陕西省地方电力（集团）有限公司城固县供电分公司 723200
摘要：本文提出了一种基于三相短接注入法检测单相接地故障的方法。分析了信号注入法的原理以及使用信号注入法检测单相接地故障的方法。通过信号源给线路中注入一个异频信号，使用信号检测装置检测异频信号，通过数据接收装置来显示出测量数据。采用二分法来判断故障区间，通过对测量数据的分析对单相接地故障进行定位。在配网自动化系统判断出故障区间后，使用三相短接信号注入法能够较为快速的定位故障点，缩短了由于故障而造成的停电时间。
关键词：信号注入法；二分法；单相接地故障
1、引言
对于10kV的配电网，由于环境和设备等多方面的因素影响，线路会经常发生故障，发生故障后，由于配电网络的复杂、分支多以及涉及的范围广，在查找故障时相对来说存在着一定的难度。随着用户对供电可靠性的要求的不断提高以及配电技术的不断发展，配网自动化系统的要求越来越高，在发生故障后要不仅要能迅速判断故障，同时还要快速准确定位故障点，隔离故障点，保证非故障线路、设备及时恢复正常供电。在配电网故障中，单相接地故障占了所有故障的80%以上[1]，因此，能够准确的判断单相接地故障，并对单相接地故障准确定位，可以进一步提高配网自动化系统应用水平，满足10KV配网供电可靠性要求。
在目前10KV配网自动化系统，采用信号源装置配合线路故障指示器是判断单相接地故障的一种有效技术手段。信号源装置一般安装在变电站10KV线路出线端，当线路上发生单相接地故障后，信号源通过检测10KV母线零序电压和三相电压自动判断接地相，并发送一个特定序列的工频电流脉冲信号，该信号被故障出线接地相线上安装的故障指示器检测到，并通过机电翻牌、LED闪灯、无线报警信号等方式指示出来，从而实现接地故障的检测与区间定位功能。这种方法虽然能在线路不停电的状态下快速判断单相接地故障，但仍存在方面问题。一是受非故障线路分布电容对工频电流脉冲信号分流的影响，对于长距离10KV线路，信号源装置所发送的电流信号在线路中后段衰减大，造成故障指示器不能准确反映单相接地故障。二是故障指示器根据线路长度分区段安装，如故障指示器安装位置不合理，或者相邻故障指示器间距大，分支线多，仍不能准确判断故障点。三是需在每条10KV线路加装信号源装置，受变电站周围环境因素影响，施工难度大，投资不够经济。四是个别10KV线路处于山区，故障指示器因无线通讯信号差，不能将故障信号传送至配网自动化系统主站，对于山区长距离10KV线路，因树害、雷击等因素单相接地故障发生率较平川线路多，故障查找困难。
2、信号注入法判断单相接地故障
2.1 信号注入法
信号注入法是在线路停电的情况下给线路中注入一个异频信号。信号注入法不是利用故障线路自身提供的故障信息进行故障检测，而是主动的向线路中注入一个异频信号，在线路中的不同位置检测这个异频信号[2][3]。由于系统发生的接地故障，接地点会对注入的异频信号进行分流，故在信号注入点和故障点之间的线路中的电流会增大，通过判别线路中不同点电流的不同即可找到线路中发生接地故障的区间。图1所示为三相短接信号注入法示意图。
信号注入法判断单相接地故障的原理为：
1）在线路中没有发生接地故障的一侧，三相的电流基本相等，电流为b。如果测得三相电流基本相等，即可判断此侧无接地故障。
2）在线路中发生单相接地故障的一侧，接地相的电流会大于没有接地相的电流，如果测得某一相的电流大于另外两相的电流，电流a+Z>a，即可判断这一相的这一侧发生了单相接地故障。
3）在信号注入点后且在接地故障点后，接地相的电流会发生突变，电流变为c，根据电流的突变即可判断出故障点的具体位置。
2.2 单相接地故障检测系统
信号注入法检测单相接地故障时需要在线路断电的情况下检测。通过配网自动化系统判断出单相接地故障区间后，通过单相接地故障查找系统对单相接地故障进行定位。单相接地故障查找系统包括信号发生装置，信号检测装置和数据接收装置。信号发生装置用来在配网线路断电的情况下为线路注入一个异频信号，信号检测装置用来检测信号发生装置产生的异频信号，数据接收装置用来接收和显示信号检测装置检测到的信号的数值。
首先在线路中选择合适的位置，使用信号发生装置将三相短接，然后给线路中注入信号。此时信号发生装置产生的信号会流向信号接入点的两侧，在信号接入点的两侧使用信号检测装置分别检测三相的电流，此时电流值异常的相线即为发生单相接地故障的相线，电流值异常的一侧即为单相接地故障所在侧。图2所示为单相接地故障查找系统原理图。
假设线路长度为L公里，通过二分法第一次可以排除L/2的线路长度，第二次排除剩下L/2线路中的一半，此时故障区间定位到L/4的范围内，以此类推，每次使用二分法可以排除剩余线路中的一半线路区间。假设线路长度L为32公里，通过使用4到6次二分法，可以将故障区间确定到2—0.5公里的线路区间范围内，此时便很容易能够定位到故障点，并且只使用4到6次二分法，也能较快的判断出故障区间，从而减少停电时间。如果线路较长或者故障区间还是难以确定可以考虑多使用几次二分法继续缩小判断出的故障区间从而定位故障点。
3、信号源的设计
3.1 信号源
三相短接信号注入法测量单相接地故障时，需要使用信号源为线路中注入一个方便测量的信号。本文中的信号源使用便携式的信号源，方便携带，不用安装在线路中。图4所示为信号发生装置原理图。
信号发生装置是用锂电池作为供电电源，首先通过高频升压将锂电池的电压升高到几百伏，之后通过SPWM低频逆变将直流电转为低频的交流电，对低频的交流电进行低频升压，转换为更高的电压，达到上千伏。此时这个电压加到线路上，在线路中会有几十毫安的电流。
3.2 电压的选取
使用信号注入法判断单相接地故障时，通过信号源注入的电流值相对来说大一点则有利于判断单相接地故障，如果电流过小，容易检测不到或者无法准确判断接地故障。考虑到线路发生接地故障时接地电阻的存在，信号源注入的电压应大一点，此时线路中的电流也相应的会大一点，更容易检测以及通过检测到的数据判断接地故障[5]。本文选择信号源注入的电压为3000V，此时一般流经线路中的电流会达到几十毫安，方便检测并且更容易定位故障点。
3.3 频率的选取
使用信号注入法判断单相接地故障时，需要为输入的信号选择一个合适的信号频率。注入的信号频率需要和线路中固有的频率有所区别，不能选择基波和谐波频率。
由于线路中存在对地分布电容，信号源输入的电流I1会同时流过接地点和对地分布电容。如果输入的信号频率选择过大的话，输入的电流大部分会从对地分布电容流过，即I3> I2，从而接地点流过的电流I2会很小，有可能检测不到或者检测到的电流值无法用来判断单相接地故障。图5所示为线路电流流向图。
5、信号注入法的应用
三相短接信号注入法已多次在实际单相接地故障的查找中应用，均能快速准确地对故障点进行定位。
下面我们以某次实际故障查找为例，介绍巡查助手的实际使用。发生接地故障的为某变电站128栎西线，查找步骤如下：
1）首先判断接地方向（相对信号注入点）与相别。先选择信号注入点，综合线路实际情况，选择128栎西干线92＃杆作为信号注入点，注入点左侧为线路小号侧，注入点右侧为线路大号侧（如图8）。
根据检测结果可以看出，注入点小号侧A、B、C三相电流平衡，由此判断为无接地，注入点大号侧A、B、C三相电流不平衡，且C相电流最大，由此判断接地点在栎西干线92＃的大号侧，且接地相别为C相，下图（图9）红色部分即为接地区间。
图10
3）根据判定的接地区间，继续选择栎西干线115#杆、永兴支线12#杆、永兴支线10#杆作为检测点，根据检测结果不断缩小接地区间，最终判断故障在永兴支线10#杆，最后查明故障原因是避雷器内部击穿（如图11）。
6、结论
本文提出了基于信号注入法判断单相接地故障的方法。配网自动化系统往往只能判断出单相接地故障发生在某一段区间内，通过三相短接信号注入法能够在配网自动化系统判断出故障区间后进一步快速准确的定位到故障点。在分析了信号注入法的基础上提出了单相接地故障检测系统。通过信号源向线路中注入异频信号，使用信号检测装置检测异频信号，通过数据接收装置显示测量数据。采用二分法原理来判断故障区间，通过对测量数据的分析对单相接地故障进行定位。在配网自动化系统判断出故障区间后，使用三相短接信号注入法能够较为快速的定位故障点，缩短了由于故障而造成的停电时间，提高了供电可靠性。
参考文献
[1] 孙建中 ，严君国 ，全晓阳. 接地选线定位装置的发展及应用[J]. 农村电气化，2004（3）：41~42.
[2] 潘贞存， 张慧芬， 张帆，等. 信号注入式接地选线定位保护的分析与改进[J]. 电力系统自动化， 2007， 31（4）：71-75.
[3]陈强.采用信号注入法检测配网单相接地故障的分析[J].四川电力技术，2008.33（1）：46~47.
[4]张松，童科龙.基于“二分法”提高配网线路单相接地故障处理效率[J].广东科技，2014（22）：84~85.
[5]王希.用于配电网单相接地故障选线的注入信号检测技术[J].山东电力技术，2015（8）：13~17.
论文作者:王栋,张亚军,王超,李伟
论文发表刊物:《电力技术》2017年第2期
论文发表时间:2017/6/28
标签：故障论文; 信号论文; 单相论文; 线路论文; 电流论文; 信号源论文; 区间论文; 《电力技术》2017年第2期论文;