２０６ 电力与能源 第３２卷第３期 ２Ｏ１１年６月 中性点经小电阻接地配网系统的故障定位 于盛楠 ，冯蓓艳 ，张嘉曼 ，谢海宁。 （１．上海市电力公司浦东供电公司，上海２０１２０５；２．华东电力试验研究院有限公司，上海２００４３７） 摘要：对配电网常用的故障定位方法进行了分析与研究，结合上海某地区中性点经小电阻接地配网系统的 故障特点，指出目前常用的故障指示器的故障判定逻辑的优缺点，提出一种新的用于中性点经小电阻接地系 统的故障指示器判定逻辑，以及新逻辑的实现方式。 关键词：小电阻接地系统；故障定位；故障指示器 中图分类号：ＴＭ８６３ 文献标志码：Ａ 文章编号：２０９５—１２５６（２０１１）０３—０２０６—０４ Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｎ Ｆａｕｌｔ Ｌｏｃａｔｉｏｎ ｉｎ Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ Ｎｅｔｗｏｒｋ ｗｉｔｈ Ｎｅｕｔｒａｌ Ｐｏｉｎｔ Ｇｒｏｕｎｄｉｎｇ ｖｉａ ＬＯＷ Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ Ｓｈｅｎｇｎａｎ 。Ｆｅｎｇ Ｂｅｉｙａｎ ，Ｚｈａｎｇ Ｊｉａｍｉｎ。，Ｘｉｅ Ｈａｉｎｉｎｇ。 （１．Ｐｕｄｏｎｇ Ｐｏｗｅｒ Ｓｕｐｐｌｙ Ｃｏｍｐａｎｙ ｏｆ ＳＭＥＰＣ，Ｓｈａｎｇｈａｉ ２０１２０５。Ｃｈｉｎａ； ２．Ｅａｓｔ Ｃｈｉｎａ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｐｏｗｅｒ Ｔｅｓｔ ８ＬＲｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ Ｌｉｍｉｎｔｅｄ Ｃｏｍｐａｎｙ．Ｓｈａｎｇｈａｉ ２００４３７，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｎｏｒｍａｌｌｙ ｕｓｅｄ ｍｅａｓｕｒｅｓ ｏｆ ｆａｕｌｔ ｌｏｃａｔｉｏｎ ｉｎ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｎｅｔｗｏｒｋ ａｒｅ ｓｔｕｄｉｅｄ ａｎｄ ａｎａｌｙｚｅｄ．Ｃｏｍｂｉ— ｎｉｎｇ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｆａｕｌｔ ｆｅａｔｕｒｅｓ ｏｆ ｌｏｗ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ ｇｒｏｕｎｄｉｎｇ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ ｉｎ ｃｅｒｔａｉｎ ｄｉｓｔｒｉｃｔ ｏｆ Ｓｈａｎｇｈａｉ，ｍｅｔ— ｉｔｓ ａｎｄ ｄｅｍｅｒｉｔｓ ｏｆ ｃｏｍｍｏｎ ｕｓｅｄ ｆａｕｌｔ ｉｄｅｎｔｉｆｙｉｎｇ ｌｏｇｉｃｓ ａｒｅ ａｎａｌｙｚｅｄ．Ａ ｎｅｗ ｉｄｅｎｔｉｆｙｉｎｇ ｌｏｇｉｃ ａｎｄ ｉｔｓ ｒｅａｌｉｚａｔｉｏｎ ｆｏｒ ｆａｕｌｔ ｉｎｄｉｃａｔｏｒｓ ａｐｐｌｉｅｄ ｉｎ ｌｏｗ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ ｇｒｏｕｎｄｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ ｉｓ ｐｕｔ ｆｏｒｗａｒｄ ｉｎ ｔｈｅ ｅｎｄ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｌｏｗ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ ｇｒｏｕｎｄｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ；ｆａｕｌｔ ｌｏｃａｔｉｏｎ；ｆａｕｌｔ ｃｉｒｃｕｉｔ ｉｎｄｉｃａｔｏｒ 于ＳＣＡＤＡ系统的故障区域判定方法相继出现。 ｌ配电网故障定位法 他们大多基于配电网的馈线继电保护，依照断路 器关系对整个网络进行拓扑分解，从而构成线路 配电网故障定位一直是电力系统中亟待解决 网络的关系矩阵，以此构成判别算法＿１。］。 的难题。这是由配电网络自身的特点决定的。配 基于配电网自动化的方法可以将故障区域定 电网络与输电网络相比，有以下三大特点： 位至两个断路器之间，在一定程度上缩短了巡线 １）供电半径小 较短的线路使得在输电网 范围和巡线时间，但是无法做到对线路的故障点 故障定位中应用广泛的经典阻抗法在配电网络中 进行精确定位。 误差明显加大。 １．２行波法 ２）末端随机负荷多 这一特点使得配电网 行波法利用故障距离与行波从故障点传输到 线路的负载电流变化较大，同时，线路也无法轻易 检测点的时间成正比的原理进行故障定位，应用 地使用集中参数进行等效。 较多的有双端法、单端法和注入法等 。］，分为 ３）线路分支多 从结构上来说，分支多给精 Ａ—Ｅ五种。 确定位某个分支带来困难，同时，分支多带来信息 行波法中的Ａ，Ｂ，Ｅ三型，都要根据检测到的 多，真伪信息混杂在一起，难于理清。 故障自身产生的行波进行故障定位，需要在变电 目前，常用的配电网故障定位方法，主要有基 站的各条母线出线处加设检测装置，如用于配电 于配电网自动化的方法、行波方法和使用故障指 网络，投资较大；Ｄ型方法即双端测距法，需要在 示器等方法。 线路两端进行检测，对多分支的配电网络难以适 １．１基于配电网自动化的方法 用；Ｃ型方法，即单端行波法，是在线路始端注入 随着配电网自动化技术的日益成熟，大量基 检测信号，通过注入信号与故障点返回信号的时 于盛楠，等：中性点经小电阻接地配网系统的故障定位 ２０７ 差来确定故障位置，这种方法从理论上讲是可行 的，但由于配电网络分支对信号的衰减和外界噪 声干扰的影响，使得数据处理存在很大困难，所以 一３）部分区域负荷具有较为明显的季节性和 时间性区别，负荷增长较快 每年６～８月份，用 户电压低和调换杆变工作量明显增多，因此线路 负荷电流变化较大。 ４）三相故障大多为外力破坏造成。 直没有得到实际应用。 １．３使用故障指示器 目前，很多地区的架空线、电缆故障判断，大 多采用故障指示器进行判断。这种装置是安装在 １Ｏ ｋＶ或３５ ｋＶ配电线路或电缆上，通过测量线 ３．２ 中性点经小电阻接地系统相间故障特点 根据对所述地区典型故障录波的分析及系统 模拟计算，中性点经小电阻接地的１Ｏ ｋＶ供电系 路上流过的电流和感应电压，并通过一定的逻辑 来指示故障。目前，国内对故障指示器缺乏统一 标准，导致市面上的故障指示器存在质量参差、判 断原理单一等问题，降低了故障指示的准确率。 若能通过原理开发和逻辑设计，使故障指示器达 到较高的判断正确率，就可通过故障指示器的检 测，达到对配电网故障的精确定位。 ２ 配电网故障指示器的动作分析 上海市某地区配电网采用中性点经小电阻接 地系统。从该地区２００３年至２００９年的配电网故 障统计数据来看，由于电缆故障大多为直接接地 故障，故障电流较大，因而电缆型故障指示器具有 较高的动作正确率，超过９Ｏ 。而在一般的架空 线路中３５ ｋＶ线路故障指示器总动作准确率约 为５１ 。１０ ｋＶ线路故障指示器的总动作准确 率为７３．７１ ，尤其是单相接地故障（特别是带过 渡电阻接地故障）正确动作率不高，仅为５８ 。 为了找出故障指示器动作正确率低的原因， 先对该地区配电网系统的故障特点进行了研究。 由于电缆故障指示器动作正确率较高，因而从架 空线网络着手进行分析。 ３ 中性点经小电阻接地配网系统故障特点 ３．１ 中性点经小电阻配电系统故障特点 通过对所述地区近年来的配电网故障抢修统 计数据分析，该地区１０ ｋＶ架空线路发生故障有 以下特点： １）单相故障多 从２００８年至今，该地区的 １０ ｋＶ架空线路单相调换熔丝的工作量占总抢修 工作量的６２．４ ，抢修时间为１．２１～５．０６ ｈ。 ２）断线和避雷器故障大多发生在夏季 例 如，２０１０年６～８月，该地区１０ ｋＶ线路共发生断 线故障３４次，远大于２０１０年１～５月份共１１次 的断线故障记录。 统两相故障短路电流在３～６．５ ｋＡ内变化，考虑 到过渡电阻等多种因素，两相故障电流超过 １ ｋＡ，故障电流较大。大电流会引起继电保护装 置快速动作，开关跳闸，从而造成故障线路三相电 压迅速跌落。 相间发生短路故障，由于故障电流较大，对故 障指示器而言，最容易进行判断，故障指示器动作 正确率也相对较高。 ３．３ 中性点经小电阻接地系统单相接地故障 特点 单相接地故障根据线路所流经过渡电阻的不 同，分为金属性故障和非金属性故障。 ３．３．１金属性故障 系统发生金属性故障时，会产生较大的故障 电流，为正常负荷电流的好几倍。根据对所述地 区典型故障录波分析，以及系统模拟计算，中性点 经小电阻接地的１０ ｋＶ供电系统单相金属性接 地故障电流在８００～１ ２００ Ａ内变化，并且接地故 障时故障相电压下降一般在５０ 以上。此时，故 障指示器根据线路所流经的电流大小就能正确判 别出故障与否。 ３．３．２非金属性故障（高阻接地） 研究所在地区的１０ ｋＶ架空线大多是绝缘 导线，当线路断线掉落地面时可能会形成高阻接 地，此时由于接地电阻很大，故障电流的变化量可 能不足以引起故障指示器动作。单个故障指示器 如仅依据电流信息很难判别出故障。针对这种情 况，可综合分析各分支线路上故障指示器信息，根 据多个故障指示器采集到的电流信息而不是单个 的电流信息来判断故障与否。 如图１所示，当线路中Ｆ点处发生高阻接地 时，故障指示器Ｓ１处电流增大，而Ｓ２、Ｓ３处电流 减小，即使Ｓ１处电流增幅过小，小于故障指示器 的报警动作值，但是，仍然可以根据Ｓ１处电流增 大，而Ｓ２、Ｓ３处电流减小这一特点，判断出故障 ２０８ 于盛楠，等：中性点经小电阻接地配网系统的故障定位 指示器Ｓ１所在线路发生故障，或结合线路零序电 流情况进行判断。 ３．４ 中性点经小电阻接地系统断线故障特点 ３．４．１电源侧断线后接地 如图１所示，若Ｆ点处发生故障，则巡线人 员发现故障指示器Ｓ１动作，而故障指示器ｓ２和 Ｓ３不动作，判断出故障位置在故障指示器Ｓ１之 后，故障指示器Ｓ２和Ｓ３之前。这时伴随接地故 障的是较大的接地电流，类似于单相接地故障，但 应保证断点后侧的故障指示器正确不动作。 ３．４．２负荷侧断线 后接地 如图２所示，此 时电源侧没有发生 图１ 电源侧断线后接地故障 接地故障，因此没有 故障电流，而负荷侧也没有故障电流。此时如果 线路上健全相有一定的负荷电流，则零序电流保 护会动作，开关跳开。此时，电源侧和负荷侧均有 电压跌落。 电源侧 负荷侧 ３．４．３杆塔的跨接线 断开两侧不接地 如图３所示，杆塔 的跨接导线断开，两侧 图２负荷侧断线后接地故障 均不接地，这种情况下 故障导线上没有电流， 如果线路上健全相有一定的负荷电流，则零序电 流保护会动作，开关跳开。电源侧和负荷侧电流 均为０，电源侧和负荷侧均有电压跌落。 ３．４．４小结 对于后两种情况， 由于没有故障电流，很 难通过电气量进行判 断。这是因为线路无 图３杆塔跨接线断开后 电流很可能是用户侧 不接地故障 负荷切除或者继电保 护装置动作所致。通过对市面上各种故障指示器 的性能及功能调研，大多数厂家对中性点经小电 阻接地系统断线故障指示，目前还没有可提供解 决的技术方案。 ４故障指示器常用判断逻辑 ４．１电流定值法 电流定值法是目前故障指示器中最常用的一 种故障判断逻辑。与继电保护中的过流保护类 似，在故障指示器中设定，当线路电流超过设定电 流时故障指示器动作。电流定值法原理简单，因 而故障指示器中一般配置为可选定值，供使用者 根据线路情况设置不同的电流定值。 电流定值法可以用于判别配电线路的接地和 短路故障，但是，由于配电线路差异较大，同一条 分支前后负荷电流也大为不同，而且常常发生负 荷割接等变动，因此，若选用单纯电流定值原理的 故障指示器，为保证故障指示器的动作正确率，需 要对其进行大量的整定工作。 ４．２电流突变量法 电流突变量法是通过检测一定时间内线路电 流突变量是否达到一定值来判断故障点。由于配 电线路负荷波动较大，电流突变量法常常需要配 合时间判据，避免因负荷跃变造成故障指示器误 动作。电流突变量法通常与电流定值法结合起 来，运用于故障指示器的逻辑设计中，用于判别配 电线路的接地和短路故障，但是突变量的整定依 然需要较多的前期工作。 ４．３阶梯形电流整定法 为了避免负荷电流不同带来的复杂整定工 作，阶梯形电流整定将自适应的整定值设计在故 障指示器的逻辑当中，根据实时检测到的负荷电 流，按一定倍率设置整定值。如图４所示，是一种 ２倍率的阶梯形整定示意图。 毳 暴 图４阶梯型整定乐意图 当检测到的负荷电流为０～５０ Ａ时，故障指 示器动作定值自动整定为１００ Ａ；当检测到的负 荷电流为５０～１００ Ａ时，故障指示器动作定值自 动整定为２００ Ａ；以此类推。采用方法提高了故 障指示器对低负荷电流的线路故障的判别灵敏度 和可靠度，但是对于高负荷电流的线路故障可能 会降低灵敏度。 ４．４电压突降法 由于配电线路发生故障后，继电保护装置会 于盛楠，等：中性点经小电阻接地配网系统的故障定位 ２０９ 使开关动作造成线路失电，因此，电压突降也成为 部分故障指示器的判据之一。由于开关跳开后， ６ 结语 整条线路电压均失压，所以电压突降之能作为故 要做到对配电网精确进行线路故障定位，一 障判定的辅助判据。 直是个难题。通过分析现有的故障定位方法，提 ５故障指示器逻辑设计 出改进现有故障指示器的故障判断逻辑来实现中 性点经小电阻接地系统的故障定位。 通过上述分析，根据目前配电线路的实际情 新的逻辑判断，理论上能够实现短路、接地故 况，综合出较为理想的故障指示器的判断逻辑，其 障的判断，而且由于引入零流，对单相断线故障也 逻辑原理如图５所示。 可做出判断。对零流检测，建议通过三相通信或 者后台判断方式加以实现，实现方式将在日后的 研究中继续验证。 参考文献： ［１］裴善鹏，连鸿波，李万彬，王璐．快速调匝式消弧线圈及接 地选线一体化装置研究ＥＪ］．现代电力，２００６，２３（１），２０～２４． 图５故障指不器逻辑设计 ［２］ 齐 郑．小电流接地系统单相接地故障选线及定位技术的 式中：Ｌ为零序电流； 为设置的动作电流值，当负荷电流 研究［Ｄ］．华北电力大学电力系，２００５． 较小时，可按阶梯型进行设定；当负荷电流较大时（超过 ［３］Ｊｏｈｎｓ Ａ Ｔ Ｗｈｉｔｔａｒｄ．Ｎｅｗ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ ｆｏｒ ｔｈｅ ａｃｃｕｒａｔｅ ｌｏｃａ— ４００ Ａ），可按线路情况设置整定；ｄｉ／ｄｔ为电流突变量；Ｕ ｔｉｏｎ ｏｆ ｅａｒｔｈ ｆａｕｌｔｓ Ｏｉｌ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍＥＪ］．ＩＥＥ Ｐｒｏｃ．一 为相电压，设置为低电压触发；ｔ为时间。 Ｇｅｎｅｒ．Ｔｒａｎｓｍ．Ｄｉｓｔｒｉｂ．１９９９，１４２（２）：７３—７９． 如图５所示，该逻辑表示：当零序电流存在或 Ｅ４］王玮，蔡伟，张元芳，樊大伟．基于阻抗法的电力电缆高 相电流超过设定值或电流突变量超过设定值时， 阻故障定位理论及实验［Ｊ］．电网技术，２００１（１１）． 若相电压跌落一定时间，则故障指示器进行指示。 Ｅｓ］ Ｂｏ Ｚ Ｑ．Ａｃｃｕｒａｔｅ ｆａｕｌｔ ｌｏｃａｔｉｏｎ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ ｆｏｒ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ ｕｓｉｎｇ ｆａｕｌｔ—－ｇｅｎｅｒａｔｅｄ ｈｉｇｈ—－ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｔｒａｎｓｉｅｎｔ ｖｏｌｔ－‘ 该逻辑通过对零序电流、电流最大值、电流突变量 ａｇｅ ｓｉｇｎａｌｓ［Ｊ］．ＩＥＥ Ｐｒｏｃ．一Ｇｅｎｅｒ．Ｔｒａｎｓｍ．Ｄｉｓｔｒｉｂ．１９９９， 和低电压的综合判断，各整定值在《中性点经小电 ｌ４６（１）：７３—７９． 阻接地系统配网的架空线路故障指示器整定研 ［６］ 陈平，葛耀中，徐丙垠，李京．现代行波故障测距原理及 究》一文中进行了分析讨论。该逻辑理论上能够 其在实测故障分析中的应用一Ａ型原理［Ｊ］．继电器，２００４， 实现短路、接地故障的判断，而且由于引入零流， ３２（２）：１３－１８． ［７］ 陈平，葛耀中，徐丙垠，李京．现代行波故障测距原理及 对单相断线故障也可做出判断。 其在实测故障分析中的应用一Ｄ型原理ＥＪ］．继电器，２００４，３２ 为了实现此逻辑，必须有效检测零序电流，通 （３）：１３—１８． 过调研，目前的线路故障指示器大多为单相指示， 收稿日期：２０１１一Ｏ５一Ｏ８ 若要检测零序电流，可通过三相之间通信实现，亦 作者简介：于盛楠（１９８３一），女，工程师，硕士研究生，从事 可通过建立故障判断后台，对各个故障指示器在 变配电系统运行管理工作。 各个时刻检测的电气量进行逻辑判断。 （编辑：杜建军） 国家风光储输示范工程全面施工 据《国家电网报｝２０１１年６月１日报道：５月２３日，国家风光储输示范工程主合同签字仪式暨全面 施工誓师动员大会举行，标志着该工程进入全面施工阶段。 国家风光储示范工程位于河北省张家口市，为我国首个重点“金太阳示范工程”、国家电网公司智能电网首批试点工 程、河北省重点产业支撑项目，由华北电网有限公司组织建设。该工程旨在通过联合发电智能全景优化控制系统，统一 协制，统筹调配风、光、储发电资源，利用７种不同组态的运行模式，实现风力发电、光伏发电、储能发电以及智能电 网输电的友好互动和智能调度，进而全面提高电网对大规模可再生能源的接纳能力。 据悉，国家风光储输示范工程总容量为风电３Ｏ～５Ｏ万ｋＷ，光伏发电１Ｏ万ｋｗ，储能装置１１万ｋＷ，预计总投资１２０ 亿元 ，一期工程拟建设风电１Ｏ万ｋＷ、光伏发电４万ｋＷ和储能装置２万ｋＷ，另外预留２万ｋＷ储能扩建空间。一期 工程总投资３３亿元，建成投产后将成为世界上规模最大的风光储输一体化工程。
