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配电网单相接地故障测距方法探讨及应用



姚益杰

(国网浙江杭州市余杭区供电有限公司,浙江 杭州 311199)

 

摘要:介绍了配电网系统线路单相接地故障原因,探讨了国内外配电网单相接地故障研究现状,结合我国配电网系统的供电可靠性和电能质量的要求,提出了“选线+锁段+定位”的接地故障测距方法,并在余杭某配电线路进行了 验证,取得了良好的效果。

关键词:单相接地;测距;定位


0  引言

我国配电网主要以小电流接地方式为主,其优点是发生单相接地时故障电流较小,能保证人员和设备的安全;缺点是发生接地故障时故障电流较小,不易采集,无法直接参与故障测距的判断。配电网中最常见和最易发生的是 单相接地故障,占配电网线路故障的85%。因为其产生的原因很复杂,对运行设备和用电设备的影响较大,所以本文探讨了单相接地故障的测距方法,以快速选择出故障线路,准确定位故障点。


配电网单相接地故障原因

配电网发生单相接地故障时,配电线路会对大地直接放电,从而造成巨大的电能损耗,存在一定的安全隐患。单相接地故障不仅影响用户侧的供电可靠性,还增加了人力和物力损耗,造成不必要的经济损失。由于基层运维人员的技术水平和能力有限,供电公司又欠缺有效的技术手段和解决方法,无法实现单相接地故障的预防、快速定位和自动切除,因此使得配电网单相接地故障的定位问题成为配电网的技术难题。本文对当前的单相接地故障文献进行了梳理,对配电网供电线路的运行现状进行了调研,总结出配电网单相接地故障发生类型及原因。

(1) 天气因素。强风、雨雪、雷电等天气状况,使架空线路出现断线、倒杆和树木对线路放电等现象,从而引 起配电线路发生暂态或永久性的单相接地故障。产生的危害:造成配电变压器高压绕组单相绝缘击穿;造成配电变压器上的避雷器或熔断器绝缘击穿;造成导线上的分支熔 断器绝缘击穿、绝缘子击穿。

(2) 设备因素。设备自身故障和绝缘体老化未及时发 现或更换,导致线路的机@强度和绝缘水平降低,从而出 现配电线路单相接地故障I产生的危害:造成绝缘子击 穿、配电变压器高压引下线断线等设备故障;引发电缆自燃、火灾事故;停电范围、时间被扩大,造成不必要的经 济损失。

(3) 人为因素。外部施工考虑不足,造成地下电缆的 机械破损,电力杆塔的撞断或倒杆事件,从而引发配电线 路接地故障。产生的危害:造成供电设施损坏;造成人身 伤亡事故;破坏区域电网的系统稳定,造成不良的社会影响。

(4) 动态因素。在配电线路规划、设计之初,未充分考虑城市的发展和人民用电需求的扩大,使得用电负荷的分配、线路的接人等变得无序和不可控;随着时间的推移和城市的不断壮大,导致用电负荷分布和电源点分布不均衡,致使线路长时间处于过载运行状态,从而发生接地故障。产生的危害:线路发热烧断;缩短线路的使用寿命;产生高幅值的谐振过电压,危及变电设备的绝缘、击穿绝缘子,造成更大的事故。


2 单相接地故障测距研究现状

按照配电网的建设程度和发展实际,国内对配电网单相接地故障测距的研究可简化为三个阶段。初期,针对配电网单相接地故障的分析和定位困难的问题,各电力科研院所和高校学院进行了大量的理论分析和试验室仿真验证,但实际应用效果不理想。配电网单相接地故障发生的次数和概率依然很高,故障定位仿真值与实际故障位置相差较远,不能有效指导单相接地故障的排查。加上配电网结构各异、运行环境和工况多变,仅通过各种数学模型的搭建及新型算法等理论分析和仿真,无法从根本上解决配电网接地故障的定位和故障排查。中期,随着配电网自动化水平和智能化技术的提高,为配电网线路单相接地的定位提供了良好的技术手段。在配电网系统的故障选线方面,能准确定位故障线路,缩短运维人员的故障排查时间,但对于故障点位置的定位,尚无切实可行的方法,仍需人工巡线来排查故障。近期,在深人研究小电流接地配 电网单相接地故障时电气量特征和故障特点的基础上,提出了工频注人法、阻抗法和行波法等故障测距方法,可快速分析和缩小故障排查范围,提高故障定位的精度,缩短故障排查时间。但这些故障测距方法不具普适性,因此配电网单相接地故障的研究仍需投人大量的人力与物力。


配电网单相接地故障测距

本文在总结国内外研究成果的基础上,提出了“选 线+锁段+定位”的接地故障测距方法。

第一步,利用目前智能化故障指示器的动作情况和报 警信息选择出故障线路。配电网改造和建设中绝大多数地 区的配电线路均安装了故障指示器,在线路出现故障时短 路电流会使故障指示器动作,并自动翻牌和发信至配电监 视系统主站。如图1所示,当配电网线路发生接地故障 时,根据配电监视系统的故障指示器的动作信息和线路断 路器的状态变化情况,可快速判断接地故障线路为出线3。


 

 1  配电网故障线路示意图


第二步,利用电压-时间型断路器与分段开关的配合 逻辑来迅速锁定故障区段。通过线路电压与故障时间的?;づ浜下呒?,闭锁故障点相邻的断路器为分位,并重合非故障区段内的断路器,从而实现故障区段的隔离与非故障区段的复电。如图2所示,当线路3发生单相接地故障 时,故障点相邻的断路器C2、C3迅速分开,使故障区段被迅速隔离且非故障区段的断路器经重合闸恢复供电,从而锁定故障区段b。


  

配电网故障区段选择示意图


第三步,通过人工巡线的方式查找故障区段内的明显 故障点,直接定位故障源;或利用专用信号发生设备向故 障区段注人特定(225Hz)电流信号,通过检测故障线路的 电流返回值查找故障点的位置,如图3所示。


  

单相接地故障点定位示意图


实际应用

为了验证本文提出的“选线+锁段+定位”接地故障测 距方法的有效性,选取了余杭地区某配电网的5条配电线 路作为试点区域。首先在试点区域搭建了配电监视系统,在线路上安装了故障指示器、电压-时间型断路器与分段开关。其次任意选取一条配电线路,预先在设定区域进行人为单相接地故障试验,并采集故障线路的零序电压与电流(波形如图4所示),根据试验结果进行了总结,编写了相应的定位方法和测试方案。最后经过半年的试运行,证 明了本文提出的测距方法的有效性。


 

 故障线路零序电压与电流波形图


5  结语

配电网单相接地故障测距精度的提高,能改善配电网 现状和促进配电网系统的健康发展。本文根据配电网单相接地故障的特殊性和技术难点进行针对性分析,并提出“选线+锁段+定位”的接地故障测距方法。通过在余杭某配电线路上应用该测距方法,准确找到了故障点的位置,并快速将故障区域进行了自动隔离,证明了该非法的有效性。



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