李 勇

（武漢三相電力科技有限公司）

0 引言

10kV中性點不接地系統(tǒng)在發(fā)生單相接地時，由于其系統(tǒng)在接地時電流變化較小因此不影響系統(tǒng)的運行，系統(tǒng)可帶故障運行2小時，當故障點長時間無法消除時只能通過選線合閘操作來進行故障清除，如果選線合閘依然無法實現(xiàn)故障的清除，系統(tǒng)長時間帶故障運行導致非健全相故障電壓升高，從而導致健全相過電壓跳閘。因此當線路發(fā)生單相接地時快速定位故障點成為解決多故障點的重要手段。

1 110kV中性點不接地系統(tǒng)綜述

10kV中性點不接地系統(tǒng)屬于小電流接地系統(tǒng)，其發(fā)生故障時大部分故障為單相接地故障，故障頻率較高，故障后造成的影響較大，可能導致導線斷線，變壓器損壞、區(qū)域內(nèi)線路大規(guī)模停電等，從而減低用電的可靠性，引發(fā)10kV線路跳閘的原因有很多，其中大部分比列為單相接地故障。

以下為單相接地故障帶來的危害：

第一，中性點不接地系統(tǒng)，當線路出來弧光接地時，線路自身無法實現(xiàn)滅弧，電弧的產(chǎn)生導致線路過電壓，持續(xù)時間過長可能導致線路斷線等情況，從而造成區(qū)域內(nèi)停電的不良影響。

第二，10kV系統(tǒng)采用單端供電模式，一般情況下支路繁多，當發(fā)生單相接地時，由于線路走廊分支較多，當前沒辦法定位出具體的故障位置，必須依靠人工選線的方法實現(xiàn)故障清除，而人工選線的方法操作復雜，一旦故障通過選線無法清除，線路運維人員需花費大量的人力物力出動，沿線排除故障，由于其分支繁多，線路走廊多處于荒郊野外，因此投入大量財力收效甚微。

因此當10kV線路發(fā)生故障時，不僅會影響自身的運行和電能質(zhì)量，嚴重者甚至導致線路斷線的情況，因此一種有效的故障定位手段顯得極為重要，近年來隨著行波定位技術的成熟應用，行波法故障定位成為電力系統(tǒng)故障定位的有效手段。

2 行波定位原理

行波法故障定位理論是根據(jù)行波傳輸理論實現(xiàn)線路故障測距的，利用小波包變換和傅里葉變換可實現(xiàn)波頭的波形提取，結(jié)合北斗的高精度GPS可實現(xiàn)故障經(jīng)確定位。行波法故障測距只受到波頭提取的時間差和GPS自帶精度的影響，從而減小了傳統(tǒng)阻抗法測距的誤差。

行波法是利用故障時刻線路電流、電壓突然發(fā)生變化所產(chǎn)生的高頻暫態(tài)行波在兩變電站和故障點之間折反射來進行故障精確定位的。其測距原理如圖1所示。

圖1 行波法測距等效模型

式中，m、n為行波監(jiān)測裝置；t1為左邊行波到達監(jiān)測點m的時刻；t2為右邊行波到達監(jiān)測點n的時刻；Xm為故障點到達左邊監(jiān)測點m的距離；Xn為故障點到達右邊監(jiān)測點n的距離。結(jié)合式（1）～式（3）可求取故障點距離監(jiān)測點的距離。

由式（1）～式（3）可知當電力系統(tǒng)發(fā)生故障時，故障點與監(jiān)測點之間的距離只與線路全長和泊頭的提取時間有關，與電力系統(tǒng)的供電方式、潮流方向有關，和接地點過度阻抗完全無關，可規(guī)避傳統(tǒng)的阻抗法測距帶來的精度問題的影響。

3 多故障點仿真

由于10kV供電系統(tǒng)絕大部分采用單電源供電模式，因此當發(fā)生故障時線路潮流是唯一確定的，根據(jù)此理論可對線路設置監(jiān)測點，對于每一相進行線路監(jiān)測點的設置，針對區(qū)間內(nèi)的故障點利用工頻進行區(qū)間判定。本次仿真模型具體如圖2所示。

圖2 單電源等效模型

由于10kV供電系統(tǒng)絕大部分采用單電源供電模式，因此當發(fā)生故障時線路潮流是唯一確定的，根據(jù)此理論可對線路設置監(jiān)測點，對于每一相進行線路監(jiān)測點的設置，針對區(qū)間內(nèi)的故障點利用工頻進行區(qū)間判定。本次仿真10kV線路參數(shù)如下表所示。

表 線路參數(shù)

本次仿真設置圖中監(jiān)測點1－2區(qū)間內(nèi)的距離為5km，設置2－3區(qū)間內(nèi)的距離為8km，設置1－2區(qū)間A相為單相接地點（設置開關KA1從0s開始接地，2s后開關KA2開始接地），設置2－3區(qū)間C相故障閃絡點，本次仿真故障是由于1－2區(qū)間存在接地點導致2－3區(qū)間的絕緣子閃絡最終發(fā)生跳閘。

3.1 工頻判定

3.1.1KA1閉合時

由于此系統(tǒng)為單端供電系統(tǒng)，當KA1閉合時，此時10kV系統(tǒng)單相接地，此時的B、C兩相電流基本不變，A相監(jiān)測點1和監(jiān)測點2的工頻電流方向如圖3所示。

圖3 KA1閉合時監(jiān)測點1、2工頻信號

此時系統(tǒng)發(fā)生單相接地未跳閘，可判定在1－2區(qū)間內(nèi)發(fā)生單相接地，此時系統(tǒng)并未發(fā)生跳閘，由于此系統(tǒng)為單電源系統(tǒng)，此時線路帶故障運行，然后保持KA1閉合狀態(tài)不變，此時閉合開關KA2。

3.1.2KA2閉合時

當KA2閉合時，此時由于線路發(fā)生兩相短路接地，因此線路發(fā)生故障跳閘。如圖4所示為KA2閉合時，監(jiān)測點2、3的工頻信號。

當KA2閉合時，此時由于線路發(fā)生兩相短路接地，因此線路發(fā)生故障跳閘。如圖4所示為KA2閉合時，監(jiān)測點2、3的工頻信號。由波尾明顯特征可知此時線路發(fā)生分閘，電流降為0。

圖4 KA2閉合時監(jiān)測點2、3工頻信號

3.2 行波診斷

3.2.1單相接地點行波診斷

由于此系統(tǒng)為單端供電系統(tǒng)，當開關KA1閉合時此時線路發(fā)生單相接地未跳閘，監(jiān)測點1和監(jiān)測點2采集到的行波信號如圖5所示。

圖5 KA1閉合時監(jiān)測點1、2行波信號

如圖5所示，行波信號為監(jiān)測點1、2在開關KA1閉合時接地高頻信號，t1為行波到達監(jiān)測點1的時刻，t2為行波到達監(jiān)測點2的故障時刻，由于監(jiān)測點1和監(jiān)測點2設置線路長度為5km，依據(jù)式（1）～式（3）可計算出接地點距離監(jiān)測點1距離為3.08km。

3.2.2故障跳閘點行波診斷

當開關KA1閉合時，2s后開關KA2閉合，此時線路由單相接地變成兩相短路故障，線路速斷保護動作，電源跳閘，如圖6所示，為監(jiān)測點2、3的行波電流信號。

如圖6所示，行波信號為監(jiān)測點2、3在開關KA2閉合時接地高頻信號，t1為行波到達監(jiān)測點1的時刻，t2為行波到達監(jiān)測點2的故障時刻，由于監(jiān)測點1和監(jiān)測點2設置線路長度為8km，依據(jù)式（1）～式（3）可計算出故障點距離監(jiān)測點2 距離為3.71km。

圖6 KA2閉合時監(jiān)測點2、3行波信號

4 結(jié)束語

1）配網(wǎng)系統(tǒng)單相接地危害較大，嚴重時甚至操作整個區(qū)域內(nèi)長時間停電，因此當系統(tǒng)發(fā)生單向接地時需要慎重處理對待。

2）行波測距可實現(xiàn)配網(wǎng)系統(tǒng)的多故障點精確定位，可對故障點和閃絡點做出明顯區(qū)分，對于配網(wǎng)運維人員線路維護具有重要意義。