基于配电网单相接地故障精确定位方法的研究

基于配电网单相接地故障精确定位方法的研究

易煜锦 1 吴润发 2

1. 广东电网有限责任公司云浮新兴供电局 2. 邵行（苏州）智能科技有限公司

摘要：文章分析10kV配电网最为常见的单相接地故障，探讨故障的成因、危害以及具体的表现形式，提出配电自动化的单相接地故障快速定位技术实施方案，从而有效提高配电网的单相接地故障的处理效率。

关键词：配电网；单相接地；故障定位；实施方案

引言

近年来，随着泛在电力物联网的建设，大量的传感器的应用，可以帮助调控员实时掌握配电线路的运行状态，通过线路智能传感器检测 CT 二次电流判断线路过流故障，可以准确地实现接地故障定位。但是，将所有的数据都上传到配电自动化主站，将给主站带来很大的计算压力，通过采用边缘计算技术，可以大大缓解主站的压力，利用智能边缘计算终端与主站的配合，实现单相接地故障的快速定位、隔离，可大幅度提升配电网的运维水平，提高运行可靠性，提升配电网运维管理水平。

1  配电网单相接地故障点危害阐述

单相接地故障是一种最为常见的电网故障，在接地故障发生期间，电网可能会出现间歇性弧光接地，产生谐振过电压，造成线路绝缘子被击穿，有可能发生比较严重的短路事故，导致配电变压器等线路电力设备的烧毁。如果同一区域同时发生多起接地事故可能会对电网的稳定运行造成严重的影响，甚至引发大面积停电。

一般来说，单相接地故障引起的检修停电为单条线路或分支线，但如无法及时限制故障的发展，停电的规模有可能进一步扩大，影响周边地区的正常生产经营活动，生产企业将面临不可避免的经济损失。而对供电企业来说，单相接地故障造成的停电作业不仅造成电网运行的成本提高，也会影响供电电量及其社会经济效益。对于导线断线等接地故障，甚至可能导致靠近故障区域的人员出现人身触电伤亡事故，造成非常严重的后果。

2单相接地故障特征

单相接地故障的发生与天气情况有关，一般来说，晴朗的天气出现单相接地故障的概率较低，而如果降水较为密集、雷电活动频繁、风力超过六级、24小时降雪量超过10mm，则单相接地故障发生的概率将会显著的提高。在小电流接地系统发生单相接地故障时，10kV配电网故障相的对地电压会显著的降低，降低幅度超过70%，非故障相的相电压会升高40%~80%，系统线电压仍然保持对称，线电压有效值依然处于正常供电电压，故障电流值较小，可以给用户继续稳定供电1~2个小时，但随着电网长期非正常运行，如果没有迅速采取事故处理措施，将对用户的正常供电和电力设备造成严重的威胁。如果线路持续保持故障状态，将增加对绝缘薄弱处击穿的可能，进而发展为相间短路，造成事故跳闸，扩大停电范围。

3 配电网出现故障的主要因素

3.1不可抗力原因

不可抗力是造成单相接地故障的主要原因之一，在风力超过十级、强对流天气或者其它泥石流、滑坡、洪涝、鸟害等自然灾害影响下，极易发生单相接地故障。受极端雨雪、冰雹或雷电的影响下，易造成由绝缘子单相击穿、导线单相断线、避雷器遭受破坏等设备故障引起的单相接地故障。而在大风天气中，易引起树枝触碰导线、飘浮物挂碰导线，甚至发生树木倾倒压导线、电力杆塔坍塌等线路走廊遭受严重破坏的事件，从而形成单相接地故障。

3.2设备原因

10kV 配电网中的一些电力设备质量粗糙，使用年限较长，日常运行维护不到位，特别是专变用户设备，缺乏定期巡视维护，运行过程中设备表面堆脏积污、受潮、逐渐的老化，绝缘程度持续降低，易引起单相接地故障。

3.3人为因素

大量10kV配电线路位于交通干道或道路沿线，货车车斗的升起、机械设备的施工有可能引起牵扯、触碰、刮断导线，造成单相接地故障的发生。在重大节庆日烟花爆竹的燃放或者由人为因素引发的一些火灾也可能引起电网单相接地故障。除此之外，个人的酒后驾驶而冲撞电力基础设施、偷盗电缆线路等行为都会造成电网被破坏，也可能造成单相接地故障。

4配电网单相接地故障直流定位法

直流定位法较为高效，其实施思路较为简单。首先，从线路首端注入 100mA 的直流信号，其直流信号方向为故障方，电源电源要求可调式，基于调整电源电压，实施控制输入电力的强弱，通过这一方式检测故障点，即为直流定位法。其中，直流定位法一般在 0～ 200mA，相较直流电而言，配电线其电感、电容可以忽略不计。

图 1  直流定位法示意图

从图 1 可以看出，直流注入后，电力只能通过 O-A-C-G-I-K 路径流入地表，然后返回电源点。从 O 点注入直流电流，在 A 节点测量，AB 支路电流为 0，AC 支路电流为100mA。由此可知，故障发生在交流支路或其下游。相反，用同样的方法检查 C、D、G 和 I 节点。如果检测到节点 I，则支路LJ没有电流，支路 in 有电流，表明支路 in 或其下游是故障支路。

如果检测到节点 n，则当前支路为 0，表示该支路为故障支路，其故障点为避灾支路 in 的上限点。采用直流定位法和人工检测，可以快速找到故障点，从而减少故障，迅速恢复正常的电网供电。通过以上步骤，不仅可以有效地改善故障路径和故障分支检测任务，而且为以后急诊科打下良好的基础。

5配电自动化的单相接地故障快速定位技术实施方案

模式策略。本模式在每条线路首端装设智能边缘计算终端，线路各杆塔装设传感器，通过配电自动化主站、智能边缘计算终端、线路传感器的互相配合，大大减少了主站的计算量，可以快速准确地实现接地故障的定位，并实现故障的快速切除。具体策略如下：

正常运行方式下，当线路拓扑发生改变时，配电自动化主站主动将更新的线路拓扑信息，并通过配置文件及时下发到边缘计算终端；当线路发生单相接地故障时，零序电压升高，各线路首端智能边缘计算终端记录该故障时刻的时标，并将故障发生时刻 t₁ 发送至该线路下所有的传感器；各传感器将故障时刻 t₁ 的三相录波波形（前4后8个周波）发送至本线路的智能边缘计算终端；智能边缘计算终端合成零序电流，基于参数识别法进行故障判决直接定位到故障区段；边缘计算终端将故障区段信息（录波波形根据需要可选）上传到配电

自动化主站；配电自动化主站在接收到边缘计算终端的判断信息后，生成 F 策略，利用配电自动化三遥终端，隔离故障区段，并恢复非故障区段的供电。

典型应用。若是瞬时故障，智能边缘计算终端发现零序电压出现即恢复正常，给主站上送瞬时故障信息，若零序电压仍然存在，则进行以下处理：线路发生单相接地故障时，零序电压突变或升高，记录故障发生时刻t₁，智能边缘计算终端将故障发生时刻 t₁ 发送至同一线路所有传感器，传感器将故障时刻 t₁ 的三相录波波形（前 4 后 8 个周波） 发送至边缘计算终端。边缘计算终端通过接地故障的综合研判，完成选线工作。接地线路的边缘计算终端通过对比故障线路上传感器 t₁时刻的零序电流，完成波形研判，进行故障判决直接定位到故障区段，完成选段工作；边缘计算终端将故障区段信息上传到配电自动化主站。故障发生后，主站生成故障处置策略，智能边缘计算终端结合一次设备，实现故障隔离。实施方案的设备要求。开关配置，一二次成套负荷开关或断路器；PT、CT，电子式零序电压互感器，电磁式零序电流互感器；智能边缘计算终端，具备单相接地故障录波及故障定位功能；智能传感器，具备线路数据采集功能；线损模块，满足计量要求；通信网络，4G 无线专网。

基于边缘计算的单相接地快速定位方法，可以将原本至少需要 1～2个小时才能处理的问题，缩短到在最短几十秒内就可以实现故障的定位、切除及非故障区域恢复送电，大大提高了工作效率，减少人力成本。同时，可以有效避免由于接地运行时间过长带来的对人身、设备的安全隐患，而且，与采用拉路法寻找接地故障相比，可以有效避免拉路带来的短时停电的影响，切实提高用户的用电感受。但是，要使这种方法发挥最大的作用，需要配电线路完备配置功能满足要求的智能传感器、智能配电终端，对原有的部分设备也要进行改造，可能会带来一定投资成本的增加，针对这一问题，可以采用结合设备使用寿命逐步更换的方法，最终实现设备的全部更换，减少不必要的支出。

6 结束语

单相接地故障对电网运行会造成较为严重的影响，只有从故障前的预防措施、故障查找的智能信息技术的应用、故障消除的抢修作业三个方面同时入手，加强各个环节的有效创新，才能够提高电网运行的稳定性。研究单相接地故障的原因以及处理，有利于从各个角度看待目前电网运行管理当中存在的不足，因而要加快技术支持系统的研究，积极探索新的电网运行技术，不断提高电网管理的有效性与科学性，保证电网稳定安全运行。

参考文献：

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