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架空線是我國(guó)中壓配電網(wǎng)的主要形式，其接地故障數(shù)量、形式繁多，其中單相接地故障是主要的故障形式，據(jù)統(tǒng)計(jì)單相接地故障占架空中壓配電網(wǎng)故障總數(shù)的比例在80%以上?，F(xiàn)有的故障測(cè)距方法研究主要集中在注入法測(cè)距、基于故障穩(wěn)態(tài)量測(cè)距和基于故障暫態(tài)量測(cè)距，其中故障穩(wěn)態(tài)量測(cè)距的方法在小電流接地系統(tǒng)中基本失效。

我國(guó)現(xiàn)有的配電網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)受制于技術(shù)原因，小電流接地故障檢測(cè)與定位功能基本沒(méi)有相關(guān)報(bào)道，個(gè)別系統(tǒng)雖具有檢測(cè)定位功能但實(shí)用效果很差，以至于傳統(tǒng)的人工巡線法仍是目前確定故障點(diǎn)廣泛采用的方法，不僅耗費(fèi)大量的人力物力，造成用戶短時(shí)停電，給用戶造成較大的經(jīng)濟(jì)損失，而且使得配電網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)在提高供電可靠性上的作用大打折扣。有學(xué)者提出針對(duì)小電流接地系統(tǒng)建立接地故障數(shù)據(jù)庫(kù)一定程度上解決了故障檢測(cè)困難的問(wèn)題，但數(shù)據(jù)庫(kù)的復(fù)雜程度也增加了開發(fā)工作量。

為解決配電網(wǎng)單相接地故障難以進(jìn)行快速診斷并準(zhǔn)確定位的難題，云南電網(wǎng)公司電力科學(xué)研究院、西安交通大學(xué)電氣學(xué)院的研究人員，研制了一套高精度配網(wǎng)單相接地故障檢測(cè)與定位系統(tǒng)，近年來(lái)在輸電網(wǎng)獲得成功應(yīng)用并在配電網(wǎng)集中大量研究工作的行波法進(jìn)行測(cè)距。

圖3 單相接地故障檢測(cè)與定位系統(tǒng)整體構(gòu)架

該系統(tǒng)具備配網(wǎng)故障信息采集、配網(wǎng)故障信息分析與診斷、上下級(jí)數(shù)據(jù)傳輸通信和自主供電等功能，實(shí)現(xiàn)了對(duì)故障的快速檢測(cè)和準(zhǔn)確定位，提高了中壓配電網(wǎng)的自動(dòng)化水平。

系統(tǒng)進(jìn)行故障檢測(cè)與定位的原理為通過(guò)凱倫貝爾相模變換得到零模電壓，用零模電壓判斷是否發(fā)生故障，并選用B型行波法對(duì)故障進(jìn)行測(cè)距。系統(tǒng)首先采用電容分壓器提取故障暫態(tài)電壓信號(hào)，經(jīng)數(shù)字信號(hào)處理器對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行簡(jiǎn)單分析處理后通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)通信模塊將故障信息匯總到上位機(jī)，上位機(jī)分析比較各個(gè)檢測(cè)裝置上傳的數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)故障選線定位。同時(shí)通過(guò)納秒級(jí)授時(shí)模塊對(duì)系統(tǒng)同步授時(shí)，提高線路監(jiān)測(cè)裝置對(duì)行波到達(dá)時(shí)間的測(cè)量精度至納秒級(jí)，從而提高行波測(cè)距精度。

圖12 系統(tǒng)組裝機(jī)箱圖

圖13 單相接地故障定位全線檢測(cè)方法原理圖

本系統(tǒng)具有以下創(chuàng)新性特點(diǎn)：

• 1）將物聯(lián)網(wǎng)通信應(yīng)用在配電線路數(shù)據(jù)傳輸模塊中，解決了故障數(shù)據(jù)遠(yuǎn)距離和大批量無(wú)線傳輸問(wèn)題。
• 2）解決了現(xiàn)有行波定位方法中定位精度不高和系統(tǒng)同步授時(shí)難度大的問(wèn)題，納秒級(jí)授時(shí)模塊為系統(tǒng)建立了高精度和統(tǒng)一的時(shí)間尺度。
• 3）電源管理模塊為系統(tǒng)提供了能夠在戶外長(zhǎng)期工作且穩(wěn)定可靠的供電電源，為解決輸電線路高壓側(cè)在線檢測(cè)系統(tǒng)的供電問(wèn)題提供了可行方案。

以上研究成果已發(fā)表在2020年第1期《電氣技術(shù)》雜志，論文標(biāo)題為“高精度配網(wǎng)單相接地故障檢測(cè)與定位系統(tǒng)研發(fā)”，作者為劉紅文、郭輝、王科、徐雨、于欽學(xué)。