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详解基于故障指示器的配电网接地故障定位方法

三新电力 - 技术部    2020-09-24    浏览:    二维码

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摘要:由于配电网直接接触用户,因此其出现故障后容易对人身财产安全造成威胁。我国的配电网大部分采用的是不接地与消弧线圈接地方式,统称为小电流接地方式。这种接地方式对于提高供电可靠性十分有效,在发生单相接地时,电网可以继续运行。但...

由于配电网直接接触用户,因此其出现故障后容易对人身财产安全造成威胁。我国的配电网大部分采用的是不接地与消弧线圈接地方式,统称为小电流接地方式。这种接地方式对于提高供电可靠性十分有效,在发生单相接地时,电网可以继续运行。但是,这种接地方式同时会导致故障的选线定位更加困难,对公共安生造成巨大威胁。例如,电缆线路发生弧光接地故障时,若不能及时处理,很容易发展成为相间短路故障。

随著配电网运行的安全问题越来越受重视,配电网接地故障的选线与定位技术不断发展。目前,实践应用中比较成熟的方式是将能够识别一定电气量信号的故障指示器挂在线路上,通过采集配电网下同线路、不同位置的电气量来判断故障线路与位置。

1基于故障指示器的选线原理概述

故障指示器一般具备电流采集、电场测量和无线通信功能。基于故障指示器的配电网接地故障选线与定位的基本原理是通过在不同的线路、同一条线路的不同区段分别安装故障指示器,以采集故障发生时的某些特征量为判断依据来判断故障的发生,并完成故障的选线与定位。具体实现方式大致分为两种:一是人为制造个有明显特征的电气量,使其仅流过故障线路与接地点,从而选出故障线路并将故障点定位在该线路两个故障指示器之间的位置,称为外施信号法;另一种方法是直接利用故障发生时的一些特征量进行判断,同样将故障定位至故障线路上两个故障指示器之间,称为录波法。 

2 外施信号法基本原理

外施信号法的故障选线需要引入信号发生装置,即信号源。该信号源应能够发出特征明显的信号。通常采用的信号源是3个单相开关与一个小电阻串联,如图1所示。3个开关的另一端分别街道三相母线上,电阻的另一端接地。此外,信号源中还有PT/CT等装置。

信号源结构示意图
圈1信号源结构示意图

当故障发生时,通过反复闭合-断开接于非故障相的开关制造交流脉冲。在开关闭台时,系统实质上处于两相经电阻短路状态,因此能够产生较大的工频电流,位干线路上的故障指示器则通过检测该电流脉冲是否流过自身所在位置来判断故障线路与位置。 具体实现方式如图2所示。

外施信号法原理示意图
图2 外施信号法原理示意图

若出现2点F处C相发生接地故障,连接在母线上的信号源检测到中性点电压偏移后启动,并通过反复闭合-断开A(B)相接触器来发出交流脉冲信号。在开关断开时,流经故障点的电流仅为系统的电容电流;在开关断开时,A(B)相与C相经过接地电阻R0/过渡电阻R1与线路等效阻抗相连,流过的电流值明显大于系统电容电流与负荷电流。该电流脉冲会沿着图2中虚线所示部分流过,只会被线路2点3位置C相的故障指示器检测到,系统其他位置指示器则检测不到,故可以确定故障发生在线路2的C相,编号为3-C与4-C的故障指示器之间的位置。

3 录波法基本原理

录波法并不使用额外的信号源,而是通过故障前后的电气量变化来判断故障线路与位置。所采用的判断方法可分为暂态法和稳态法,此处以稳态法为例进行说明。

 录波法原理示意图
图3 录波法原理示意图

以上述简单网络为例,F点发生故障后,有对称分量法将网络分为正序/负序和零序网络。以零序电流作为判据,单独分析零序网络,故障的发生相当于在故障点处引入了一个三相零序电源,由其产生的零序电流的分布如图3所示。

可以看出,流经故障点上游的故障指示器的电流方向与系统其他位置相反,由此可以确定故障线路与故障点的位置。

除了采用稳态量之外,还可以利用故障发生瞬间的电气量变化判断故障的位置。如在故障发生时刻,由于三相电压的变化会导致其对地电容有短暂的充电或放电过程,通过测量该电流在各条线路的方向,也能完成故障的选线定位。

录波法可以利用不同的判据适用于不接地系统或消弧线圈系统,优点在于无需安装信号源,也不会加重故障点的故障。但是,为了保证测量判断结果的准确性,该方法对故障指示器的采样频率/采样精度/时钟同步以及无线传输能力要求较高,增加了成本。此外,录波法中故障指示器一般要测量线路周围的电场分布,而空间电场分布受外界环境影响很大,容易造成误报。

4 结语

配电网面临的的运行环境十分复杂,各种故障呈现的特点也不尽相同,给配电网接地故障的定位带来了挑战,而目前尚未出现能够全面解决所有配电网接地故障的技术方法。本文介绍了的两种方法初步经过实践应用,被证明是有效的,且适用性较强。综上所述,两种方法虽然存在各自的局限,但随着技术水平的不断进步,都有广阔的发展前景。

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