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詳解|基于故障指示器的配電網(wǎng)接地故障定位方法
由于配電網(wǎng)直接接觸用戶,，因此其出現(xiàn)故障后容易對人身財(cái)產(chǎn)安全造成威脅,。我國的配電網(wǎng)大部分采用的是不接地與消弧線圈接地方式,，統(tǒng)稱為小電流接地方式,。這種接地方式對于提高供電可靠性十分有效,，在發(fā)生單相接地時(shí),，電網(wǎng)可以繼續(xù)運(yùn)行,。但是，這種接地方式同時(shí)會(huì)導(dǎo)致故障的選線定位更加困難,，對公共安生造成巨大威脅,。例如，電纜線路發(fā)生弧光接地故障時(shí),，若不能及時(shí)處理,，很容易發(fā)展成為相間短路故障。
隨著配電網(wǎng)運(yùn)行的安全問題越來越受重視,，配電網(wǎng)接地故障的選線與定位技術(shù)不斷發(fā)展,。目前，實(shí)踐應(yīng)用中比較成熟的方式是將能夠識(shí)別一定電氣量信號(hào)的故障指示器掛在線路上,，通過采集配電網(wǎng)下同線路,、不同位置的電氣量來判斷故障線路與位置。
1基于故障指示器的選線原理概述
故障指示器一般具備電流采集,、電場測量和無線通信功能,。基于故障指示器的配電網(wǎng)接地故障選線與定位的基本原理是通過在不同的線路、同一條線路的不同區(qū)段分別安裝故障指示器,，以采集故障發(fā)生時(shí)的某些特征量為判斷依據(jù)來判斷故障的發(fā)生,，并完成故障的選線與定位。具體實(shí)現(xiàn)方式大致分為兩種：一是人為制造個(gè)有明顯特征的電氣量,，使其僅流過故障線路與接地點(diǎn),，從而選出故障線路并將故障點(diǎn)定位在該線路兩個(gè)故障指示器之間的位置，稱為外施信號(hào)法,；另一種方法是直接利用故障發(fā)生時(shí)的一些特征量進(jìn)行判斷,，同樣將故障定位至故障線路上兩個(gè)故障指示器之間，稱為錄波法,。
2 外施信號(hào)法基本原理
外施信號(hào)法的故障選線需要引入信號(hào)發(fā)生裝置,，即信號(hào)源。該信號(hào)源應(yīng)能夠發(fā)出特征明顯的信號(hào),。通常采用的信號(hào)源是3個(gè)單相開關(guān)與一個(gè)小電阻串聯(lián),，如圖1所示。3個(gè)開關(guān)的另一端分別街道三相母線上,，電阻的另一端接地,。此外，信號(hào)源中還有PT/CT等裝置,。
圈1信號(hào)源結(jié)構(gòu)示意圖
當(dāng)故障發(fā)生時(shí),，通過反復(fù)閉合-斷開接于非故障相的開關(guān)制造交流脈沖。在開關(guān)閉臺(tái)時(shí),，系統(tǒng)實(shí)質(zhì)上處于兩相經(jīng)電阻短路狀態(tài),，因此能夠產(chǎn)生較大的工頻電流，位干線路上的故障指示器則通過檢測該電流脈沖是否流過自身所在位置來判斷故障線路與位置,。 具體實(shí)現(xiàn)方式如圖2所示,。
圖2 外施信號(hào)法原理示意圖
若出現(xiàn)2點(diǎn)F處C相發(fā)生接地故障，連接在母線上的信號(hào)源檢測到中性點(diǎn)電壓偏移后啟動(dòng),，并通過反復(fù)閉合-斷開A（B）相接觸器來發(fā)出交流脈沖信號(hào),。在開關(guān)斷開時(shí)，流經(jīng)故障點(diǎn)的電流僅為系統(tǒng)的電容電流,；在開關(guān)斷開時(shí),，A（B）相與C相經(jīng)過接地電阻R0/過渡電阻R1與線路等效阻抗相連，流過的電流值明顯大于系統(tǒng)電容電流與負(fù)荷電流,。該電流脈沖會(huì)沿著圖2中虛線所示部分流過,，只會(huì)被線路2點(diǎn)3位置C相的故障指示器檢測到，系統(tǒng)其他位置指示器則檢測不到,，故可以確定故障發(fā)生在線路2的C相,，編號(hào)為3-C與4-C的故障指示器之間的位置,。
3 錄波法基本原理
錄波法并不使用額外的信號(hào)源，而是通過故障前后的電氣量變化來判斷故障線路與位置,。所采用的判斷方法可分為暫態(tài)法和穩(wěn)態(tài)法,，此處以穩(wěn)態(tài)法為例進(jìn)行說明。
圖3 錄波法原理示意圖
以上述簡單網(wǎng)絡(luò)為例,，F(xiàn)點(diǎn)發(fā)生故障后,，有對稱分量法將網(wǎng)絡(luò)分為正序/負(fù)序和零序網(wǎng)絡(luò)。以零序電流作為判據(jù),，單獨(dú)分析零序網(wǎng)絡(luò),，故障的發(fā)生相當(dāng)于在故障點(diǎn)處引入了一個(gè)三相零序電源，由其產(chǎn)生的零序電流的分布如圖3所示,。
可以看出,，流經(jīng)故障點(diǎn)上游的故障指示器的電流方向與系統(tǒng)其他位置相反，由此可以確定故障線路與故障點(diǎn)的位置,。
除了采用穩(wěn)態(tài)量之外,，還可以利用故障發(fā)生瞬間的電氣量變化判斷故障的位置。如在故障發(fā)生時(shí)刻,，由于三相電壓的變化會(huì)導(dǎo)致其對地電容有短暫的充電或放電過程,，通過測量該電流在各條線路的方向，也能完成故障的選線定位,。
錄波法可以利用不同的判據(jù)適用于不接地系統(tǒng)或消弧線圈系統(tǒng),，優(yōu)點(diǎn)在于無需安裝信號(hào)源，也不會(huì)加重故障點(diǎn)的故障,。但是,，為了保證測量判斷結(jié)果的準(zhǔn)確性,，該方法對故障指示器的采樣頻率/采樣精度/時(shí)鐘同步以及無線傳輸能力要求較高,，增加了成本。此外,，錄波法中故障指示器一般要測量線路周圍的電場分布,，而空間電場分布受外界環(huán)境影響很大，容易造成誤報(bào),。
4 結(jié)語
配電網(wǎng)面臨的的運(yùn)行環(huán)境十分復(fù)雜,，各種故障呈現(xiàn)的特點(diǎn)也不盡相同，給配電網(wǎng)接地故障的定位帶來了挑戰(zhàn),，而目前尚未出現(xiàn)能夠全面解決所有配電網(wǎng)接地故障的技術(shù)方法,。本文介紹了的兩種方法初步經(jīng)過實(shí)踐應(yīng)用，被證明是有效的,，且適用性較強(qiáng),。綜上所述,，兩種方法雖然存在各自的局限，但隨著技術(shù)水平的不斷進(jìn)步,，都有廣闊的發(fā)展前景,。