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摘 要：課题引用一种基于斜率距离差异的单相接地故障定位方法，从而实现故障定位。在此基础上，对故障定位工程实现进行介绍，利用110kV马场地金属性接地对故障定位法进行了研究，研究表明：该方案能够准确、快速地进行故障区段定位。
关键词：斜率距离差异;故障定位;单相接地
配电网线路的接地方式通常为小电流系统接地，当系统内存在单相接地故障时，系统的接地电流相对较小，且非故障相电压升至线电压，其单相接地对系统供电质量影响较小，因此在没有特殊规定运行方式的情况下系统容许带接地运行1h至2h，为线路工在有限的时间内能够迅速查找故障点并进行带电处理或者隔离，大大地增加了系统的供电可靠性。而在接地时间过长时，系统容易再次发生接地现象或者接地点有放弧现象，其易造成线路跳闸，甚至保护越级扩大停电范围，用户侧非计划停产、电压互感器炸裂、小车开关柜烧毁，发电厂机组解列等现象，因此为防止故障扩大化，增加电网供电可靠性，如何快速地查找接地点并切除故障点成为技术难点。课题将结合阿拉善电网实际运行情况，并结合国内外先进配电网技术，研究和分析快速查找接地的方法，以保证人身、设备、电网的安全稳定运行。
1 基于斜率距离差异的故障定位法
系统内出现单相接地现象后，系统主站将收集到相关的故障信息，同时启动配电网的终端，收集配电网络中每个监测点的零模电流信息，系统终端将故障发生的时间、零模电流的波形、幅值以及频率记录下来，并将形成比较正确的时间序列数据。
1.1 基于斜率距离的零模电流
将终端采集到的零模电流信息利用斜率距离进行分析，以此判断相邻两个检测点的零模电流波形的相似程度，其表达式如公式（1）所示。
DK（i01，i02）=∑mi=2（ti-ti-1）ditm（1）
式中：DK（i01，i02）—两个相邻监测处零模电流相似度;m—零模电流的数据长度; i01，i02—相邻2个监测处的零模电流;di—分段直线斜率距离;tm—时间序列终止时刻;ti—第i段分段直线起始时刻;ti1—第i段分段直线起始时刻;
当DK（i01，i02）<DsetK时，表示两个相邻监测处零模电流相似度较好;当DK（i01，i02）>DsetK时，表示两个相邻监测处零模电流相似度较差;
根据零模电流相似性分析能够得出，两个相邻监测处零模电流相似度较好时，则两个检测点均在故障点的同一侧，两个相邻监测处零模电流相似度较差时，两个检测点分别在故障点两侧，这样就可以确定接地点在哪一个区间段。
1.2 定位判据
系统中出现单相接地现象时，主站通过配电网络中配备的馈线终端收集各个零模电流信息，并以零模电流突变量为启动条件，并通过分析系统的暂态及工频有效值，选取接地故障线路，配电网络中采集终端将接地点前后工频周期20ms的波形上传至系统主站，并构成零模电流时间序列。利用斜率距离计算相关区段的DK（i01，i02），并通过分析DK（i01，i02）来判断相邻两区段的零模电流相似度，以此确定接地点所在的区间。
暂态零模电流斜率距离差异定位的步骤为：（1）故障指示器汇集单元利用采集到的电流信息，获取暂态零模电流;（2）根据暂态零模电流计算相邻两个时间序列波形的斜率值，并将计算结果上传至主站，主站通过根据斜率距离分析判断故障线路及接地点所在故障线路的故障区段。图1为基于斜率距离的暂态零模电流接地故障定位流程图。
2 故障定位工程实现及实际数据定位研究
2.1 故障定位工程实现
暂态录波型故障指示器是当前较为常用的配电终端，主要由采集单元、汇集单元两部分构成其特点在于不仅能够实现遥信的上传，而且能够检测运行线路中有关电流、电压等有关信息。与常规的配电终端相比，暂态录波型故障指示器能够在系统不同接地方式下进行较为准确的不同类型单相接地故障定位。在线路三相各侧均配置采集单元，实时采集线路对地电场、三相电流，当电流或者对地电场出现异常情况时，触发故障录波，并将故障发生前后的相关数据汇集处理后，将数据上传至配电自动化主站后对故障实现定位。采集单元的时钟通过汇集单元的时钟进行校正，其三相同步误差一般相对较低，基本上低于100μs，因此能够进行各相同步数据采样。同时，采样单元的采集频率通常选择高于4kHz的采样频率，以获取小电流接地故障的暂态电流数据，汇集单元利用软件得到线路有关的零序电流，图2为暂态录波型故障指示器结构图。
采集单元同常规的故障指示器外形相似，易于带电拆装，主要构件有电源、通信模块、电流互感器、电场传感器等。利用电流互感器采集线路三相电流，电场传感器采集线路对地电场情况，采集单元检测到电流或者对地电场存在异常情况，触发故障录波后利用通信模块将数据包上传至汇集单元。
汇集单元主要是将采集单元上传的数据信息经处理后送至系统主站，同时实时检测采集单元的异常情况，实时对其进行时间校正，以提高定位的准确度，一般由电源模块、超级电容、控制芯片等组成。汇集单元在线路杆塔上进行安装，其机箱、外侧构件应进行防锈蚀措施，并且要求符合户外运行要求。
2.2 实际数据定位研究
110kV马场地变发生A相接地，其相电压分别为Ua=01kV、Ub=10.1kV、Uc=9.8kV，951敕勒Ⅰ回的3个配电终端将故障数据上传至故障录波装置中，利用上述数据进行了故障定位方法的研究与分析。对波形进行滤波处理后，选取0.2S的故障录波器波形图，图3为951敕勒I回主干23#号杆和主干27#号杆的零模电流故障波形图。
从图3中，可以看出951敕勒Ⅰ回主干23#号杆和主干27#号杆的零模电流故障波形存在明显的差异性，且极性相反。图3为951敕勒Ⅰ回主干19#号杆和主干23#号杆的零模电流故障波形图。
从图4中，可以看出951敕勒Ⅰ回主干23#号杆和主干27#号杆的零模电流故障波形基本相同，且极性一致。根据第三章中斜率距离的计算公式求取D（19#，23#）、D（23#，27#）结果分别为D（19#，23#）=0.0012，D（23#，27#）=6.13，通过比较得出：D（19#，23#）<Dsetk、D（23#，27#）>Dsetk，得出951敕勒Ⅰ回A相接地点所在主干23#号杆和主干27#号杆之间。经巡线人员确定故障原因为主干24号杆三支分所变压器喷油，汇报故障已隔离，不影响系统运行，进一步验证了定位的正确性。
3 结论
本文以单相故障定位为研究对象，引用了一种基于暂态零模电流斜率距离差异的故障定位方法，提高判断零序电流的斜率距离差异进行故障快速定位。在此基础上，对故障定位工程实现与应用进行了研究，通过110kV马场地变A相金属性接地，验证了该方案的有效性，提高了系统运行成本，降低作业人员工作任务，增加了系统的安全稳定性。
参考文献：
[1]姚刚，蒋文荣，黄明海.10kV配电网故障在线监测和定位分析[J].科技创新导报，2018，15（10）：5152.
[2]李国成，王辉，高盛，刘冰，冯曰敏.基于故障距离分布函数的配电网故障定位方法研究[J].电子设计工程，2017，25（19）：3437.
[3]戴志辉，王旭.基于改进阻抗法的有源配电网故障测距算法[J].电网技术，2017，41（06）：20272034.
[4]康忠健，田爱娜，冯艳艳，李卫星.基于零序阻抗模型故障特征的含分布式电源配电网故障区间定位方法[J].电工技术学报，2016，31（10）：214221.
关键词：斜率距离差异;故障定位;单相接地
配电网线路的接地方式通常为小电流系统接地，当系统内存在单相接地故障时，系统的接地电流相对较小，且非故障相电压升至线电压，其单相接地对系统供电质量影响较小，因此在没有特殊规定运行方式的情况下系统容许带接地运行1h至2h，为线路工在有限的时间内能够迅速查找故障点并进行带电处理或者隔离，大大地增加了系统的供电可靠性。而在接地时间过长时，系统容易再次发生接地现象或者接地点有放弧现象，其易造成线路跳闸，甚至保护越级扩大停电范围，用户侧非计划停产、电压互感器炸裂、小车开关柜烧毁，发电厂机组解列等现象，因此为防止故障扩大化，增加电网供电可靠性，如何快速地查找接地点并切除故障点成为技术难点。课题将结合阿拉善电网实际运行情况，并结合国内外先进配电网技术，研究和分析快速查找接地的方法，以保证人身、设备、电网的安全稳定运行。
1 基于斜率距离差异的故障定位法
系统内出现单相接地现象后，系统主站将收集到相关的故障信息，同时启动配电网的终端，收集配电网络中每个监测点的零模电流信息，系统终端将故障发生的时间、零模电流的波形、幅值以及频率记录下来，并将形成比较正确的时间序列数据。
1.1 基于斜率距离的零模电流
将终端采集到的零模电流信息利用斜率距离进行分析，以此判断相邻两个检测点的零模电流波形的相似程度，其表达式如公式（1）所示。
DK（i01，i02）=∑mi=2（ti-ti-1）ditm（1）
式中：DK（i01，i02）—两个相邻监测处零模电流相似度;m—零模电流的数据长度; i01，i02—相邻2个监测处的零模电流;di—分段直线斜率距离;tm—时间序列终止时刻;ti—第i段分段直线起始时刻;ti1—第i段分段直线起始时刻;
当DK（i01，i02）<DsetK时，表示两个相邻监测处零模电流相似度较好;当DK（i01，i02）>DsetK时，表示两个相邻监测处零模电流相似度较差;
根据零模电流相似性分析能够得出，两个相邻监测处零模电流相似度较好时，则两个检测点均在故障点的同一侧，两个相邻监测处零模电流相似度较差时，两个检测点分别在故障点两侧，这样就可以确定接地点在哪一个区间段。
1.2 定位判据
系统中出现单相接地现象时，主站通过配电网络中配备的馈线终端收集各个零模电流信息，并以零模电流突变量为启动条件，并通过分析系统的暂态及工频有效值，选取接地故障线路，配电网络中采集终端将接地点前后工频周期20ms的波形上传至系统主站，并构成零模电流时间序列。利用斜率距离计算相关区段的DK（i01，i02），并通过分析DK（i01，i02）来判断相邻两区段的零模电流相似度，以此确定接地点所在的区间。
暂态零模电流斜率距离差异定位的步骤为：（1）故障指示器汇集单元利用采集到的电流信息，获取暂态零模电流;（2）根据暂态零模电流计算相邻两个时间序列波形的斜率值，并将计算结果上传至主站，主站通过根据斜率距离分析判断故障线路及接地点所在故障线路的故障区段。图1为基于斜率距离的暂态零模电流接地故障定位流程图。
2 故障定位工程实现及实际数据定位研究
2.1 故障定位工程实现
暂态录波型故障指示器是当前较为常用的配电终端，主要由采集单元、汇集单元两部分构成其特点在于不仅能够实现遥信的上传，而且能够检测运行线路中有关电流、电压等有关信息。与常规的配电终端相比，暂态录波型故障指示器能够在系统不同接地方式下进行较为准确的不同类型单相接地故障定位。在线路三相各侧均配置采集单元，实时采集线路对地电场、三相电流，当电流或者对地电场出现异常情况时，触发故障录波，并将故障发生前后的相关数据汇集处理后，将数据上传至配电自动化主站后对故障实现定位。采集单元的时钟通过汇集单元的时钟进行校正，其三相同步误差一般相对较低，基本上低于100μs，因此能够进行各相同步数据采样。同时，采样单元的采集频率通常选择高于4kHz的采样频率，以获取小电流接地故障的暂态电流数据，汇集单元利用软件得到线路有关的零序电流，图2为暂态录波型故障指示器结构图。
采集单元同常规的故障指示器外形相似，易于带电拆装，主要构件有电源、通信模块、电流互感器、电场传感器等。利用电流互感器采集线路三相电流，电场传感器采集线路对地电场情况，采集单元检测到电流或者对地电场存在异常情况，触发故障录波后利用通信模块将数据包上传至汇集单元。
汇集单元主要是将采集单元上传的数据信息经处理后送至系统主站，同时实时检测采集单元的异常情况，实时对其进行时间校正，以提高定位的准确度，一般由电源模块、超级电容、控制芯片等组成。汇集单元在线路杆塔上进行安装，其机箱、外侧构件应进行防锈蚀措施，并且要求符合户外运行要求。
2.2 实际数据定位研究
110kV马场地变发生A相接地，其相电压分别为Ua=01kV、Ub=10.1kV、Uc=9.8kV，951敕勒Ⅰ回的3个配电终端将故障数据上传至故障录波装置中，利用上述数据进行了故障定位方法的研究与分析。对波形进行滤波处理后，选取0.2S的故障录波器波形图，图3为951敕勒I回主干23#号杆和主干27#号杆的零模电流故障波形图。
从图3中，可以看出951敕勒Ⅰ回主干23#号杆和主干27#号杆的零模电流故障波形存在明显的差异性，且极性相反。图3为951敕勒Ⅰ回主干19#号杆和主干23#号杆的零模电流故障波形图。
从图4中，可以看出951敕勒Ⅰ回主干23#号杆和主干27#号杆的零模电流故障波形基本相同，且极性一致。根据第三章中斜率距离的计算公式求取D（19#，23#）、D（23#，27#）结果分别为D（19#，23#）=0.0012，D（23#，27#）=6.13，通过比较得出：D（19#，23#）<Dsetk、D（23#，27#）>Dsetk，得出951敕勒Ⅰ回A相接地点所在主干23#号杆和主干27#号杆之间。经巡线人员确定故障原因为主干24号杆三支分所变压器喷油，汇报故障已隔离，不影响系统运行，进一步验证了定位的正确性。
3 结论
本文以单相故障定位为研究对象，引用了一种基于暂态零模电流斜率距离差异的故障定位方法，提高判断零序电流的斜率距离差异进行故障快速定位。在此基础上，对故障定位工程实现与应用进行了研究，通过110kV马场地变A相金属性接地，验证了该方案的有效性，提高了系统运行成本，降低作业人员工作任务，增加了系统的安全稳定性。
参考文献：
[1]姚刚，蒋文荣，黄明海.10kV配电网故障在线监测和定位分析[J].科技创新导报，2018，15（10）：5152.
[2]李国成，王辉，高盛，刘冰，冯曰敏.基于故障距离分布函数的配电网故障定位方法研究[J].电子设计工程，2017，25（19）：3437.
[3]戴志辉，王旭.基于改进阻抗法的有源配电网故障测距算法[J].电网技术，2017，41（06）：20272034.
[4]康忠健，田爱娜，冯艳艳，李卫星.基于零序阻抗模型故障特征的含分布式电源配电网故障区间定位方法[J].电工技术学报，2016，31（10）：214221.