法[1-2]，不足之处在对小电流接地而言，接地电流小于负荷电流，“指示器”无法进行识别，且该方法只能定位到故障段，无法到故障的精确位置；第二种方法”信号注入法[3-5]，其不足处在线路对地电容在谐波作用容抗变小，使高阻接地信号能在非故障区段流通，没办法正确定位；第三种是配网自动化的方法，目前用的比较广泛是时间型线路重合器[6-7]。重合器能够将线路分为几个或多个区点，发生短路故障后，与继电装置和选线装置配合，断开故障区点，同时保证非故障区的供电。但重合器只可以定位到故障区，无法精确到故障的位置，需要人工查找故障。

提出线路重合器和交流法相10 kV故障定位，首先用线路重合器对接地故障进行隔离，确定区段并减小线路对地电力影响；然后在区段注60 Hz信号，沿线路检测，确定故障点的位置。为保证注入信号不受地电容的影响，研究了最优间隔距离计算方法。实际充分验证了技术的可行性。

4电压-时间型线路重合器的工作原理

电压-时间型线路重合器的原理是电压延时方式，无需设备，整定时间进行站内外的配合，适用架空线路的系统。

重合器两个时间，第一个一侧电压后合闸延迟，称X时间；第二个合闸后闭锁信号时间，称Y时间。重合器正常工作时处闭合。当发生单相接地故障，选线装置跳闸驱动出线断路器跳闸，线路的重合器因失电断开。在断路器第一次重合，第一级重合器检测一侧有电压，延迟X时间闭合；第二重合器检测一侧电压，延迟X时间闭合，这样线路的重合器投入，投到故障区段出线断路再次跳闸，重合器再次断开，因为故障区段前的重合器到从闭合断开的小于Y，因此发闭锁指令。当断路器第二次重合后，正常恢复供电，故障区间重合器闭锁隔离。

5交流注入法的原理

交流注入法原理如下：重合器对故障区段进行隔离后，故障区段注入高压信号，保持电流为100~200 mA。手持检测器从区段的始端沿线路检测。如果检测位置前后信号差两倍上，则可以断定为故障点。

由于地面的检测位置距离线路10 m，且电流很小，因此存在误差。但，测量到的信号线路上流过信号成正比，所以并不要求精度很高，只要故障前后信号强度明显，检测器就能在允许范围测量出信号，找到故障点。注入信号源结构图1。

图1交流结构

交流信号源跟线路安装在一个位置。图中R表示变频器，用将50 Hz变为60 Hz信号，输入信号自线路重合器测量PT，故障区隔离重合器一侧带电。T表示升压变压器，用升高电压，使故障能可靠保证注入信号能够故障点对地构成。交流输出一端接故障相线路，另一端接地，向注入60 Hz、100~200 mA的信号。

所谓离线定位是指发生故障后，然后进行故障定位的方法，方法首先需要判断出故障相［4］。离线定位要信号源，使用的信号60Hz。该频率选择主要基于以下考虑：

（1）周围空间难免存在工频磁场噪声，为躲避该噪声，所以不选工频信号。

（2）频率越高，这对该定位方法有不利影响，尽可能选择低频。

（3）频率越低，信号源装置的变压器体积、，为使装置不过于笨重，不选择很低的频率。

综合以上因素，60Hz信号较为理想。需要对线路进行故障定位时，将信号源输出一端直接接到变电站内或站外故障线路的故障相上。调节输出电压使电流维持一定值（一般为150mA），然后检测线路关键节点下游各个电流信号，电流信号强度差别来判断故障路径沿故障路径继续检测，直到逼近故障点。

60Hz离线定位方法能够应用的前提是故障故障路径上的电流强度差明显。下面可行性进行仿真分析。

5.1查找故障点

如图2所示。

图2 单根线配电网拓扑图