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摘要：本文通过研究配电网运行中发生接地后定位困难的现状，分析接地故障的产生原因，提出一种故障自动定位解决方案，运用该系统在配网故障发生后的几分钟内，利用安装在线路上的故障探测器检测出故障所在的区段，同时利用现代的通信技术将故障探测器的动作信息收集到监控中心，经过网络拓扑计算出故障点，然后将故障点在监控系统画面上显示出故障的具体位置，并且将该信息以短消息的方式发送给相关运行人员，缩短故障查找时间，提高供电可靠性。
关键字： 配电网接地定位供电可靠性
Abstract: the paper distribution network in the operation of the grounding occurred after the difficult position, analyzes the causes of the ground fault, and put forward a kind of fault automatic positioning solution, using this system in distribution network fault after a few minutes, the use of online fault detectors on installation to detect the fault in the segment, at the same time, using modern communication technology of the fault detectors action to monitor center information collection, after the network topology calculate fault point, and then will breakdown in monitoring system in the picture shows the location of the fault, and the information of the message to send to the related operation personnel way, shorten the failure search time, improve the power supply reliability.
Key word: power grounding positioning power supply reliability
中圖分类号：U224.3+1 文献标识码：A 文章编号：
电力系统中小电流接地系统在发生单相接地故障时没有明显的电流变化特征作为接地故障的判据，查找该故障一直是业内人士的难题。配电系统因为分支线多而复杂，在发生短路故障时一般仅出口断路器跳闸，即使在主干线上用开关分段，也只能隔离有限的几段，要找出具体故障位置往往需耗费大量人力、物力和时间。为了确定接地故障点所在的出线、分支和区段，新型配电网故障定位系统用可变负荷使故障线路上产生具有明显特征的电流信号作为接地故障判据。特征电流流经故障线路、接地故障点和大地返回信号源。挂在线路上的故障探测器检测到该电流信号后自动翻牌指示接地故障点所在的出线、分支和区段。这种方式克服了现有产品准确度低的缺陷，部分解决了单相接地故障定位的难题。
一、 现状调查
某局10 kV电力系统中普遍采用中性点不接地的小电流接地方式，当系统发生单相接地故障时，由于不能构成短路回路，接地故障电流往往很小，但系统线电压的对称性并不遭到破坏，系统还可继续运行一段时间。近年来随着电力传输容量增大、距离延长、电压等级逐渐升高，电力系统的延伸范围不断扩大，且电缆线路的使用量逐步增加，在这种情况下发生单相接地故障时，接地电流越来越大，造成接地电容电流在故障点形成的电弧不能自行熄灭，同时间歇电弧产生的过电压往往又使事故扩大，逐步发展成为短路事故，显著降低了电力系统的运行可靠性。为防止系统事故扩大，在接地运行的这段时间里必须设法排除故障或者将故障隔离。
由于配电网接地故障在实际运行中发生频率较高，处理起来相当繁琐。为了解决接地故障点查找难的问题，该局曾经尝试过使用接地故障指示器，但由于线路上可以获得的信号源非常有限，使得这种指示器的误判率很高，达不到缩短故障查找区段、快速找出故障的目的。通过小范围的试运行，目前该指示器已不再推广使用，基本上处于闲置状态。
从以上调查结果来看，配电装置接地故障的定位是目前该局配电网安全运行中急需解决的一个问题，需要寻找一种可靠的检测方法，从根本上解决配电网接地故障的定位难问题。
二、 原因分析
要解决配电网接地故障的定位难问题，配电网接地故障定位系统就必须运用现代数字技术，充分利用网络通信功能，实现上述目标。当线路发生短路或单相接地故障后，安装在线路上和开关柜内的相应故障探测器动作，给出报警信息，运行人员沿着线路查找给出报警信息的故障探测器，找到最后一个报警的故障探测器时就查到了故障区段，大大缩短查找故障的时间，降低查找故障的盲目性。
引起配电装置接地故障定位困难的原因分析如下：
1、缺少准确获取接地故障特征量（等）的装置，故障特征量Ｖo、Ｉo、相位角、五次谐波等测量困难。配电线路接线复杂，其运行方式改变频繁，造成变电站出线的长度和数量频繁改变，其电容电流和谐波电流也频繁改变；此外，母线电压水平的高低，负荷电流的大小总在不断地变化；故障点的接地电阻不确定等等。这些都造成故障特征量的不稳定。
2、干扰信号对故障特征量的影响很大，导致一般测量装置的误判的机率相当高。由于特征量信号小，而所处的环境中电磁干扰又很大，如果不能消除干扰或对特征量尽行放大，则准确检测很困难。
3、原理的局限性。有些检测装置在原理上存在着盲区，有一定的局限性。
4、目前的继电保护装置不能可靠对配电网接地故障进行有效保护。
在配电网接地故障的定位困难原因分析中，故障特征量获取困难与为主要原因。小电流系统单相接地时产生的零序电流是系统电容电流，其大小与系统规模大小和线路类型(电缆或架空线)有关，数值甚小，经中性点接入消弧线圈补偿后，其数值更小，接地基波电容电流达到0.2A左右，而5次谐波电流比零序电流又要小20～50倍。特征量小，使装置检测更加困难。
另外，信号干扰大也是另一要因。小电流系统中的干扰主要包括2方面：一是在变电站和发电厂的小电流系统单相接地保护装置的装设地点，电磁干扰大；二是由于负荷电流不平衡造成的零序电流和谐波电流较大，特别是当系统较小，对地电容电流较小时，接地回路的零序电流和谐波电流甚至小于非接地回路的对应电流。
三、解决方案
为了确定小电流接地系统接地故障点所在的出线、分支和区段，该系统用可变负荷使故障线路上的负荷电流叠加一个具有明显特征的电流信号作为接地故障判据，特征电流流经故障线路、接地故障点和大地返回可变负荷。挂在线路上的故障探测器检测到该电流信号后自动翻牌，从而指示出接地故障点所在的出线、分支和区段。这种方式克服了现有产品准确度低的缺陷，解决了单相接地故障定位的难题。
当可变负荷检测到开口三角电压升高到设定值并持续5秒钟后，控制内部的高压交流接触器工作，使得故障线路上产生具有特殊特征的电流信号。
具体原理如下：
当探测器处在从变电站出口到故障点构成的供电通路上时，应翻牌指示，同时给出闪光报警，便于全天候观察。探测器尽可能采用微处理器技术进行逻辑处理，以提高设备的可扩展性和适应性。考虑到现场70%的故障属于单相接地故障，因此探测器能同时检测单相接地和短路故障。
短路故障检测采用识别短路故障特征的方法，具有自适应功能，不用设置短路过流定值，同一个故障探测器可以在所有的线路上使用，便于生产、库存和使用。它能够防止由于同杆架设、附近有高压线、合闸时线路涌流或线路倒送电造成探测器误动。
故障探頭安装在各线路分支处的分支线上,系统出现短路故障时，探头检测到短路故障电流或特定信号电流流过，通过短距离无线收发系统，将动作信号传送给相隔5～20m的子站。当线路上任何一点发生单相接地故障时，可变负荷使故障线路中产生特殊的脉冲工频信号，FD检测流过本线路的特定信号时翻牌指示，并向相应数据转发站发送无线信息。数据转发站安装在线路的分支处（对于较长的主干线，也可以适当安装几组），最多可以接收9只探头（分别在三个分支的9相线路上）发送过来的动作信息。数据转发站在收到动作信息后，将动作分支的探头地址信息通过短消息发送给中心站。中心站接收到数据转发站发来的信息后，进行初步处理分析，可就地显示地址信息并保存，同时将该信息以RS232的方式送给监控主站。监控主站得到这些动作信息后，进行网络拓扑计算分析，与地理信息系统相结合进行故障定位，可以直接显示出故障点地理位置信息，并在地理背景上显示出来，同时监控主站将定位信息送给中心站，中心站以中文短消息的方式发送给事先设定好的10个相关人员的手机。运行维修人员根据这些信息可以直接到故障点排除故障。
四、运行情况
配电网接地故障定位系统在该局8个电管所所辖的10KV配电柜中进行试运行，试运行1年期间，系统报警11次，准确率达到98%，系统报警后，电管所维护人员仅用2个小时就将故障处理完毕，为检修带来很大方便，省去了对线路逐条排查的麻烦，比原来平均6个小时节约时间4个小时，经济、社会效益明显。
五、结果分析
通过运行可以发现，配电网故障定位系统具有很高的安全性，可变负荷产生的信号不影响变电站主变、接地变、消弧线圈及线路的正常运行，可变负荷在系统正常运行时与一次线路完全隔离。同时由于可变负荷产生的信号是低频纯阻性的，还可以消除谐振，抑制过电压，降低过电压对系统的危害。由于可变负荷使故障线路上流过具有明显特征的电流信号，指示器检测到该特殊信号后才会给出故障指示，因此该检测方法不受系统运行方式、拓扑结构、中性点接地方式的影响，检测准确率很高，值得在电力系统中推广应用。
第一作者：胡晓东，男，（1981-），硕士研究生，研究方向：电力系统负荷预测及可靠性研究。
通讯作者：崔光照，男，（1957-），博士，教授，研究方向: 目前主要从事智能电器控制系统、生物信息计算等方面的研究。
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。
关键字： 配电网接地定位供电可靠性
Abstract: the paper distribution network in the operation of the grounding occurred after the difficult position, analyzes the causes of the ground fault, and put forward a kind of fault automatic positioning solution, using this system in distribution network fault after a few minutes, the use of online fault detectors on installation to detect the fault in the segment, at the same time, using modern communication technology of the fault detectors action to monitor center information collection, after the network topology calculate fault point, and then will breakdown in monitoring system in the picture shows the location of the fault, and the information of the message to send to the related operation personnel way, shorten the failure search time, improve the power supply reliability.
Key word: power grounding positioning power supply reliability
中圖分类号：U224.3+1 文献标识码：A 文章编号：
电力系统中小电流接地系统在发生单相接地故障时没有明显的电流变化特征作为接地故障的判据，查找该故障一直是业内人士的难题。配电系统因为分支线多而复杂，在发生短路故障时一般仅出口断路器跳闸，即使在主干线上用开关分段，也只能隔离有限的几段，要找出具体故障位置往往需耗费大量人力、物力和时间。为了确定接地故障点所在的出线、分支和区段，新型配电网故障定位系统用可变负荷使故障线路上产生具有明显特征的电流信号作为接地故障判据。特征电流流经故障线路、接地故障点和大地返回信号源。挂在线路上的故障探测器检测到该电流信号后自动翻牌指示接地故障点所在的出线、分支和区段。这种方式克服了现有产品准确度低的缺陷，部分解决了单相接地故障定位的难题。
一、 现状调查
某局10 kV电力系统中普遍采用中性点不接地的小电流接地方式，当系统发生单相接地故障时，由于不能构成短路回路，接地故障电流往往很小，但系统线电压的对称性并不遭到破坏，系统还可继续运行一段时间。近年来随着电力传输容量增大、距离延长、电压等级逐渐升高，电力系统的延伸范围不断扩大，且电缆线路的使用量逐步增加，在这种情况下发生单相接地故障时，接地电流越来越大，造成接地电容电流在故障点形成的电弧不能自行熄灭，同时间歇电弧产生的过电压往往又使事故扩大，逐步发展成为短路事故，显著降低了电力系统的运行可靠性。为防止系统事故扩大，在接地运行的这段时间里必须设法排除故障或者将故障隔离。
由于配电网接地故障在实际运行中发生频率较高，处理起来相当繁琐。为了解决接地故障点查找难的问题，该局曾经尝试过使用接地故障指示器，但由于线路上可以获得的信号源非常有限，使得这种指示器的误判率很高，达不到缩短故障查找区段、快速找出故障的目的。通过小范围的试运行，目前该指示器已不再推广使用，基本上处于闲置状态。
从以上调查结果来看，配电装置接地故障的定位是目前该局配电网安全运行中急需解决的一个问题，需要寻找一种可靠的检测方法，从根本上解决配电网接地故障的定位难问题。
二、 原因分析
要解决配电网接地故障的定位难问题，配电网接地故障定位系统就必须运用现代数字技术，充分利用网络通信功能，实现上述目标。当线路发生短路或单相接地故障后，安装在线路上和开关柜内的相应故障探测器动作，给出报警信息，运行人员沿着线路查找给出报警信息的故障探测器，找到最后一个报警的故障探测器时就查到了故障区段，大大缩短查找故障的时间，降低查找故障的盲目性。
引起配电装置接地故障定位困难的原因分析如下：
1、缺少准确获取接地故障特征量（等）的装置，故障特征量Ｖo、Ｉo、相位角、五次谐波等测量困难。配电线路接线复杂，其运行方式改变频繁，造成变电站出线的长度和数量频繁改变，其电容电流和谐波电流也频繁改变；此外，母线电压水平的高低，负荷电流的大小总在不断地变化；故障点的接地电阻不确定等等。这些都造成故障特征量的不稳定。
2、干扰信号对故障特征量的影响很大，导致一般测量装置的误判的机率相当高。由于特征量信号小，而所处的环境中电磁干扰又很大，如果不能消除干扰或对特征量尽行放大，则准确检测很困难。
3、原理的局限性。有些检测装置在原理上存在着盲区，有一定的局限性。
4、目前的继电保护装置不能可靠对配电网接地故障进行有效保护。
在配电网接地故障的定位困难原因分析中，故障特征量获取困难与为主要原因。小电流系统单相接地时产生的零序电流是系统电容电流，其大小与系统规模大小和线路类型(电缆或架空线)有关，数值甚小，经中性点接入消弧线圈补偿后，其数值更小，接地基波电容电流达到0.2A左右，而5次谐波电流比零序电流又要小20～50倍。特征量小，使装置检测更加困难。
另外，信号干扰大也是另一要因。小电流系统中的干扰主要包括2方面：一是在变电站和发电厂的小电流系统单相接地保护装置的装设地点，电磁干扰大；二是由于负荷电流不平衡造成的零序电流和谐波电流较大，特别是当系统较小，对地电容电流较小时，接地回路的零序电流和谐波电流甚至小于非接地回路的对应电流。
三、解决方案
为了确定小电流接地系统接地故障点所在的出线、分支和区段，该系统用可变负荷使故障线路上的负荷电流叠加一个具有明显特征的电流信号作为接地故障判据，特征电流流经故障线路、接地故障点和大地返回可变负荷。挂在线路上的故障探测器检测到该电流信号后自动翻牌，从而指示出接地故障点所在的出线、分支和区段。这种方式克服了现有产品准确度低的缺陷，解决了单相接地故障定位的难题。
当可变负荷检测到开口三角电压升高到设定值并持续5秒钟后，控制内部的高压交流接触器工作，使得故障线路上产生具有特殊特征的电流信号。
具体原理如下：
当探测器处在从变电站出口到故障点构成的供电通路上时，应翻牌指示，同时给出闪光报警，便于全天候观察。探测器尽可能采用微处理器技术进行逻辑处理，以提高设备的可扩展性和适应性。考虑到现场70%的故障属于单相接地故障，因此探测器能同时检测单相接地和短路故障。
短路故障检测采用识别短路故障特征的方法，具有自适应功能，不用设置短路过流定值，同一个故障探测器可以在所有的线路上使用，便于生产、库存和使用。它能够防止由于同杆架设、附近有高压线、合闸时线路涌流或线路倒送电造成探测器误动。
故障探頭安装在各线路分支处的分支线上,系统出现短路故障时，探头检测到短路故障电流或特定信号电流流过，通过短距离无线收发系统，将动作信号传送给相隔5～20m的子站。当线路上任何一点发生单相接地故障时，可变负荷使故障线路中产生特殊的脉冲工频信号，FD检测流过本线路的特定信号时翻牌指示，并向相应数据转发站发送无线信息。数据转发站安装在线路的分支处（对于较长的主干线，也可以适当安装几组），最多可以接收9只探头（分别在三个分支的9相线路上）发送过来的动作信息。数据转发站在收到动作信息后，将动作分支的探头地址信息通过短消息发送给中心站。中心站接收到数据转发站发来的信息后，进行初步处理分析，可就地显示地址信息并保存，同时将该信息以RS232的方式送给监控主站。监控主站得到这些动作信息后，进行网络拓扑计算分析，与地理信息系统相结合进行故障定位，可以直接显示出故障点地理位置信息，并在地理背景上显示出来，同时监控主站将定位信息送给中心站，中心站以中文短消息的方式发送给事先设定好的10个相关人员的手机。运行维修人员根据这些信息可以直接到故障点排除故障。
四、运行情况
配电网接地故障定位系统在该局8个电管所所辖的10KV配电柜中进行试运行，试运行1年期间，系统报警11次，准确率达到98%，系统报警后，电管所维护人员仅用2个小时就将故障处理完毕，为检修带来很大方便，省去了对线路逐条排查的麻烦，比原来平均6个小时节约时间4个小时，经济、社会效益明显。
五、结果分析
通过运行可以发现，配电网故障定位系统具有很高的安全性，可变负荷产生的信号不影响变电站主变、接地变、消弧线圈及线路的正常运行，可变负荷在系统正常运行时与一次线路完全隔离。同时由于可变负荷产生的信号是低频纯阻性的，还可以消除谐振，抑制过电压，降低过电压对系统的危害。由于可变负荷使故障线路上流过具有明显特征的电流信号，指示器检测到该特殊信号后才会给出故障指示，因此该检测方法不受系统运行方式、拓扑结构、中性点接地方式的影响，检测准确率很高，值得在电力系统中推广应用。
第一作者：胡晓东，男，（1981-），硕士研究生，研究方向：电力系统负荷预测及可靠性研究。
通讯作者：崔光照，男，（1957-），博士，教授，研究方向: 目前主要从事智能电器控制系统、生物信息计算等方面的研究。
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。