10kV架空线路单相接地故障的定位方法分析
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摘要：10kv架空线路单相接地故障会引发多方面的问题，不仅影响供电系统的安全运行，也会造成其他方面的故障问题，甚至引发多相线路故障，必须加大对10kV架空线路单相接地故障定位方法的研究力度。文章首先分析了10kV架空线路单相接地故障定位与选线的必要性，然后探究了具体的故障定位方法。
关键词：10kV架空线路；单相接地故障；供电系统；故障定位；故障选线 文献标识码：A
中图分类号：TM726 文章编号：1009-2374（2015）29-0129-02 DOI：10.13535/ki.11-4406/n.2015.29.065
1 10kV架空线路单相接地故障定位的意义
10kV架空线路发生单相接地故障频率较高，故障发生后可能造成故障跳闸，电气装置损坏、继电保护性设备不动作，配电线路大规模断电等问题。这些故障问题的出现会为配网带来巨大的经济损失，引发较为复杂的事故与伤亡问题。引发架空线路故障问题的原因十分复杂，其中单相接地故障就是主要原因之一。
单相接地故障会引发多方面的危害性问题，具体体现在：
第一，因为现阶段大多数10kV输电线变压器一端选择三角形接法，尚未设置消弧线圈，某一线路出现单相接地故障，其他线路对地工频电压就会相对上升，使得用电设备走向过电压运行模式，从而形成两点、多点的故障短路以及相间短路问题，造成严重的跳闸停电问题，也可能导致电缆烧毁，引发严重的经济损失性
问题。
第二，通常的配电网都选择中性点接地模式。一旦线路出现单相接地故障，因为无法形成低阻抗短路回路，就会导致接地短路电流变小，出现小电流接地的问题，更重要的是电网结构一般呈现出树形结构，单端电源供电。因此，一旦出现单相接地故障，则很难判断究竟故障所在的具体相路、方位，也就是无法准确定位故障位置。现阶段，针对这一问题依然选择拉路法，依靠这一方法来实施单相接地选线，或者通过人工巡视的方法来目测故障接地的具置，这无疑会加剧供电部门故障排除的成本投入，也影响供电恢复的时间，从而引发更为严重的单相接地问题。
从以上分析能够看出，10kV架空线路单相接地故障问题不仅会影响架空线路自身的运转与运行，影响供电质量，还可能造成其他较为严重的供电系统危害和风险，而且当前的故障定位技术也相对落后，无法同现代化自动化的电力系统相适应，亟待改进和发展。因此，必须加强10kV架空线路单相接地故障的定位技术和方法的研究，发挥这些方法的积极作用。
2 10kV架空线路单相接地故障的定位方法
2.1 以往的故障定位模式
10kV架空线路配电网单相接地故障定位通常采用人为的巡检的方法，故障查找工作者要围绕故障线路来巡查、寻找，逐渐排除发现故障点，最终解决故障。这样的方法往往会延长时间，也会加大人力、物力等的投入与消耗，而且会影响用户的正常用电，影响供电服务质量。由此可见，传统的单相接地故障定位方法具有一定的局限性，需要改进和优化。
2.2 改进后的故障定位模式
2.2.1 阻抗法。当故障发生时，可以通过测量故障线路的电流、电压，来计算故障回路的阻抗，再假设架空线路为均匀性，其长度与阻抗则成正比，根据这一关系，就能大致计算得出故障线路的位置。这一故障定位法最明显的优势体现在：成本低、简便安全；然而其也存在缺陷，那就是很容易受到路径阻抗、电源参数等因素的影响。通常阻抗法适合应用在结构相对基础、线路较为清晰、简单的架空线路中。同时，阻抗法还存在一些弱点，那就是不能有效识别真正的故障点，也无法及时排除伪故障点。因此，阻抗法不适合用在分支较多、结构复杂的配网线路中，一般来说，阻抗法只作为一种附加的辅方法用在架空线路单相接地故障定位，将阻抗法同S注入法、行波法等有效配合起来，能够更加有效地定位故障。
2.2.2 注入法。交流注入法的具体工作过程为：依靠重合器将发生故障的线路隔离出来，再输入高压信号，并使电流控制在100～200mA。再利用检测器顺着架空线路来逐级检查，自隔离部位的初始位置开始到末尾慢慢检查，一旦发现被检测区段的前后存在两倍以上的信号差，就能初步断定故障点大概在这一位置。这种检测方法也存在一些缺点和弊端，这是由于通常情况下，架空线路和地面之间存在一定距离，更长的距离达到10米，期间电流也相对较小。然而，因为所测算的信号同流经线路的信号之间成正比。这种定位检测方法无需过高的精度，对于故障点附近较为明显、强度较高的信号，检测器就能将其准确地检测出，进而科学定位故障点，具体的信号源结构图如1所示：
图1 信号源结构图
在线路所处的方位设置交流信号源，如上图1所示，其中R代表变频器，主要发挥着信号转换的作用，能够将50Hz的信号转换成60Hz，以此为基础将信号输入线路重合器内，测出PT，故障处隔离重合器的一端通常带电，其中T代表升压变压器，主要功能就是提升电压，把发生故障的那一相线路同交流输出一侧链接起来，对应的输入端接地，再注入60Hz、100～200mA的
信号。
S注入法也是一种故障定位方法，具体原理如图2
所示：
图2 S注入法
如果配网处于常规工作状态，那么UAN=UBN=UCN=U0假设A相发生短路故障，那么则有UAN=0，UBN=UCN不等于0，此时则应该参照相电压的变化，从而分析得出故障的位置，也可以朝A相注入电流，那么其中就产生了电流，再途径接地点F接地。因为发生故障的A相会出现磁场，对应来找出故障点。
2.2.3 行波法。架空线路出现故障问题时，会对应出现行波，可以根据行波在母线与故障点间来回往返所花费的时间来对应测算故障的实际距离，或者通过分析行波抵达线路两侧的时间差来对应测算出故障距离。这种故障定位法就是行波法，主要的行波法包括四
大类。
A类行波定位：就是通过依靠故障发生时出现的行波来具体分析单端故障所在的位置。B类行波定位：就是通过依靠故障发生时出现的行波来具体分析双端故障所在的位置。C类行波定位：当线路发生故障后，认为地把脉冲信号输入。E型行波定位：当单线接地故障出现后，在开关重合闸的一刹那来输入电流脉冲。
同时，行波的运行会受到故障点的干扰，因为位于故障点之前和之后的波形会差异较大，位于故障点的相位差也会发生畸变，在已经定位故障区域的基础上，凭借行波能量对应发现故障点。由于10kV配网拓扑结构相对简单、稳定，根据S、V的关系，能够知道行波达到故障点的时长，对应算出行波能量。假设故障区域的行波能量忽然上升，则意味着能量较高的点为故障点，具体可以运用以下公式计算：
式中：i为节点行波；j为频带；x为离散点个数。
行波法的故障检测法其构造相对简单，便于操作，而且不容易受到各种变化性因素的影响，行波法在实际运用中，要想切实发挥故障定位的功能，就要重点捕捉行波波头，明确波头抵达的具体时间来明确故障的位置。行波法在故障定位中也存在一些弱点和问题，那就是由于行波信号属于传播性质的混合信号，这些信号可能会对行波定位故障的精准度带来影响，因为不同的传播方式，有不同的频率分量，对应的传播速度也不同，最终造成行波畸变现象的出现，这样就会影响行波法定位故障的精准度。
3 结语
10kV架空线路结构相对复杂，且存在较多的分支线路与节点，这就使得其故障判断难免出现困难，必须加大对单相接地故障定位方法的研究力度，开创更多的单相接地故障定位的科学方法，提高架空线路的运行质量和水平。
参考文献
[1]梁志瑞.一种小电流接地系统单相接地故障测距新方法[J].电力系统自动化，2009，（5）.
[2]丁荣，王书孟，佟岩冰.10kV及以下配电线路典型故障分析与预防[M].北京：中国电力出版社，2012.
作者简介：梁耀炳（1983-），男，广东江门人，广东电网有限责任公司江门新会供电局工程师，研究方向：配网运行及规划管理。