王彥彪，李國生，王宗寶，劉騫生，張小江

（國網(wǎng)甘肅省電力公司白銀供電公司，甘肅白銀，730900）

0 引言

接地故障是10kV架空線路的常見故障，對于架空線路的正常運行構(gòu)成了較大的威脅。當架空線路出現(xiàn)了接地故障時，此時需要采用較快的措施盡快實現(xiàn)對 故障位置的定位。本文首先分析了10kV架空線路接地故障位置的傳統(tǒng)定位方法，之后闡述了便攜式接地故障位置測量儀中所采用到的S信號注入法原理，最后分析了便攜式接地故障位置測量儀的開發(fā)技術(shù)及應(yīng)用方法，在實際的架空線路接地故障位置測量中可以加以應(yīng)用。

1 10kV架空線路接地故障位置的傳統(tǒng)定位方法

1.1 10kV架空線路的運行現(xiàn)狀

當前配電系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)變得日益復(fù)雜，架空線路越來越長，并且配電線路中的分支數(shù)量也是越來越多，實現(xiàn)對配電線路的故障準確快速定位是配電系統(tǒng)運維中亟需解決的關(guān)鍵問題。如果配電系統(tǒng)的停電時間過長，則可能會導(dǎo)致出現(xiàn)電力用戶投訴的情況發(fā)生，使得電力企業(yè)不僅承受電量損失，還需要承擔(dān)一定的社會影響。目前我國大多數(shù)的配電系統(tǒng)都是采用小電流的接地方式，這種接地方式的主要優(yōu)點是當配電系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時，所產(chǎn)生的接地電流較小，故不會對配電線路的絕緣性能產(chǎn)生影響。但同時也由于配電網(wǎng)中所產(chǎn)生的接地電流較小，故難以對配電系統(tǒng)中的具體接地位置加以定位和測量，導(dǎo)致配電系統(tǒng)的故障處理時間較長。

1.2 10kV架空線路接地故障位置的傳統(tǒng)定位方法

10kV架空線路在運行的過程中，容易受到外界的干擾，如大風(fēng)、外力破壞等，容易出現(xiàn)接地故障，降低了配電系統(tǒng)的供電可靠性。當10kV架空線路發(fā)生了接地故障時，需要盡快實現(xiàn)接地故障位置的定位，從而縮短接地故障的處理時間，盡快恢復(fù)配電系統(tǒng)的正常供電[1]。在傳統(tǒng)的配電架空線路接地故障的定位方法中，主要包括以下類型，一是觀察法，這種方法是采用人工方式對架空線路進行巡視，這種方式的故障定位效率較低，較為原始落后，并且也費時費力。隨著配電線路的增多，有些故障位置較為隱蔽，此時采用人工方式進行巡視，可能難以發(fā)現(xiàn)具體的故障點。

其次是采用逐級推拉法，在配電架空線路中設(shè)置了多個支線開關(guān)，通過對這些支線開關(guān)進行逐級試拉，觀察變電站中是否依然報接地故障信息，這樣可以逐步縮小接地的故障區(qū)間。當拉開某個支線開關(guān)后，接地告警信息消失，則說明在該范圍內(nèi)發(fā)生了接地，從而實現(xiàn)配電架空線路接地故障的定位。但采用這種方式只能夠確定好哪條故障配電支線，對于支線中的具體位置依然位置，存在著一定的不足之處。再次是采用搖表法，這種方法是對各條配電支線進行絕緣性能測試，當在測試中發(fā)現(xiàn)某條配電支線的絕緣指標不合格時，就可以確定該配電支線為接地故障支線，但這種方法依然和逐級推拉法一樣，只能確定接地支線，無法確定具體的故障接地點。

2 架空線路接地故障位置的定位原理分析

對于架空線路接地故障位置的定位，可以按照先定段、后定點的原則，逐步實現(xiàn)精確的接地故障定位。首先是先選出發(fā)生接地故障的線路，之后再將該故障線路開關(guān)斷開，并采用直流法進行接地故障區(qū)段的定位。當采用直流法對架空線路進行接地故障位置測量時，需要向發(fā)生故障的架空線路中注入直流信號[2]。所注入的直流信號會通過接地點構(gòu)成回路，那么在故障路徑區(qū)域中就能夠測量到和注入信號近乎等值的直流信號，而對于非接地故障路徑，則只能夠測量到較為微弱的直流信號。利用該原理，在架空線路的關(guān)鍵分支處，對各個分支分別測量線路中所流過的直流信號，如果在某個分支處檢測到了直流信號，則說明接地故障點位于該分支處的下游區(qū)域。如果沒有檢測到直流信號，則說明接地故障點在該測量分支處的上游區(qū)域，這樣就能夠準確好接地的故障區(qū)段。

當確定好架空線路的故障區(qū)段之后，就需要對具體的接地故障點進行定點?？梢韵蚬收霞芸站€路的故障相注入交流信號，采用交流法進行定點。所注入的交流信號也會通過接地故障點形成回路，并且在接地故障點前后，所注入的交流信號在幅值上會發(fā)生較大的變化，這樣就可以確定出架空線路的接地位置。

3 10kV架空線路便攜式接地故障位置測量儀的研制

3.1 便攜式接地故障位置測量儀的硬件開發(fā)

根據(jù)上述所分析的架空線路接地故障位置的定位原理，可以制造出感應(yīng)器，架空線路接地故障排查人員只需要手持感應(yīng)器設(shè)備，就可以準確測量出具體的接地故障點。在10kV架空線路便攜式接地故障位置測量儀中，包括非接觸式感應(yīng)器和分析控制系統(tǒng)，非接觸式感應(yīng)器將所采集到的數(shù)據(jù)信息傳輸給測量儀中的分析控制系統(tǒng)進行計算，得出架空線路的具體接地故障位置[3]。由于感應(yīng)器為非接觸式，操作人員無需登桿，在架空線路的地面通過感應(yīng)器就能夠測量出被測導(dǎo)線上所注入的電流信號強度及注入電流的流向等信息。通過掌握這些信息，可以逐步縮小架空線路的故障范圍，從而實現(xiàn)架空線路接地故障點位置的準確判定，下圖1為便攜式接地故障位置測量儀的硬件結(jié)構(gòu)圖。

圖1 便攜式接地故障位置測量儀的硬件組成

從圖1中的硬件結(jié)構(gòu)圖中可以看出，在便攜式接地故障位置測量儀中所包括的硬件類型主要有電源模塊、電流傳感器、信號處理電路、數(shù)字量及模擬量采集電路、微處理器、顯示模塊、按鍵模塊、存儲模塊等。非接觸式感應(yīng)器主要是借助傳感器設(shè)備，通過信號處理電路和信號轉(zhuǎn)換電路，實現(xiàn)測量點電流信號的提取。分析控制系統(tǒng)主要是借助微處理器，對所采集到的數(shù)據(jù)信息進行計算，得出具體的接地計算結(jié)果。在微處理器中，需要對所采用到的數(shù)據(jù)處理算法進行改機和提高，并采用計算效率較高的算法，這樣才能夠保證裝置能夠?qū)λ杉降臄?shù)據(jù)進行快速有效的處理。在程序的編寫上，應(yīng)提高數(shù)據(jù)處理程序的運行效率，盡可能以較少的代碼完成整個計算過程。同時在便攜式接地故障位置測量儀中，通過按鍵模塊，可以實現(xiàn)對接地故障位置測量的操作。通過存儲模塊，可以將測量過程中的一些重要的數(shù)據(jù)加以存儲，這樣就方便之后對數(shù)據(jù)進行分析和查看。

3.2 便攜式接地故障位置測量儀的應(yīng)用步驟

傳統(tǒng)的10kV架空線路接地故障定位方法存在著較大的不足之處，如無法精準定位或者費時費力等。為了實現(xiàn)對架空線路接地故障點的有效測量，可以采用S信號注入法，來判定10kV架空線路接地故障的具體位置[4]。采用S信號注入法，可以構(gòu)建便攜式接地故障位置測量儀，實現(xiàn)對配電架空線路接地故障的快速測量和定位。這種方法在具體的應(yīng)用過程中，需要按照相關(guān)的步驟進行操作，這樣才能夠包括快速實現(xiàn)對配電架空線路故障點的測量，既能夠提高測量效率，也能夠提高測量的準確度，其應(yīng)用步驟如圖2所示。

圖2 S信號注入法的應(yīng)用步驟

從圖2中可知，在第一步測量基本設(shè)備的連接中，需要將S信號發(fā)生裝置與大地連接，做好接下來測量的相關(guān)準備工作。之后再構(gòu)成S信號發(fā)生及檢測回路，并進行S信號測量。在測量的過程中，需要將鉗流表令克棒與鉗流表連接，通過鉗流表讀取到S信號的檢測數(shù)據(jù)。依次采用鉗流表測量信號點兩側(cè)的三相信號值，若其中任意兩相的信號值在2毫安的范圍內(nèi)，則可以判斷該測量點這一側(cè)沒有發(fā)生接地情況。如果某兩相的S信號值不超過2毫安，但另外一相的數(shù)據(jù)遠遠大于這兩相的數(shù)據(jù)，則說明在這一側(cè)的線路方向上出現(xiàn)了接地情況，并且具體的接地點在信號最大的那一相上，從而有效縮短了接地點的區(qū)間。再次，可以采用二分法在鎖定的故障區(qū)間的中點進行進一步的測量，逐步測量，直到最終將故障點確定為止。

3.3 便攜式接地故障位置測量儀的應(yīng)用優(yōu)勢分析

由于10kV架空線路所經(jīng)過的地理位置普遍較為偏僻，通過人工肉眼進行故障點排查及位置測量的難度較高。此外通過配電系統(tǒng)的停電時間過長，則會使得電力企業(yè)承受較高的電量經(jīng)濟損失。而通過采用本文所分析的10kV架空線路便攜式接地故障位置測量儀，由于降低了故障測量所需要花費的時間，這樣就可以快速恢復(fù)配電系統(tǒng)的供電，提高電力企業(yè)的概念收益，具有較高的經(jīng)濟效益。同時由于供電可靠性的提高，還具有較大的社會效益，并且對于降低配電系統(tǒng)運維人員的工作勞動強度也具有積極意義。將該便攜式接地故障位置測量儀應(yīng)用在某實際供電公司的配電系統(tǒng)中，故障定位準確率能夠達到百分之百，取得了很好的應(yīng)用效果，也驗證了該架空線路便攜式接地故障位置測量儀的性能。