郭玉秀

（銅陵學(xué)院，安徽 銅陵 244000）

在中國，城鎮(zhèn)鄉(xiāng)村的電網(wǎng)分配電力系統(tǒng)中，常采用中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈來接地、不接地、通過大電阻接地三種方法.在中國的分配電力網(wǎng)中，大多采用通過消弧線圈接地的方法，而中壓分配電力網(wǎng)大都通過中性點(diǎn)不直接接地的方法.故障定位的研究方法十分復(fù)雜，可將其分為兩個(gè)部分，即通過故障線路進(jìn)行線路的選擇和故障線路的位置確定.

1 交流法的定位研究

將分配電力網(wǎng)中，交流故障定位的原理是：在供電線路中出現(xiàn)單相接地故障以后，通常采用的是在電停下來以后，將交流信號(hào)輸入到出現(xiàn)故障相處，然后用可探測交流信號(hào)的儀器，利用二分法順著線路查找故障處，直到搜尋到故障的位置結(jié)束.此處提到的交流輸入信號(hào)選用頻率為60Hz，可有效避免工頻磁場噪聲的影響.

1.1 有效性分析

1.1.1 線路分布參數(shù)的影響

線路分布參數(shù)的影響：a)進(jìn)行采樣的頻率會(huì)對(duì)距離測量結(jié)果以及交流位置的準(zhǔn)確定位的分析結(jié)果會(huì)產(chǎn)生一定的作用.b)電力網(wǎng)上每一單位長度的阻值、電容大小、電感值，將其用作已知的參量進(jìn)行預(yù)算，結(jié)果可能會(huì)受周圍環(huán)境的影響.

1.1.2 仿真計(jì)算

參數(shù)如下：正序電阻R+=0.0208Ω/㎞，零序電阻R0=0.1148Ω/㎞，正序電感,L+=0.8984mH/㎞，零序電感L0=202886mH/㎞，正序電容C+=12.9uF/㎞，零序電容C0=5.2uF/㎞.相對(duì)的誤差將其認(rèn)為為ei=（D—x）/l，絕對(duì)的誤差將用Ei來表示，具體為Ei=D—x，其中D為真正的發(fā)生故障情況的距離，x為所測量的距離.

圖1-2和圖1-3說明，對(duì)于實(shí)線，說明m端的電壓順著線路的分布情況，對(duì)于虛線，說明n端的電壓順著線路的分布，唯一交點(diǎn)將其稱為故障點(diǎn).對(duì)于過渡電阻比較大的出現(xiàn)故障的地方，同樣可以取得很高的準(zhǔn)確度.

1.1.3 有效性分析

圖1-1 三相短路兩端電壓沿線分布曲線

圖1-2 相間短路兩端電壓沿線分布曲線

圖1-3 單相接地兩端電壓分布曲線

圖1-4 交流信號(hào)注入原理圖

如上圖所示通過向電力線路的首端A注入電流信號(hào)（100mA、60Hz），如圖1-4所示.首先找出出現(xiàn)故障的一些可能分支BE、BD分支將在子支路B處進(jìn)行檢測，假設(shè)在BE處沒有檢測到信號(hào)，再對(duì)CD分支進(jìn)行作用，如果CD分支無電流經(jīng)過，而在C點(diǎn)處出現(xiàn)了比較小的電流，由此認(rèn)為BC支路故障支路.接著順著BC支路監(jiān)測，如果測得故障線路前的電流與故障線路后相差較大，而且前者大于后者，即可以找出故障點(diǎn)F.

1.3 小結(jié)

將故障線路從線路中進(jìn)行分離（如圖1-5所示）.

圖1-5 停電后接地故障相等效電路

對(duì)于C相而言，出現(xiàn)接地故障后，這股電流僅僅順著C相線路進(jìn)行流動(dòng)，然后通過接地點(diǎn)進(jìn)入大地，由此可以確認(rèn)F點(diǎn)即為出現(xiàn)錯(cuò)誤情況的點(diǎn).則停電后故障的相的等效電路如圖1-6所示，Zc為線路容抗，Rg為接地過渡電阻.

圖1-6 停電后故障相的等效電路

針對(duì)上述分析可以得出：交流法的使用情況跟過渡電阻的大小有直接的關(guān)系，較小時(shí)，交流法有效；較大且整個(gè)輸電線路較長，交流法可能失效.

2 交直流綜合法及直流法

2.1 直流電位法

2.1.1 直流電位法

圖2-1 直流信號(hào)注入法示意圖

直流信號(hào)注入法定位（見圖2-1），就是在離開線路的狀態(tài)下，將直流的信號(hào)輸入到故障線路，然后接下來人工利用直流的檢測儀器，順著線路一步步地進(jìn)行登桿測試.

2.3 交直流綜合定位法

方法如下：

a)對(duì)于故障相位和非故障相位，輸入一樣的交流電流信號(hào)，然后來計(jì)算每一相的電壓數(shù)值.

b)通過不同的接地電阻，進(jìn)而進(jìn)行選擇交流信號(hào)的輸入方式以及檢測方法；

c）利用變電站，向線路尾端對(duì)電力輸電線路上的節(jié)點(diǎn)來運(yùn)用拓?fù)溲芯?，檢測直流檢測點(diǎn)；

d)輸入所需要進(jìn)行確定的交流信號(hào)，運(yùn)用交流研究的方式，來進(jìn)一步鎖定微觀出現(xiàn)錯(cuò)誤地方的范圍端.

2.4 ATP仿真驗(yàn)證

對(duì)圖2-2所示的是某地方10KV的分配電力線路圖（視為三相對(duì)稱電路）.0.0191uF/km為選取本線路的參考的電容大小，如圖所示：F1、F2為故障點(diǎn)；D1～D10為檢測點(diǎn)；其他數(shù)字代表線路長度，km.

圖2-2 某地10KV線路517分支情況

2.4.1 故障點(diǎn)1，設(shè)定接地電阻3KΩ

對(duì)于1、2、3、6的正常分支，在向其輸入0～85mA電流時(shí)沒有出現(xiàn)報(bào)警的現(xiàn)象，可認(rèn)為微觀故障線路為檢測點(diǎn)6的周圍附近.對(duì)于圖2-3，在出現(xiàn)故障點(diǎn)前，輸入電流多于85mA時(shí)出現(xiàn)報(bào)警的現(xiàn)象，在出現(xiàn)故障點(diǎn)后輸入0～85mA時(shí)沒有出現(xiàn)報(bào)警的現(xiàn)象，可以確定出故障點(diǎn)1的位置.

圖2-3 故障點(diǎn)1前后電流仿真波形

2.4.2 故障點(diǎn)1，設(shè)定接地電阻為10KΩ

運(yùn)用直流試驗(yàn)法（如圖2-4所示），在需要測試點(diǎn)1的出現(xiàn)狀況的分支上出現(xiàn)了直流信號(hào)，由此來鎖定宏觀出現(xiàn)故障的范圍.針對(duì)該范圍運(yùn)用上述的交流信號(hào)輸入的方法來確定故障分支6.

圖2-4 檢測點(diǎn)1電流仿真波形

2.4.3 故障點(diǎn)2，設(shè)定接地電阻為20KΩ

對(duì)于檢測點(diǎn)2而言，每一條分支線路沒有直流信號(hào)的出現(xiàn)，可以大致認(rèn)定宏觀出現(xiàn)故障點(diǎn)在變電站和監(jiān)測點(diǎn)1之間.對(duì)于7、8、9、10四個(gè)檢測點(diǎn)而言，在系統(tǒng)輸入0～45mA電流的范圍內(nèi)都沒有報(bào)警現(xiàn)象，可以得出微觀故障線路大概幅度：它處于檢測點(diǎn)2與變電站之間的主要的線路之間徘徊.

2.5 小結(jié)

直流法可以有效地解決分配線路中的分布電容和接地過渡電阻對(duì)線路的干擾，分配線路的長度問題不需要考慮.缺點(diǎn)是直流信號(hào)的捕捉比較復(fù)雜，需登桿測試.交直流綜合法，利用信號(hào)容易測量的交流法和直流法的精確相結(jié)合，進(jìn)而完成了這兩種方法的優(yōu)勢互補(bǔ)，使故障位置確定的精確性得到提升.

3 基于零序電流相量比較的定位方法

3.1 零序電流相量比較法

方法判據(jù)如下：

a)零序電流的相位判據(jù).利用圖3-1作為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，在A0A1A2A3F出現(xiàn)錯(cuò)誤情況的配電網(wǎng)路線上，零序電流與零序電壓有一定的相位關(guān)系（相差90o）；在A1A6、A2A7的非錯(cuò)誤子支路還有A4A5的出現(xiàn)錯(cuò)誤情況點(diǎn)的配電線路上，沒有出現(xiàn)錯(cuò)誤情況的配電網(wǎng)路線上的零序電壓與零序電流也有一定的相位關(guān)系（相差90°）.

圖3-1 故障線路接線圖

b)零序電流的幅值大小判據(jù).順著配電網(wǎng)線路的正方向來進(jìn)行研究，一點(diǎn)點(diǎn)變多的是出現(xiàn)錯(cuò)誤狀況路線中的零序電流，而且在出現(xiàn)故障狀況點(diǎn)前，對(duì)于零序電流而言，已經(jīng)達(dá)到了高峰值.

3.2 仿真與實(shí)驗(yàn)

所采用的數(shù)據(jù)如下：120km為未故障線路長度之和，18km為出現(xiàn)故障電力線路全部長度，3km作為各支路的線路長度.進(jìn)行ATP仿真如下：

觀察到在A2點(diǎn)處，各自出現(xiàn)經(jīng)過金屬接入到地、經(jīng)過2KΩ電阻直接接入到地時(shí)，經(jīng)過仿真系統(tǒng)，算出仿真結(jié)果如下表3-1所示：

表3-1 各點(diǎn)零序電流幅值及與零序電壓之間的相位

經(jīng)過這些數(shù)值對(duì)比，說明順著出現(xiàn)錯(cuò)誤情況的線路上慢慢加大的是零序電流，達(dá)到高峰是在出現(xiàn)錯(cuò)誤情況的點(diǎn)前，慢慢降低的零序電流是在出現(xiàn)錯(cuò)誤情況點(diǎn)后.

3.4 小結(jié)

充分利用單相接地故障本身所產(chǎn)生的工頻信號(hào)，來進(jìn)行位置確定，并將零序電壓和零序電流兩者的相位作為判據(jù)引入到定位系統(tǒng)，將其與幅值判據(jù)綜合起來應(yīng)用，提高了該方法的適用范圍.