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1、配电网单相接地故障定位法综述摘要: 对国内外配电线路的故障定位方法进行了归纳总结。按不同故障类型分别介绍了短路及接地故障下的定位方法，对其中有代表性的方法，重点分析其基本原理、优缺点、后续改进及现场应用情况。分析了目前定位方法中存在的主要问题，并针对这些问题，结合配电网的发展趋势及用户对供电可靠性的要求，对未来配电网故障定位技术的研究进行了初步展望。关键词: 配电网 故障定位法 小电流接地故障 Abstract: Fault location method of domestic and international distribution lines are summarized. Acco
2、rding to different fault types were introduced in short circuit and ground fault location method under, representative method of which, focus on the analysis of its basic principle, advantages and disadvantages, the follow-up improvement and field application. The paper analyzes the main problems ex
3、isting in the positioning method, and in the light of these problems, combining the development trend of the distribution network and user requirements for the reliability of power supply, the future research of distribution network fault location technology are discussed.Keywords: Power distributio
4、n network Fault location method The small current grounding fault0 引言：我国中低压配电网大多采用中性点非有效接地运行方式(俗称为小电流接地系统)。配电线路故障,尤其是单相接地故障的快速、准确定位,不仅对修复线路和保证可靠供电,而且对保证整个电力系统的安全稳定和经济运行都十分重要。配电网单相接地故障是发生几率最高的故障类型。虽然规程规定单相接地故障发生后系统可继续运行 2h,但由于单相接地故障可能会进一步发展为两点或多点故障, 从而引起跳闸停电事故。传统故障定位采用逐线拉路的方法选出故障线,降低了非故障线路运行的可靠性;选出故障
5、线后采用人工巡线的方法确定故障具体位置,浪费了大量人力和物力,延长了停电时间。1 短路故障定位方法电力系统短路故障是指引起电流急剧增大，电压大幅度下降，并进一步导致电气设备损坏的相与相或相与地之间的短接。短路分为三相短路，两相短路、两相对地短路和单相对地短路(发生于大电流接地系统，即中性点直接接地或经小电阻接地的系统)。短路故障特征明显，故障定位的实现相对简单。11 故障测距法对于郊区及乡镇配电网，供电距离长，采用故障测距的定位方法既可以降低成本，又可以减轻寻线负担。111 阻抗法阻抗法是利用故障时测到的电压和电流求取故障回路的阻抗，又因故障回路阻抗与故障距离成正比，从而据此定位故障。阻抗法原
6、理简单，投资少，但配电网结构复杂，分支线、混合线路较多，且负荷影响较大，故阻抗法不能简单的直接用于测距计算，实际应用中常常作为辅助测距方法，结合“S 注入法 ”计算故障距离或配合行波法确定故障距离。奥地利采用的是将馈线预先分段，利用标准的电力系统分析软件对各段线路进行离线短路计算。当故障发生时，远端继电器测量故障电抗并上报主站，与短路计算得到的故障阻抗对比判断故障区段。这种阻抗定位策略在故障发生时仅需作出对比判断，节省了计算时间，且准确率高，实际运行效果良好。112 电流对比法为克服阻抗法对负荷影响考虑不足的缺点，欧洲一些发达国家采取了一些改进措施，在计算中考虑实时采集的负荷电流，通过电流对比
7、定位故障区段。该方法对自动化实现程度要求较高，它是利用SCADAEMSDMSDSCADA 计算各条线路的故障电流并与各点测量上报的故障电流进行对比，判断故障位置。此方法将各监测点的故障信息与 SCADA 等系统监测的负荷电流等电网运行信息综合运用，故障判断更为准确，在芬兰实际运行效果良好，但由于仅以电流作为判据，定位精度受故障电阻影响较大，需要作进一步的改进。21 故障区段定位法211“S”注入法“S 注入法 ”是利用故障时暂时 “闲置”的接地相电压互感器注入一个特殊信号电流，通过对该信号进行寻迹来实现故障选线和定位。在实际工程应用中可以在线路节点和分支点安装信号探测器，通过检测信号的路径来定
8、位故障区段，也可以通过手持探测仪沿线巡检，信号消失的点即为故障点。文献【13】 提出了基于注入信号原理的“直流开路、交流寻踪”的离线故障定位方法，该方法致力于解决停电情况下故障点绝缘有可能恢复，必须外加直流高压使接地点保持击穿状态，从而保证注入信号的流通回路，通过信号寻迹确定故障位置，还要注意外加高压对用户的影响。 “S 注入法”原理先进，不受消弧线圈影响，适用于只安装两相 CT 的架空线路；但该方法需要附加信号注入设备，且注入信号强度受 PT 容量限制，对于高阻接地及间歇性故障，检测效果不好。212 零序电流法零序电流法利用线路零序电流的幅值及相位特征进行故障区段定位。对于谐振接地系统，由于
9、消弧线圈的补偿作用，故障线路零序电流的变化特征不明显，幅值和相位判据失效，文献【14】提出对谐振系统故障后的稳态零序电流增量进行分解，根据分解后的电流增量的相位定位故障区段；文献【15】提出在故障发生后通过改变消弧线圈的补偿度，监测线路零序电流的增量变化来判断故障区段，文献【16】详述了零序电流增量法的基本原理及配合 FTU 的定位策略，这几种措施从一定程度上提高了零序电流法的检测灵敏度，但对于高阻故障，检测仍然比较困难。另外可以利用暂态零序电流幅值较大，且判据不受中性点运行方式影响的特点，直接比较各点的暂态零序电流幅值实现故障区段定位。利用暂态信号充分提高了检测灵敏度，但缺点是故障暂态信号的
10、获取和判断不太稳定，导致定位可靠性不高，需要进一步改进。213 中电阻法中电阻法是对稳态零序电流法的一种成功改进。由于谐振接地系统的稳态故障电流无法用于故障检测，需要在中性点投入中电阻产生足够大的零序电流，通过比较沿线 FTU 检测到的零序电流幅值判断故障区段。该方法适用于谐振接地系统，从根本上克服了稳态法灵敏度低的缺点，但需要改动变电所的中性点接地方式，同时也带来了一定的成本问题。214 零序功率方向法功率方向法是通过检测零序功率的有功分量或无功分量进行故障定位。对于中性点不接地系统，检测沿线零序无功功率的方向即可判断故障区段，但不适用于谐振接地系统，文献【17】提出的零序有功分量(或称有功
11、功率)适用于谐振接地系统，但有功分量较小，不易检测，且受 CT 不平衡电流的影响，可靠性低。文献【18】提出的暂态零模功率方向法原理与首半波法类似，首先利用暂态零模电压、电流计算出故障方向，然后通过比较各 FTU测量的故障方向判断故障区段。该方法不受中性点运行方式影响，不需要在中性点投入中电阻或向系统注入信号，但需要在线路上加装零序电压互感器，成本高、施工不方便，而且大量的电压互感器容易引起铁磁谐振。215 相关法相关法是一种通过判断相邻 FTU 检测到的暂态零模电流相关性确定故障区段的故障定位方法。该方法仅需要测量暂态零模电流信号，避免了安装电压互感器带来的问题，且检测灵敏度高，不受中性点运
12、行方式影响，不需要加装任何设备，成本低，易于实现，但需要应用于实现馈线自动化的网络或安装 FPI，且各 FTU/FPI 需架设通信网络。22 故障测距法2. 2. 1“S”注入法“S 注入法 ”除用于故障区段判断外，也可以用于故障测距。通过检测注入信号的电压电流，计算变电站至故障点的故障阻抗，以故障距离与故障阻抗成正比为判据计算故障点位置。该方法灵敏度受注入信号强度影响，定位效果需要现场实际运行以进一步验证。2.2.2 微分方程法微分方程法是通过列写线路的暂态微分方程，利用测量的暂态电压、电流信号求取测量端至故障点间线路电感实现故障测距，又称之为暂态阻抗法。该方法不受中性点运行方式影响，克服了
13、稳态法中故障信号微弱难以用于定位的缺点，灵敏度大为提高。但由于所使用的模型没有考虑线路的分布电容，测距误差大，不能满足实用化的要求。223 行波法根据行波理论，线路上的任何扰动，其电气量均以行波的形式向系统的其它部分传播，因此在理论上可以利用测量到的暂态行波信号实现各种类型故障测距。其基本原理是通过测量故障产生的行波在故障点与母线之间往返一次的时间(单端法 )或利用故障行波到达两端的时间差(双端法)来计算故障距离。输电线路输电距离长，利用 GPS 同步对时可以准确计算故障距离，配电线路结构复杂，分支点多，在配网中应用行波测距关键要解决故障波头的识别及混合线路波阻抗变化的问题，同时需要考虑其经济
14、成本。文献【19】所采用的 C 型故障测距是根据脉冲发射测距原理提出的，它可以在停电条件下对线路离线测量，但信号发射接收装置成本较高，还需要解决抗干扰问题，实用化难度大。文献【20】针对带分支线配电网提出先定位故障区段，再计算故障距离的行波测距方法，仿真显示测距结果准确，但仍然存在伪故障点的判断问题。文献【21】提出利用适用于各种故障类型的行波线模分量实现故障测距，为解决分支线路定位，需要在主线路及各分支线路末端安装测距装置，应用成本过高。文献【22】开发出低成本的行波信号传感器，沿线安装在容性装置的接地线上，通过双端测距计算故障距离，但装置的安装条件对方法的应用有一定限制。综合上述几种方法，
15、在配电网中应用行波测距必须使用双端测距，单端测距是不可行的，而双端测距又会增加成本，其应用受到局限。224 参数辨识法参数辨识是在系统结构已知的前提下，建立其等效数学模型，通过线路首端检测到的电气量求取模型内各元件参数的办法，在电力系统一般应用时域和频域两种参数识别，求解工具通常为最小二乘法。输电网结构简单，参数均匀，求解过程只需要辨识少量参数，故障测距比较准确。文献【22】对中性点不接地系统建立零序网络等效模型，利用零序电流、电压信号，辨识各出线对地电容，与己建模型电容比较选出故障线路，再辨识故障线路电感计算故障距离，由于小电流接地系统零序分量较小，仅能保证一定程度的选线判断，用于故障测距会
16、大大降低计算精度，实际应用效果有待进一步验证。3 配电网故障技术展望(1)用户对供电可靠性要求不断提高。下一步提高供电可靠性的必然途径，就是通过准确的故障定位应对故障停电问题。从国内外的发展状况来看，配电网在提高供电可靠性上显得越来越重要，其故障检测也受到越来越多的重视。(2)建立故障管理系统。通过故障管理系统可以充分利用获取的各种故障信息，如配合故障投诉系纠弧 3lJ 采用信息融合技术做出最优判断。同时可以记录各种定位方法的运行性能及准确率，有助于对比分析，为改进及开发提供可信的数据。(3)根据分布式电源的并网要求，制定合适的保护方案。随着分布式电源在系统中比重越来越大，使传统配电网的运行和管理更加复杂。在分布式电源规模占系统比例较大的情况下，其接入会影响到系统保护的定值及定位判据，需要建立相应的保护方案及定位策略。各国对分布式电源接入的要求有着不同的规定，包括有条件接入、积极接入及有源网络等。带分布式电源的配电网故障定位也要根据不同的
