何颖
广西电网有限责任公司河池金城江供电局 547000
摘要：多数配电自动化系统仅具备相间短路故障自愈功能，对单相接地故障缺乏有效的处理手段。在此背景下，针对中性点非直接接地的配电网提出将小电流故障选线装置接入配电自动化系统，在发生单相接地故障时，通过线路上智能开关的分合控制及单相接地报警信号的时序逻辑来判断故障区间，并通过配电自动化系统隔离故障区域，恢复非故障区域供电，实现配电网单相接地故障自愈。最后通过试验验证策略的有效性和必要性。
关键词：单相接地；配电自动化；智能配电网；自愈；供电可靠性
引言
架空线是我国中压配电网的主要形式，其接地故障数量、形式繁多，其中单相接地故障是主要的故障形式，据统计单相接地故障占架空中压配电网故障总数的比例在80%以上。现有的故障测距方法研究主要集中在注入法测距、基于故障稳态量测距和基于故障暂态量测距，其中故障稳态量测距的方法在小电流接地系统中基本失效。我国现有的配电网自动化系统受制于技术原因，小电流接地故障检测与定位功能基本没有相关报道，个别系统虽具有检测定位功能但实用效果很差，以至于传统的人工巡线法仍是目前确定故障点广泛采用的方法，不仅耗费大量的人力物力，造成用户短时停电，给用户造成较大的经济损失，而且使得配电网自动化系统在提高供电可靠性上的作用大打折扣。有学者提出针对小电流接地系统建立接地故障数据库一定程度上解决了故障检测困难的问题，但数据库的复杂程度也增加了开发工作量。为解决配电网单相接地故障难以进行快速诊断并准确定位的难题，本文研制了一套高精度配网单相接地故障检测与定位系统，采用近年来在输电网获得成功应用并在配电网集中大量研究工作的行波法进行测距。该系统具备配网故障信息采集、配网故障信息分析与诊断、上下级数据传输通信和自主供电等功能，实现了对故障的快速检测和准确定位，提高了中压配电网的自动化水平。
1设计思路和关键技术
单相接地故障定位仪设计思路：当配网线路发生接地故障时，停电状态下通过测试信号发生装置向配网故障线路注入一个具有一定功率的异频复合信号，利用手持信号检测装置沿着故障线路进行巡检，检测到的有异频复合信号发生突变的点即为单相接地故障点。根据性能特性，单相接地故障定位仪需满足以下关键技术要求。（１）在线路停电状态下，能快速、准确定位永久性单相接地故障点，误差不得超出１ｍ。（２）采用二分法进行检测，不需全线巡查，缩短故障检测时间。（３）当线路正常运行时，可检测到配网线路的负荷电流值（０～１ ０００Ａ）。（４）在地面是通过绝缘杆进行操作的，装置内部要有熔断保护装置来确保人身安全。（５）内置超低频复合信号源、功率信号源、高压信号源等电源模块，实现多种工作方式。（６）配有多种接收系统，互不干扰，可同时测试也可分开测试。（７）测试信号发生装置自带锂电池电源，无需另外提供电源，要求可用车载电源充电。（８）内置绝缘摇表测试，可单独使用该功能，代替传统的绝缘摇表测试。（９）具有工频逆变测试源，可实现现场工频输出。（１０）测量到的信号和数据可保存到系统后台，通信协议通用。（１１）具有多种保护功能和良好的安全测试性能。
2配电自动化的配网单相接地故障定位与自愈
2.1S信号注入法的核心原理与优势特征
S信号注入法的核心原理是对母线上接对象注入频率为220赫兹的S信号，然后使用电路探测器对线路和故障点进行检测。国外电力学者在早期阶段提出了离线故障定位检测法。
这种离线故障定位检测法的核心原理是，通过外加直流高压，使接地点处于击穿状态，然后使用交流信号检测器确定具体的故障点。客观的说，S信号注入法对工作环境有特殊要求，适用于接地过渡电阻较小的区段。在使用检测设备注入信号电流后，顺沿可能接地的线路方向完成检测。一旦注入的信号电流消失，那么信号电源消失的点位就是具体的故障点位。在采用S信号注入法实施配网支路故障检测时，需按照每间隔6米的标准依次检测信号。如果在某分支线路检测到注入信号，则代表该分支线路具有故障点。但是S信号注入法会受到各方面主客观因素的影响，如导线分布电容等。若遇到大电阻故障接地情况，且故障点与支撑电缆的接地点间隔距离较远，会削弱信号强度，增大检测误差。此外，由于配电网使用的多为中性点不接地处理法，在受到外界环境干扰的情况下，内部线路会影响铁磁元件和接地元件的非线性电感应，产生铁磁谐振，降低检测的时效性与精确性。对此，我们有必要进一步完善配电网故障定位检测技术。
2.2集中型配电自动化系统接地自愈原理
集中型智能开关装有ＦＴＵ，可以检测开关电压、电流、分合闸状态等实时信息，并传送至配电自动化主站。假设线路１的Ｓｋ－１－Ｓｋ之间的Ｆ点处发生单相接地故障，变电站Ａ监测到１０ｋＶ母线电压不平衡，同时小电流选线装置判定接地点位于线路１上，故障定位与自愈的策略如图２所示。１）自愈启动。变电站１０ｋＶ母线接地报警信号及小电流选线装置选线结果启动接地故障自愈预置程序，并发出告警。调控人员确认后启动接地故障自愈程序。２）故障线路判断。根据小电流选线结果，配电自动化系统自动遥控拉开所选线路的出线开关，并启动接地故障Ｘ时限（根据实际通信延时等情况确定）倒计时。因故障点位于线路１上，故ＣＢ１分闸后故障点切除，接地报警信号消失，程序自动下行。若Ｘ时限倒计时结束后接地信号未消失，则判断小电流选线错误，自愈程序自动退出后交由调控人员处理。３）故障区间判定。根据开关顺序分合及变电站母线接地报警信号判定故障区间。具体策略如下：①当首次Ｘ时限结束后，配电自动化系统自动遥控拉开线路末段分段开关Ｓｎ，并再次启动接地故障Ｘ时限倒计时，倒计时结束后遥控合上出线开关ＣＢ１。因故障点Ｆ位于Ｓｎ前段，故ＣＢ１合闸后送电至故障点，接地信号再次发出，程序判断故障点位于Ｓｎ前段，并自动下行。若ＣＢ１合闸后未再次发出接地信号，则判定故障点位于Ｓｎ后段，终止故障区间判定，发出故障区间提示，并进行负荷恢复操作。
2.3阻抗法的核心原理与优势特征
如果整个电网系统的传输线路都是均匀传输线路，通过对电流和电压等基础参数值的变化情况实行计算和分析可知，无论何种故障类型，回路阻抗与测量点大故障点的距离始终呈成正比关系。为此，若配电网出现单相接地故障，我们可以通过计算故障回路阻抗与线路单位阻抗，准确判断故障点位。再者，阻抗法具有诸多特殊的优势特征，如检测技术流程简便化、投资资金较少等。但需要注意的是，阻抗法极易受到过渡电阻的影响，故而不适宜大规模的使用。
结语
本文设计研发了一套高精度配网单相接地故障检测与定位系统。该系统具备配网故障信息采集、配网故障信息分析与诊断、上下级数据传输通信和自主供电等功能，可以实现对配电线路单相接地故障的快速检测和高精度定位，具有以下创新性特点：1）将物联网通信应用在配电线路数据传输模块中，解决了故障数据远距离和大批量无线传输问题。2）解决了现有行波定位方法中定位精度不高和系统同步授时难度大的问题，纳秒级授时模块为系统建立了高精度和统一的时间尺度。3）电源管理模块为系统提供了能够在户外长期工作且稳定可靠的供电电源，为解决输电线路高压侧在线检测系统的供电问题提供了可行方案。
参考文献
[1]刘文轩.城市配电线路单相接地故障定位方法的研究[D].保定:华北电力大学,2012.
[2]张君琦,杨帆,郭谋发.配电网高阻接地故障时频特征SVM分类识别方法[J].电气技术,2018,19(3):37-43.