摘要：提出一种利用采集分布电容放电暂态电流信号产生的电磁信号，来实现线路小电流接地故障的选线和定位的方法；分析了线路下方水平电磁场与小电流接地时分布电容放电暂态信号的相关性能特征，根据故障点前后分布电容放电的暂态信号不同，通过波形来选定故障线路和判断故障区段。
关键词：线路分布电容；小电流接地故障；故障选线定位；波形比较
1、引言
配电网故障中绝大部分为单相接地故障，国内中压配电网广泛采用中性点非有效接地运行方式，发生接地故障时，很难确定故障线路和定位故障点。为了避免故障扩大，减少停电损失，现切急需一种有效的小电流接地故障快速选线和定位的技术。
现有的故障选线和定位方法存在诸多的缺点和准确率不高等问题，本文从小电流接地故障信号的数据采集入手，分析了小电流接地故障暂态电流信号与线路下方空间水平电磁场的相关性，通过采集空间电磁场的变化来反应小电流接地故障的发生，通过后台软件比较故障点前后的波形差异，来进行选线和故障定位，最后通过模拟系统和实验验证了该方法的正确性。
2、小电流接地故障暂态特征分析
2.1 暂态故障电流特征分析
为了使多相线路转换为单相（若干模量）线路求解，通常采用Karren bauer 变换将三相系统变为没有耦合的模拟系统，在小电流接地故障分量等效网络中，0、1、2模网络串联，有
(1)
(2)
式中：ioa，i1a，i2a为故障线路故障点至母线段0，1，2模电流；i01，i11，i21为故障点至负荷段各模电流。
在特征频段（SFB）内，零模网络所有线路均可等效为集中参数电容，故障点至母线段的暂态零模电流为所有健全线路零模电流之和，方向从故障点流向母线；故障点至负荷段及健全线路暂态零模电流为本段线路对地分布电容电流，方向从故障点或母线流向线路末端。故障线路出口处检测到的线模网络入端阻抗为电源线模阻抗与健全线路线模阻抗的并联，由于电源线模阻抗很小，而健全线路负荷的线模阻抗很大，故障点产生的流向母线的线模电流绝大部分分布在故障线路，流向健全线路的线模电流很小，因此，对于健全线路，有：
式中：ion，i1n，i2n为健全线路0，1，2模电流。
2.2 线路下方磁场特征与暂态零模电流的相关性
国内10kV配电架空线路三相导线以三角形和水平两种方式为主。设三相导线无限长且平行于地面，三相导线A，B，C相中暂态容性电流分别为ia，ib，ic。在与导线垂直的平面内建立如图所示的坐标电流，三相导线坐标为（Xk，Yk），K=a，b，c，检测点P坐标为（x，y）。线路下方P点处三相电流共同产生的水平磁场Bx和垂直磁场By可表示为(3)，(4)：
(3)
(4)
式中：
；μ0为空气的磁导率；
；k=a，b，c。
将3式进行Karren bauer变化，水平磁场为：
(5)
式中：S0=Sa+Sb+Sc；S1=Sa-2Sb+Sc；S2=Sa+Sb-2Sc。
将4式进行Karren bauer变换，垂直磁场为：
(6)
式中：W0=Wa+Wb+Wc；W1=Wa-2Wb+Wc；W2=Wa+Wb-2Wc。
根据式5，式6，可分析线路下方磁场特征为：
①典型架空线路，中检测点位于线路正下方时（x=0），有W0=W1=0，垂直磁场简化为By=W2i2，即线路正下方垂直磁场与线模电流成比例关系。
②根据式3和式4，当x≠0时，垂直磁场很小[4]，线路下方磁场以水平磁场为主。
③将式1，式2，式3分别带入式5，得故障点至母线段的水平磁场为：
(7)
故障点至负荷段的水平磁场为：
(8)
健全线路的水平磁场为：
(9)
从而得出结论：线路下方水平磁场与零模电流基本成比例关系，波形具有高度的相似性。
2.3零模电流与水平磁场波形相似性验证
单相接地瞬间空间磁场暂态波形
单相接地瞬间零摸电流暂态波形
3、故障选线和定位的方法
安装在杆塔上的故障检测装置利用故障发生时的暂态零模电流产生的磁场，通过感应线圈检测信号，信号经预处理后发送给后台计算机。
3.1 选线的方法
通过比较每条线路的首尾端采集器检测到的波形，如一致，则该线路为健全线路；若每条线路均一致，则故障发生在母线端；若不一致，该线路即为故障线路。
3.2故障定位
由于故障点前后的信号波形不同，通过后台计算机运行比较各检测点的波形的相似度，相邻两台检测设备波形不同时，故障点就在这两个检测设备中间，安装的检测设备越多，定位越精准。
4、结论
1）线路下方水平磁场与零模电流基本成比例，波形具有高度的相似性；
2）检测点与高压线路存在较大的安全距离，安装、维修方便；
3）利用故障自身产生的信息，不需要额外注入信号；
4）本方法利用暂态信号，既适用于中性点不接地系统，又适用于中性点经消弧线圈接地系统，且不受线路结构及间歇性电弧的影响，具有广泛的适应性；
论文作者:李昕阳1,乔洪涛2,高月梅2,王勇2,许利2,郭卫
论文发表刊物:《电力设备》2018年第24期
论文发表时间:2019/1/8
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