配网自动化系统中接地故障区段定位方法研究

配网自动化系统中接地故障区段定位方法研究

秦坤

国网武汉市黄陂区供电公司 430300

摘要：目前，我国应用的中压配电网多采用架空线的建设模式，其中包含数量较多的小电流系统，其产生的单向接地故障占电网故障总比的60％以上，但由于目前配网自动化系统中缺乏针对接地故障区段的定位功能，致使配电网自动化系统的整体稳定运行受到影响。

关键词：自动化系统；接地故障；区段定位；方法研究

引言

通过明确接地故障区段定位和分区定位的原理，利用物理模拟实验和挂网实验进一步确定接电故障的边界节点，从而缩小维护范围，旨在为配网自动化系统的建设和升级提供稳定支持。因此对配网自动化系统中接地故障区段的定位方法进行研究和应用具有重要意义。

1.接地故障区段定位原理

1.1辐射性接线方式

通常情况下，配电网会采取闭环设计、开环运行的建设模式，不同系统线路在双电源的连接下与开关相连并形成环形结构。在配电网正常运行使用过程中，双电源处的连接开关断开，配电线路自变电站引出开始进行开环运行，此时辐射型连线方式呈现树状结构，这是现阶段我国配电网系统较为普遍的一种接线模式。

１.2故障选线与定位

非有效接地系统中若出现接地故障，非故障会从原本的地电压变为线电压，尤其是当间接性弧光接地出现的情况下，受到电荷的限制，中性点无法有效释放通路，从而导致弧光接地过电压威胁线路绝缘，持续情况下会进一步发展成为相间短路，此时就需要及时快速地定位故障线路，并排除故障。

故障选线具体是指从同一母线下连的多条线路中，识别选择产生接地故障线路并进行进一步判断的过程。故障定位具体是指继续依据故障信息特征对故障区间进行定位，并准确找到发生故障支路的过程，其描述示意图。在配网线路上合理设置故障检测点，将相邻的多个检测点相连形成的边界线可进一步准确定位线路区间，提升故障接线和故障定位的效率。

不同类型的配电网上设置的检测点作用也存在差异性，变电站配网母线上的检测点应用于零序电压向量的获取，这类功能的检测点若仅应用于故障定位则将其称之为普通线路检测点，若这类功能检测点同时应用于馈线控制则将其称之为特殊线路检测点。当相邻的检测点中包括普通线路检测点，那么以之为边界线所确定的线路区间是段，相邻检测点均为特殊线路检测点，那么以之为边界线确定的线路区间是区。

1.3获取接地故障特征信息

1.3.1中性点不接地系统故障特征

当辐射型接线结构线路中产生小电流接地故障时，其不稳定的零序电流相量受到线路端点母线位置的影响，无法明确其具体分布，且基于配网线路支路繁杂、距离较远的特点，进行人工巡线故障定位具有一定的难度，这时选择固定检测点进行故障零序电流的监测受到信号衰减的影响较少。当中性点不接地系统中某定点出现了单相接地故障，就如同在这一定点处增加了零序电压源，线路感抗较低且经过的零序电流偏小，整个线路上承受的零序电压基本相等。

从理论角度分析，当未出现故障现象时零序电压应为0，但零序电压同时还受到不对称线路等其他因素的干扰，因此将线路零序电压故障阈值设为α，当流经零序电压超过这一规定值则视为小电流接地故障的发生并运行故障定位功能。

1.3.2消弧线圈接地系统故障特征

消弧线圈接地故障是接地故障的又一重要表现形式，在整个电力运行系统中，因消弧线圈带有补偿性能（过补偿），在其影响下故障处线路流经的零序电流相位，相比于未出现故障部位的线路相位并未呈现出明显差异。但若将两处的电流幅值进行测试对比，则可显示出故障处零序电流幅值比较低的问题。

在配网线路产生故障后，其电网仍可在一定时间范围内继续使用，电网将针对消弧线圈的运行模式加以持续干预控制，线圈在此期间不断呈现过度补偿和缺乏补偿的状态，此时通过观察零序电流相量即可察觉其变化。

为有效获取故障特征信息，工作人员须充分利用配网自动化系统实现对零序电压、零序电流等相关参数的采集和整理，在自动化终端的智能运行下将相关数据参数分类整理并录入数据库内储存，使后续的故障分析有据可循。

完成高效数据参数采集工作后，工作人员可以利用GPS或GPRS技术确保相量数据采集的同步性和实时传输性，开展各检测点相位差实际数值的计算，计算公式为：Δφｉ＝φｉ－φ。公式中ｉ表示测试点编号，φ表示绝对相位，其中φｏ表示变电站相位，运用这一公式进行具体计算可最终得到各检测点间的相位差，同时与采集整理的零序电压数据进行结合即可获取故障特征信息。

1.4故障分段定位法

故障分段定位法可以实现各检测点零序电流相量参数的自动采集和收集，并及时判断出产生故障的线路段位得出分析结论。在单电源辐射结构线路中，包含普通线路检测点的相连检测点将其划分为不同的段，一个段内可能同时存在２个或多个检测点对其进行界定和判断。其中，单电源辐射线路故障段流经的零序电流具有一定的方向，在进行故障段的定位处理过程中变电站根测点只负责零序电压相量参数的采集工作，其中故障点一定位于这一根测点的下游；而将叶节点作为假设检测点时，故障点一定位于叶节点的上游。

2故障定位物理模拟实验与挂网测试

2.1故障定位物理模拟实验

为进一步将故障定点具体到某一区域内，工作人员需要充分了解配电线路系统中的各项数据参数，立足于线路实际情况构建对应故障分区的定位模型，接地故障分区定位模型。为保证故障定位区域的准确性，首先应在负荷开关相关区域内设置检测点，并用D代表一区域的相邻矩阵，用ｔ代表标识相量，用Ａ代表开关部分检测点的总数，用B代表其余部分的检测点总数，因此配电网系统中全部检测点的数量就等于A＋B＋1。在上述设定的基础上开展故障边界线节点计算，从而明确故障分区的对应边界位置。进行故障定位物理模拟实验时可借助10KV配电网的新能源电力系统物理模拟平台，利用先进技术实现单相接地故障模拟实验的构建。不同检测点相位差数据、差异提示和故障段边界节点在配网自动化系统接地故障中具有重要意义，以上述参数为基础可有效提升故障定位的准确性。

2.2挂网实验

在配网自动化系统中发生接地故障时，发现故障现象后工作人员可以利用配电自动化技术，并通过AFFABN算法的辅助明确故障边界节点的具体范围，从而使故障及时有序地解决。为进一步确认接地故障是否排除成功，工作人员会采用挂网实验的方式对配电系统运行情况作出全面检测和分析。以某电力企业小电流接地故障处理方案为例，经过挂网实验测试结果可知，在排除接地故障前１号检测点的零序电流处于滞后状态，零序电压达到90°，再对２号和３号检测点开展实验测试可发现其零序电流状态与１号相同，当接地故障排除解决后各检测点则无明显异常，因此挂网实验的应用对精准定位配电自动化系统故障具有极高的应用价值。

结语

实现配网自动化系统接地故障定位的高效化和精准化可为维修检测人员带来极大的便利，并为馈电线路的控制和保护提供了极富价值的理论参考。因此在配网自动化系统中提升接地故障定位技术可以有效推动配电系统自动化和智能化建设，实现整个系统的稳定良好运行。

参考文献

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