[发明专利]一种架空配电线路单相接地故障定位方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种架空配电线路单相接地故障定位方法，尤其涉及基于空间磁场波形特性的架空配电线路单相接地故障定位方法，属于电力系统故障技术领域。

背景技术

电力系统运行过程中，时常会发生故障，故障造成的计划外供电中断使得生产停顿、生活混乱，甚至危及人身和设备安全，形成十分严重的后果。电力系统的统计资料显示，配电网运行过程中的故障大多数是短路故障，而其中90%以上为单相接地故障。产生短路的主要原因是电气设备载流部分的相间绝缘或相对地绝缘被损坏。因此，在配电网发生单相接地故障后，如果能够实现快速、准确的定位，不仅可以尽快修复线路，保证供电可靠性，还对整个电力系统的安全稳定和经济运行有着十分重要的作用。

传统的方法是逐次拉路选出故障线，再由人工巡线目测法找出接地故障点。拉路选线造成非故障线用户的不必要供电中断。目测巡线定位耗费大量的人力物力，延误定位时间。这两种方法与现代电网的高度自动化极不适应。几十年以来，无数的电力工作者为解决选线和定位自动化问题进行了大量工作，研究工作从未停止过。通过众多专家、学者的努力，选线问题取得了重大突破，新型选线装置的选线正确率不低于95％，可以满足配电网运行对选线的要求。但配电网的单相接地故障定位问题则没有多大进展，一直还采用人工目测巡线的老办法，严重影响配电网供电的可靠性。

选线问题解决后，国内外广大专家学者针对配电网的单项接地故障定位问题进行了一系列研究，也得到了许多定位理论和定位方法。例如国内有故障指示器法、S信号注入法、行波法等。

故障指示器法的原理是在变电站向故障相母线注入信号电流，该信号电流由变电站发送，经故障路径通过接地电流入大地返回信号源。故障路径的指示器检测到故障电流则发生动作。故障指示器一般由电流、电压和时间检测、故障判别、故障指示驱动、故障状态指示及信号输出和自动延时复位控制等部分组成。大部分产品采用机械式旋转翻牌指示故障，线路正常运行为一种颜色指示，线路故障时变为另一种颜色，也有少部分产品采用发光指示故障。故障指示器法优的点是结构和原理简单，价格便宜，安装容易，用户反映短路故障指示器的实用效果还是比较好的。缺点则是无法确定线路具体故障分支，容易受接地阻抗影响，不适用于中性点接地的系统。因此，接地故障指示器的使用效果则不很理想，正确率不高，电网发生单相接地故障时常常没有反应。可见，接地故障指示器技术不能圆满解决配电网故障定位问题。

S信号注入法是将单相接地选线与接地点的定位结合起来的方法。原理是在故障发生后，通过母线PT向接地线注入特定频率的电信号（注入信号的频率处于工频n次谐波与n+1次谐波之间，常用220Hz）。注入信号会沿着故障线路经接地点注入大地，用故障探测器在分支点进行检测，有信号流过的分支即为故障分支。在故障分支上手持故障检测器沿线连续检测，根据线路上信号特点确定故障点。该方法的优点是使用简单，不受消弧线圈影响，中性点不接地系统和中性点经消弧线圈接地系统均适用。缺点是注入信号能量有限，容易受到接地过渡电阻和线路分布电容影响，故不适用于接地过度电阻大或比较长的线路。但该方法定位效果受到接地过渡电阻和线路分布电容的影响，在接地过渡电阻大、线路较长的情况下会定位失败。S注入法没有彻底解决小电流接地系统的单相接地故障定位问题

行波法的原理是利用线路上行波传输的特点来进行故障定位。行波法进行故障定位可分为单端行波测距和双端行波测距。单端行波测距的原理是在母线处检测行波信号，在识别出来自故障点的反射波后，根据波在母线处和故障点之间往返一次所用的时间和波的传播速度，计算得到故障距离，其中的行波信号可能是故障瞬间产生的暂态行波，也可能是人工在故障线路中注入的脉冲信号引起的行波。双端行波测距的原理是在线路的两端同时检测故障产生的行波信号，根据故障波到达线路两端的时间差来确定故障位置。行波法的优点是直接定位故障距离和故障分支，不需要巡线，定位速度快。缺点则是当接地过渡电阻较大、线路分支交多时，行波信号就会极大减弱，因此，行波法只适用于接地过渡电阻小、分支不多的情况。

另外也有利用到达时差法测量空间电磁波传播进行故障定位的方法。到达时差法定位是通过测定故障电流产生的电磁信号到达各监测站的时刻，并根据故障信号到达各监测站的时间差计算确定故障位置的一种定位方法。如图1所示，E1、E2、E3为线路中的3个监测点，其上设置高精度同步时钟。当这些监测点的坐标已知，设故障信号到达各监测站的时刻分别为T1、T2、T3，可以计算得出故障信号到达各监测站的时间差分别为T12、T23、T13。

其中：