小电流接地系统故障定位方法研究

吕峰

（国网山东省电力公司邹城市供电公司273522）

摘要：我国配电网覆盖面积大、结构复杂，且普遍采用小电流接地的形式，因此，配电网容易出现各类故障。当配电系统故障发生时快速有效地检出故障位置对于稳定运行和供电可靠性具有重要意义。基于此，本文就小电流接地系统故障定位方法进行深入研究，以供参考。

关键词：小电流接地系统；单相故障；故障定位

1小电流接地故障定位技术现状

当小电流接地系统在运行过程中出现故障的时候，故障稳态信号通常都会有所减弱，而稳态电流将会下降到20A以下，此时工作人员难以对故障信号进行判别提取。当然，如果能够运用人工智能或者相关数学工具进行解决，可以进一步提高故障特征提取的准确性，但是这种方法目前依然处于起步阶段，一时还难以大量投入使用。目前现实中采用的许多故障定位技术具有一些共同的特征，即发生故障区域的接地电阻恒定都是在故障信号无任何干扰因素下假设的，这是一种理想情况，实际上很少存在这种情况，它具有很强的随机性，一般都会受到一些因素的干扰。这就需要在未来的研究中继续努力，以此获得更大的突破。

2小电流接地系统故障定位方法

2.1阻抗法

阻抗法故障测距的原理是通过求解电压电流平衡方程，得到测量端与故障点之间的线路阻抗值，再利用单位阻抗折算出故障距离。阻抗法有单端和双端测距两种，单端法是根据测量端的电流、电压关系，消去中间变量得到故障距离的表达式；双端法是根据线路两端的电流、电压关系列出电压方程，从而求得故障距离。双端电源系统单相接地故障的集中参数等值电路如图1所示。

图1双端电源系统单相接地故障集中参数等值电路

在图1中，F为故障点，M为测量端，x为测量端M到故障点F的距离，UM、IM分别为M端的实测电压、电流，Zl1、Zl0分别为线路的正序、零序参数，则利用单端阻抗法进行故障测距有：

式中：RF为过渡电阻；IF0为故障支路的零序电流；K为零序电流补偿系数；DA0为零序电流分布系数。对式（1）、式（2）联立求解得：

阻抗法故障测距硬件投资小，易于实现，已广泛应用于高压输电线路的故障定位，但其受故障过渡阻抗的影响较大，测量精度不高，其中双端阻抗法需要时间同步装置，目前主要采样GPS实现两端时间信号的同步。

2.2注入信号法

信号注入法是最为有效而且应用最广的故障定位方法。为了方便信号注入，在沿故障线路配置了多个注入信号探测器，故障发生时探测器能够自动检测注入电流信号并将探测结果自动传送至主站，这样就可以通过主站的检测结果分析得到故障区段信息，完成故障定位了。S注入法选线定位是通过注入系统信号的通路，通过母线PT向接地线的接地相注入信号电流，然后利用信号电流探测器查找故障线路和故障点，信号注入装置如图2所示。

图2S注入法故障定位原理示意图

2.3零序电流比较法

零序电流比较法可以划分为两种，一种是幅值法，一种是相位法。两种方法都是通过零序电流幅值和方向在不同位置中的检测点进行故障定位。当小电流接地系统在运行过程中因为某种原因而导致单相接地短路时，非故障相的对地电压将会出现一定的升高，而且暂态零序故障电流也会相应地产生。另外，根据中性点不接地系统的特征可以得知滞后零序电压为90°，而分析显示超前零序电压同样为90°，从这就可以看出故障点两侧的零序电流方向完全不一样，两者是相反的，但从故障点同侧的情况来看，零序电流幅值并无太大的差异，因此零序电流幅值最大检测点的下游区段即为故障区段。

2.4行波法

当线路发生故障时，故障点会产生向故障点两端传播的电压电流暂态行波，暂态行波在传递过程中遇到不连续阻抗时发生反射和透射现象，行波法就是利用同一波到达检测点的不同时刻列写方程求得故障距离。行波测距分为单端行波测距和双端行波测距两种。单端行波测距是利用发生故障时母线端测量到的第一个电压或电流行波与故障点反射波的时间差来计算母线到故障点的距离，图3所示为A型行波测距原理图。

图3A型行波测距原理图

设tM1是初始波头到达M端的时间，tM2是故障点反射波到达M端的时间，v是行波传播速度，接近光速，则母线M端到故障点的距离为：

双端行波测距是利用线路两端检测到的首个故障行波电压、电流波头的时间差来计算母线到故障点的距离，图4所示为D型行波测距原理图。

图4D型行波测距原理图

设故障点产生的行波t1时刻到达M端，t2时刻到达N端，l为线路全长则：l=vt1+vt2，l－x=vt2，母线M端到故障点的距离：

单端行波测距成本较低，具有较高的准确性，但需要检测的第二个波头（故障点反射波）容易与对端母线的透射波混淆，准确识别故障点反射波是单端行波测距的难点。双端行波测距具有较高的可靠性，但需要在线路两端装设检测装置和时间同步装置，成本较高。

2.5中电阻法

中电阻法是指在发生接地故障后的系统中性点投入一中值电阻，故障线路接地相与系统母线间会形成人为的故障电流，此故障电流在故障点上游可以检测到，而健全线路和故障点下游检测不到此故障电流，因此，可以通过检测这一人为的故障电流实现故障定位。中电阻法适用于谐振接地系统，但人为故障电流的形成对系统存在安全隐患，中性点投入电阻的设计较为困难。

3结束语

随着我国供电需求的不断增大，我国急需保证供电的可靠性，这就需要尽可能地减少配电网故障次数。本文提出了小电流接地系统故障定位的相关方法，在具体的工程之中，应该与配电网的结构和现场的实际条件相互的结合起来，才可以针对性地制定出故障定位方案，从而满足配电网故障定位的要求，确保配电网持续稳定地运行。

参考文献：

[1]朱玲玲，张华中，王正刚.基于小波神经网络单相断线故障选线和定位[J].电力系统保护与控制，2013，12（24）：112-114

[2]王晓卫，张涛，田书，等.基于近似熵的小电流接地系统故障区段定位方法[J].中国电力，2012，45（3）：1-6.

作者简介：

吕峰（1988.07.10），性别：男；籍贯：山东肥城；民族：汉；学历：硕士、研究生；职称：中级工程师，方向：电力系统