杨博 拓新路
（1.国网陕西省电力公司电力科学研究院 2.国网陕西省电力公司检修公司)
配电网单相接地选线试验技术
杨博1拓新路2
（1.国网陕西省电力公司电力科学研究院 2.国网陕西省电力公司检修公司)
单相接地故障是配电网故障率最高的故障类型，对配电网供电可靠性产生显着影响。准确识别故障线路是尽快修复故障的关键途径，因此本文对配电网单相接地故障选线试验技术进行了探讨。
配电网；单相接地；故障选线
0 引言
从故障类型上分类，配电网故障可分为相间短路故障（AB、BC、CA、ABC）和接地故障（AG、BG、CG、ABG、BCG、CAG，其中G表示地）。接地故障发生频率远高于相间短路故障，尤其是单相接地故障占到配电网故障总数的80%以上[1]。
我国电力系统中，110kV及以上线路一般采用中性点有效接地方式，即中性点直接接地或经低阻抗接地，因为发生接地故障时，故障电流很大，故也称为大电流接地；110kV以下线路则采用中性点非有效接地方式，即中性点不接地或经消弧线圈接地（也称为谐振接地）、经高阻抗接地，发生接地故障时，因不构成短路回路，接地电流较小，故也称为小电流接地[2]。35kV和66kV电网主要采用中性点经消弧线圈接地方式，6～10kV电网主要采用中性点不接地方式。但随着电力系统容量的增长，单相接地故障点的电容电流也在变大，为了抑制接地电流，10kV配电网采用中性点经消弧线圈接地方式越来越多。由于接地故障电流不大，而且三相线电压仍保持对称关系，所以允许带故障运行1～2h。但长时间带故障运行可能使故障发展为相间短路或多点接地故障，危及电网安全，故而单相接地故障应当尽快处理[3]。
故障准确定位是排除故障的前提，故障定位分为故障选线、区段定位和故障测距三个阶段[4]，选线是查找故障点的第一步，也是其他两步的基础，其重要性不言而喻，因此本文对配电网单相接地故障选线试验技术进行了探讨。
1 配电网单相接地故障选线方法与发展趋势
1.1 大电流接地系统单相接地故障的选线
对于采用大电流接地系统的110kV配电网来说，因为故障电流较大，比较容易检测，采用过电流法进行选线定位，利用配网FTU或FPI检测过流现象，通过分析故障信息，识别故障线路，然后隔离故障线路并恢复非故障线路供电。其原理与过流保护相同，判据较为明确，灵敏度和可靠性也比较好。对于供电距离较长的城郊或乡镇配电网，可利用阻抗法、电流对比法定位故障区段。
1.2 小电流接地系统单相接地故障的选线
对于采用小电流接地系统的配电网而言，因为故障电流较小，接地电弧不稳定，故障特征不明显，所以选线难度很大，迄今很少有非常令人满意的产品，主要问题是选线准确度不高，很多故障仍需通过人工拉线方式确定，造成停电范围扩大化。目前，小电流接地系统故障选线主要有外加注信号法和故障电气量特征法两大类。前者也称为主动式故障选线法，向系统注入S信号、脉冲信号等，利用寻迹原理，通过探测接地点返回信号或出线阻尼率实现故障选线，但需增加信号源和检测设备，投资较大，还存在注入信号功率受互感器容量限制、对间歇性接地电弧检测困难等问题，影响实际效果。后者也称为被动式故障选线法，并根据故障信号特征分量分为故障稳态选线法和故障暂态选线法。稳态选线法主要利用故障信号的稳态特征分量，例如零序电流、零序电压、有功分量、无功分量、负序电流、残余电流、谐波等，这类方法的共同问题是遇到故障点电弧不稳定乃至间歇性接地故障时，因缺乏稳定的稳态特征信号，常造成误判。暂态选线法是利用接地故障后暂态电流特征，由于暂态特征分量远大于稳态特征分量，所以可以改善稳态法故障信息不稳定的缺点，但因暂态过程非常短暂，信号采集相对不易，该类方法有首半波法、小波分析法、Prony法等。
1.3 单相接地故障选线技术发展趋势
单相接地故障选线技术的难点在于小电流接地故障选线，由于受到故障稳态分量小以及故障相位角、互感器特性、故障电弧不稳定、消弧线圈过补偿乃至各种随机因素的影响，采用单一选线技术不可避免地存在局限性或“动作死区”，故而难以满足选线准确性要求，采用信息融合技术，综合利用各种故障特征是小电流接地故障选线的发展趋势，例如利用人工智能算法综合多种故障特征，有利于提高选线可靠性，但因缺乏对信号本质特征的分析，实际应用效果仍有待实践检验。除了利用电流、电压、功率、波形等特征以外，探索其他特征量也是单相接地故障选线的一个发展趋势，例如田书等[5]利用配电线路的磁场特征进行选线和定位。
2 配电网单相接地故障选线试验技术
2.1 选线试验方法
单相接地故障选线试验大都采用仿真实验法，该方法具有经济、安全、快捷的优点，电力系统常用的仿真工 具 有 ATP-EMTP、PSCAD/EMTDC、NETOMAC、PSASP、MATLAB等。但仿真实验设定的条件与电力系统实际运行情况多少会有些出入，所以仿真效果好不见得实际应用效果好。现场模拟试验更接近实际情况，但试验条件苛刻，文献[1]即在实际线路上通过人工模拟验证单相接地故障选线效果。合理做法是先经过仿真实验获得理想方案，再制作样机挂网试运行，下面案例即为样机挂网试验结果。
2.2 选线试验案例
某10kV配电网线路结构如图1所示，5条出线中L5处有单相接地故障。表1列出中性点不接地和中性点经消弧线圈接地的现场故障选线结果。
表1 配电网单相接地故障选线试验结果
由表1可见，小波包法对中性点经消弧线圈接地有一个错判，因该法在暂态过程不明显时准确性下降，同时消弧线圈对接地电流的补偿作用也带来了分析的困难，导致判别准确性比中性点不接地低，然而融合多种判据保证了最终判别的可靠性。
3 结束语
配电网单相接地故障选线的难点在于小电流接地系统，尤其是中性点经消弧线圈接地系统选线难度更大。
目前故障选线技术的可靠性仍难以满足实际需求，对配网智能化的建设和发展造成一定影响，因此有必要攻坚克难，从原理与技术应用方面取得突破，可喜的是多判据融合技术已现曙光，可能对未来选线技术带来决定性影响。
[1] 谢成,金涌涛,胡叶舟,等.基于相关系数分析的配电网单相接地故障研判方法与试验研究[J].浙江电力,2017,36(3)：17-23.
[2] 王智.配电网接地故障分析与判断[D].宜昌：三峡大学,2012.
[3] 董富德. 10kV配电线路单相接地故障智能选线方法研究[D].广州：广东工业大学,2015.
[4] 唐金锐,尹项根,张哲,等.配电网故障自动定位技术研究综述[J].电力自动化设备,2013,33(5)：7-13.
[5] 田书,王亚彩,王晓卫,等.基于磁场测量的配电网单相接地选线及定位新方法[J].电力系统保护与控制,2016,44(11)：61-67.
2017-09-17）
