楊博 拓新路

（1.國網(wǎng)陜西省電力公司電力科學研究院 2.國網(wǎng)陜西省電力公司檢修公司)

配電網(wǎng)單相接地選線試驗技術

楊博1拓新路2

（1.國網(wǎng)陜西省電力公司電力科學研究院 2.國網(wǎng)陜西省電力公司檢修公司)

單相接地故障是配電網(wǎng)故障率最高的故障類型，對配電網(wǎng)供電可靠性產(chǎn)生顯著影響。準確識別故障線路是盡快修復故障的關鍵途徑，因此本文對配電網(wǎng)單相接地故障選線試驗技術進行了探討。

配電網(wǎng)；單相接地；故障選線

0 引言

從故障類型上分類，配電網(wǎng)故障可分為相間短路故障（AB、BC、CA、ABC）和接地故障（AG、BG、CG、ABG、BCG、CAG，其中G表示地）。接地故障發(fā)生頻率遠高于相間短路故障，尤其是單相接地故障占到配電網(wǎng)故障總數(shù)的80%以上[1]。

我國電力系統(tǒng)中，110kV及以上線路一般采用中性點有效接地方式，即中性點直接接地或經(jīng)低阻抗接地，因為發(fā)生接地故障時，故障電流很大，故也稱為大電流接地；110kV以下線路則采用中性點非有效接地方式，即中性點不接地或經(jīng)消弧線圈接地（也稱為諧振接地）、經(jīng)高阻抗接地，發(fā)生接地故障時，因不構成短路回路，接地電流較小，故也稱為小電流接地[2]。35kV和66kV電網(wǎng)主要采用中性點經(jīng)消弧線圈接地方式，6～10kV電網(wǎng)主要采用中性點不接地方式。但隨著電力系統(tǒng)容量的增長，單相接地故障點的電容電流也在變大，為了抑制接地電流，10kV配電網(wǎng)采用中性點經(jīng)消弧線圈接地方式越來越多。由于接地故障電流不大，而且三相線電壓仍保持對稱關系，所以允許帶故障運行1～2h。但長時間帶故障運行可能使故障發(fā)展為相間短路或多點接地故障，危及電網(wǎng)安全，故而單相接地故障應當盡快處理[3]。

故障準確定位是排除故障的前提，故障定位分為故障選線、區(qū)段定位和故障測距三個階段[4]，選線是查找故障點的第一步，也是其他兩步的基礎，其重要性不言而喻，因此本文對配電網(wǎng)單相接地故障選線試驗技術進行了探討。

1 配電網(wǎng)單相接地故障選線方法與發(fā)展趨勢

1.1 大電流接地系統(tǒng)單相接地故障的選線

對于采用大電流接地系統(tǒng)的110kV配電網(wǎng)來說，因為故障電流較大，比較容易檢測，采用過電流法進行選線定位，利用配網(wǎng)FTU或FPI檢測過流現(xiàn)象，通過分析故障信息，識別故障線路，然后隔離故障線路并恢復非故障線路供電。其原理與過流保護相同，判據(jù)較為明確，靈敏度和可靠性也比較好。對于供電距離較長的城郊或鄉(xiāng)鎮(zhèn)配電網(wǎng)，可利用阻抗法、電流對比法定位故障區(qū)段。

1.2 小電流接地系統(tǒng)單相接地故障的選線

對于采用小電流接地系統(tǒng)的配電網(wǎng)而言，因為故障電流較小，接地電弧不穩(wěn)定，故障特征不明顯，所以選線難度很大，迄今很少有非常令人滿意的產(chǎn)品，主要問題是選線準確度不高，很多故障仍需通過人工拉線方式確定，造成停電范圍擴大化。目前，小電流接地系統(tǒng)故障選線主要有外加注信號法和故障電氣量特征法兩大類。前者也稱為主動式故障選線法，向系統(tǒng)注入S信號、脈沖信號等，利用尋跡原理，通過探測接地點返回信號或出線阻尼率實現(xiàn)故障選線，但需增加信號源和檢測設備，投資較大，還存在注入信號功率受互感器容量限制、對間歇性接地電弧檢測困難等問題，影響實際效果。后者也稱為被動式故障選線法，并根據(jù)故障信號特征分量分為故障穩(wěn)態(tài)選線法和故障暫態(tài)選線法。穩(wěn)態(tài)選線法主要利用故障信號的穩(wěn)態(tài)特征分量，例如零序電流、零序電壓、有功分量、無功分量、負序電流、殘余電流、諧波等，這類方法的共同問題是遇到故障點電弧不穩(wěn)定乃至間歇性接地故障時，因缺乏穩(wěn)定的穩(wěn)態(tài)特征信號，常造成誤判。暫態(tài)選線法是利用接地故障后暫態(tài)電流特征，由于暫態(tài)特征分量遠大于穩(wěn)態(tài)特征分量，所以可以改善穩(wěn)態(tài)法故障信息不穩(wěn)定的缺點，但因暫態(tài)過程非常短暫，信號采集相對不易，該類方法有首半波法、小波分析法、Prony法等。

1.3 單相接地故障選線技術發(fā)展趨勢

單相接地故障選線技術的難點在于小電流接地故障選線，由于受到故障穩(wěn)態(tài)分量小以及故障相位角、互感器特性、故障電弧不穩(wěn)定、消弧線圈過補償乃至各種隨機因素的影響，采用單一選線技術不可避免地存在局限性或“動作死區(qū)”，故而難以滿足選線準確性要求，采用信息融合技術，綜合利用各種故障特征是小電流接地故障選線的發(fā)展趨勢，例如利用人工智能算法綜合多種故障特征，有利于提高選線可靠性，但因缺乏對信號本質特征的分析，實際應用效果仍有待實踐檢驗。除了利用電流、電壓、功率、波形等特征以外，探索其他特征量也是單相接地故障選線的一個發(fā)展趨勢，例如田書等[5]利用配電線路的磁場特征進行選線和定位。

2 配電網(wǎng)單相接地故障選線試驗技術

2.1 選線試驗方法

單相接地故障選線試驗大都采用仿真實驗法，該方法具有經(jīng)濟、安全、快捷的優(yōu)點，電力系統(tǒng)常用的仿真工 具 有 ATP-EMTP、PSCAD/EMTDC、NETOMAC、PSASP、MATLAB等。但仿真實驗設定的條件與電力系統(tǒng)實際運行情況多少會有些出入，所以仿真效果好不見得實際應用效果好。現(xiàn)場模擬試驗更接近實際情況，但試驗條件苛刻，文獻[1]即在實際線路上通過人工模擬驗證單相接地故障選線效果。合理做法是先經(jīng)過仿真實驗獲得理想方案，再制作樣機掛網(wǎng)試運行，下面案例即為樣機掛網(wǎng)試驗結果。

2.2 選線試驗案例

某10kV配電網(wǎng)線路結構如圖1所示，5條出線中L5處有單相接地故障。表1列出中性點不接地和中性點經(jīng)消弧線圈接地的現(xiàn)場故障選線結果。

表1 配電網(wǎng)單相接地故障選線試驗結果

由表1可見，小波包法對中性點經(jīng)消弧線圈接地有一個錯判，因該法在暫態(tài)過程不明顯時準確性下降，同時消弧線圈對接地電流的補償作用也帶來了分析的困難，導致判別準確性比中性點不接地低，然而融合多種判據(jù)保證了最終判別的可靠性。

3 結束語

配電網(wǎng)單相接地故障選線的難點在于小電流接地系統(tǒng)，尤其是中性點經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)選線難度更大。

目前故障選線技術的可靠性仍難以滿足實際需求，對配網(wǎng)智能化的建設和發(fā)展造成一定影響，因此有必要攻堅克難，從原理與技術應用方面取得突破，可喜的是多判據(jù)融合技術已現(xiàn)曙光，可能對未來選線技術帶來決定性影響。

[1] 謝成,金涌濤,胡葉舟,等.基于相關系數(shù)分析的配電網(wǎng)單相接地故障研判方法與試驗研究[J].浙江電力,2017,36(3)：17-23.

[2] 王智.配電網(wǎng)接地故障分析與判斷[D].宜昌：三峽大學,2012.

[3] 董富德. 10kV配電線路單相接地故障智能選線方法研究[D].廣州：廣東工業(yè)大學,2015.

[4] 唐金銳,尹項根,張哲,等.配電網(wǎng)故障自動定位技術研究綜述[J].電力自動化設備,2013,33(5)：7-13.

[5] 田書,王亞彩,王曉衛(wèi),等.基于磁場測量的配電網(wǎng)單相接地選線及定位新方法[J].電力系統(tǒng)保護與控制,2016,44(11)：61-67.

2017-09-17）