【正文】 隨著各種電子設(shè)備小型化和智能化，注入設(shè)備和檢測(cè)設(shè)備也更易配備在各個(gè)等級(jí)變電站的變壓器進(jìn)出線上，也更容易裝設(shè)在各級(jí)架空線路上，而且隨著無(wú)線通信技術(shù)的普及，信號(hào)傳遞也越來(lái)越方便，節(jié)省了人員沿線路檢測(cè)的時(shí)間，因此注入法在單相接地故障診斷方面將會(huì)漸漸普及，應(yīng)用于各級(jí)配電網(wǎng)中。為了能更精確更迅速的查找到故障位置，本文提出了一個(gè)完整的故障定位方法——基于直流注入法的單相接地故障診斷法。本章對(duì)交流和直流注入法原理進(jìn)行了分析，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)分析了誤差。1號(hào)，2號(hào)，3號(hào)線路表是變電站連接母線上的出線，其它支路表示3號(hào)出線上的子網(wǎng)支路，此時(shí)發(fā)出信號(hào)的裝置有：3號(hào)支路，AB支路，BC支路，CD支路。于是可以求出公式中的未知量、在由線路的參數(shù)可算出故障點(diǎn)的位置。如在圖45(a)中確定短路發(fā)生在BC支路上，為了精確定位，我們把C點(diǎn)的故障相也斷開，這樣故障相線路就完全脫離了系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)，等效為圖46(a) (a) (b)圖46 直流雙端注入法原理圖確定故障點(diǎn)的位置實(shí)質(zhì)就是計(jì)算出從注入點(diǎn)到接地點(diǎn)的線路長(zhǎng)度，由于接地的過(guò)渡電阻不確定，所以只從一端注入信號(hào)并測(cè)量電壓電流不能確定兩個(gè)未知量，而采用雙端注入法的實(shí)質(zhì)就是增加了一組方程，所以能解出各未知量的大小。改進(jìn)2：表43顯示出在故障線的故障相上，故障點(diǎn)前后的直流電流的變化是很大的，傳統(tǒng)的方法是當(dāng)選相和選線完成后，將故障范圍縮小到了某一分支線路，接下來(lái)由維修人員在故障分支上查找故障點(diǎn)，在線路各點(diǎn)測(cè)量注入信號(hào)，當(dāng)出現(xiàn)某一點(diǎn)前后檢測(cè)信號(hào)突變時(shí)，該點(diǎn)就為故障點(diǎn)。仍是上節(jié)的實(shí)驗(yàn)參數(shù)，測(cè)量過(guò)渡電阻為20kΩ左右的支路各相和故障點(diǎn)前后的直流電流大小,其中負(fù)號(hào)表示反向，如表44所示，表44 配電線路直流電流測(cè)量值/mA測(cè)量點(diǎn)位置A相B相C相分支點(diǎn)BC相分支點(diǎn)BD相故障點(diǎn)前故障點(diǎn)后改進(jìn)1：由表44知，只測(cè)量分支線路的故障相電流大小時(shí)，由于分流的作用較為明顯，很可能出現(xiàn)誤判。在發(fā)生不同過(guò)渡電阻接地故障后，在首段A點(diǎn)注入大小為100mA的直流電流，測(cè)量分支電流值，由于配電變壓器的存在，導(dǎo)致部分直流電流在非故障相中流通。 (a)(b)圖45 直流注入法變壓器串通原理圖直流電流信號(hào)從A點(diǎn)的故障相注入，在B點(diǎn)向BC、BD分支分流，簡(jiǎn)化原理圖如圖45（b）分流可由下列公式計(jì)算， （410） （411） （412） （413）式中：表示BD單相線路的電阻；表示B點(diǎn)到短路點(diǎn)單相線路的電阻；表示C點(diǎn)到短路點(diǎn)單相線路的電阻；表示短路點(diǎn)的過(guò)渡電阻；表示注入的總電流。（6）無(wú)功補(bǔ)償電容對(duì)直流信號(hào)相當(dāng)于開路，也不影響定位效果。由于注入的是直流信號(hào)，線路分布電容對(duì)直流相當(dāng)于開路，故接地點(diǎn)的直流電壓不會(huì)通過(guò)電容分流，克服了過(guò)渡電阻的影響。但對(duì)于直流信號(hào)注入法而言，非故障分支和故障點(diǎn)下游相當(dāng)于開路，所檢測(cè)到的直流信號(hào)幾乎為零。該方法的主要思路是，首先向故障相線路首端注入直流電流，然后通過(guò)檢測(cè)分支節(jié)點(diǎn)處各個(gè)分支的直流電流大小確定故障路徑,直到最終定位故障點(diǎn)。若為絕緣子或電力桿塔擊穿故障，離線狀態(tài)下的接地過(guò)渡電阻可達(dá)到幾十kΩ，此時(shí)交流信號(hào)注入法已無(wú)法有效定位。表42 不同過(guò)渡電阻接地時(shí)各方向上電流幅值/mA接地過(guò)渡電阻AB方向BC方向BD方向500 Ω10010 kΩ10020 kΩ10030 kΩ100從表42的數(shù)據(jù)可以看出，當(dāng)發(fā)生小電阻接地故障時(shí)，非故障和故障分支線路信號(hào)電流的差別比較明顯，采用交流信號(hào)注入法可以實(shí)現(xiàn)有效選擇出故障分支線路。為了驗(yàn)證交流信號(hào)注入法的有效性和誤差，進(jìn)行了下面的實(shí)驗(yàn)。如圖43所示，在實(shí)際工程應(yīng)用上檢測(cè)裝置一般由人員手持到個(gè)線路分支點(diǎn)檢測(cè)，也可以在分支點(diǎn)的各線路的三相上都裝設(shè)檢測(cè)裝置，感應(yīng)到電流后并通過(guò)無(wú)線信號(hào)傳回調(diào)度室，如圖43所示在F點(diǎn)發(fā)生單相短路，感應(yīng)器應(yīng)檢測(cè)到在ABCD方向上有較大注入的信號(hào)電流，而在其他分支和DI、DJ分支上沒(méi)有檢測(cè)到注入信號(hào)，將檢測(cè)結(jié)果發(fā)回調(diào)度室經(jīng)分析判斷故障點(diǎn)在CD段。②定位可靠性受接地電阻大小的影響為：當(dāng)接地電阻較小時(shí)，定位可靠性較高；當(dāng)接地電阻較大時(shí)，定位可靠性降低。③確定分支的可靠范圍與注入信號(hào)的頻率成反比，當(dāng)注入信號(hào)頻率增大時(shí)，會(huì)隨著的減小而相應(yīng)減小，增加了判斷分支的困難程度。（1）對(duì)確定故障分支的影響設(shè)線路總長(zhǎng)度為L(zhǎng)，單位對(duì)地電容為，AB方向線路總長(zhǎng)度為，BC方向線路總長(zhǎng)度為,BE方向線路總長(zhǎng)度為,在F點(diǎn)發(fā)生故障，接地電阻為，假設(shè)線路首端注入的總電流為1。鑒于線路電感和線路電阻很小對(duì)注入信號(hào)的分流并無(wú)太大影響，簡(jiǎn)化時(shí)可以將其忽略[20，21]；而分布電容對(duì)注入信號(hào)產(chǎn)生了相當(dāng)大的分流作用，應(yīng)予保留。具體如下：（1）確定故障分支：在圖41中，在分支節(jié)點(diǎn)處分別檢測(cè)各分支方向上的交流電流大小，如在B點(diǎn)處分別檢測(cè)BC分支和BE分支；由于BC分支為非故障分支，故該分支方向的檢測(cè)結(jié)果為零或很小。交流信號(hào)注入法的基本思想：當(dāng)發(fā)生單相接地故障后，首先將故障線路從電網(wǎng)中斷開，此時(shí)線路處于離線狀態(tài)，再?gòu)氖锥讼蚬收舷嘧⑷胩囟l率的交流電流信號(hào)。雙端行波測(cè)距法是在線路的兩端同時(shí)檢測(cè)故障產(chǎn)生的行波信號(hào)，根據(jù)故障波到達(dá)線路兩端的時(shí)間差來(lái)確定故障位置[19]。此外,由于有的系統(tǒng)中5次諧波本身含量很小,加之CT、PT對(duì)5次諧波造成的附加相移,往往就會(huì)造成判斷不準(zhǔn)[17，18]。在發(fā)生單相接地時(shí)五次諧波電流在各線路上的分布情況和基波零序電流是相同的，除了基波零序分量以外，諧振接地系統(tǒng)中五次諧波電流最大，是非故障線路的總和，可以采用五次諧波電流大小、方向或功率方向來(lái)找出故障線路。但是這種方法受接地過(guò)渡電阻的影響比較大，在發(fā)生金屬性短路時(shí)，零序電壓最大；在接地電阻為無(wú)窮大時(shí)，零序電壓為0。③工程實(shí)際中使用的零序過(guò)濾器大多為三相保護(hù)用電流互感器的組合，即用三相保護(hù)電流合成零序電流，眾所周知零序?yàn)V序器本身固有的不平衡輸出使其準(zhǔn)確性較低，而且一般保護(hù)用電流互感器額定一次電流值多在幾百安以上，在接地電容電流小于10A的小電流接地系統(tǒng)使用零序?yàn)V序器，％，互感器綜合誤差根本無(wú)法保證[13]。單相接地選線裝置僅能用于中性點(diǎn)不接地電力系統(tǒng)中變電站、10kV開關(guān)站（開閉所）以及電纜分接箱的單相接地選線，在線檢測(cè)線路零序電流，不能安裝在架空線路上指示的單相接地故障[12]。（1）零序電流檢測(cè)法采用零序電流檢測(cè)法檢測(cè)單相接地故障的選線裝置和故障指示器，其檢測(cè)原理是基于：對(duì)于中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)在發(fā)生永久性單相接地故障時(shí)，非接地線路的零序電流等于該線路三相的對(duì)地電容電流的向量和，方向是從母線流向線路。當(dāng)某條線路發(fā)生單相接地故障時(shí)，母線上是零序電壓將發(fā)生變化，當(dāng)3U0大于整定值USET時(shí)設(shè)備發(fā)出選相信號(hào)，測(cè)量設(shè)備測(cè)出各相電壓并比較其幅值的大小，然后由判斷裝置判斷出故障相并發(fā)出信號(hào)。第二章的分析表明，當(dāng)發(fā)生單相接地故障時(shí)全系統(tǒng)的零序電壓會(huì)升高，所以可以通過(guò)檢測(cè)零序電壓的變化來(lái)判斷是否發(fā)生了單相接地故障，然后發(fā)出選相的信號(hào)。綜上所述，對(duì)于中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)和采用全補(bǔ)償方式運(yùn)行的電網(wǎng)判斷故障相的方法相同，測(cè)試三相電壓后比較大小，電壓最大相的滯后相為故障相?？梢宰龀鲭娋W(wǎng)三相對(duì)地電壓的相量圖,如圖35所示。圖32 中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)A相經(jīng)過(guò)渡電阻接地等效圖當(dāng)發(fā)生單相接地故障后,系統(tǒng)各相對(duì)地電壓將不再對(duì)稱,在系統(tǒng)運(yùn)行方式確定后,各相對(duì)地電容也就確定了,此時(shí)中性點(diǎn)偏移電壓即中性點(diǎn)對(duì)地電壓將是過(guò)渡電阻單值函數(shù),過(guò)渡電阻變化,中性點(diǎn)的偏移量也會(huì)隨之變化,由式34可以算出d點(diǎn)的軌跡是以的幅值為直徑的右半圓，其相量圖如圖33所示，當(dāng)=0時(shí)即為金屬性接地,此時(shí)中性點(diǎn)對(duì)地電壓變?yōu)楣收舷鄬?duì)地電壓；為無(wú)窮大時(shí)，三相電壓仍然對(duì)稱，為正常運(yùn)行狀態(tài)。圖31為中性點(diǎn)不接地電網(wǎng)系統(tǒng)原理示意圖,其中C為一相對(duì)地電容。故障線路零序電流的大小等于系統(tǒng)所有非故障線路總對(duì)地電容電流與消弧線圈的補(bǔ)償電流的和，其相位隨補(bǔ)償度而異，欠補(bǔ)償時(shí)滯后于零序電壓90o,過(guò)補(bǔ)償時(shí)超前零序電壓90o[10]。（2）全系統(tǒng)出現(xiàn)零序電壓，其大小為系統(tǒng)正常工作時(shí)的相電壓。（3）過(guò)補(bǔ)償過(guò)補(bǔ)償就是P0即的補(bǔ)償方式。（2）欠補(bǔ)償欠補(bǔ)償就是P0即的補(bǔ)償方式。由于和相位相差180。為了簡(jiǎn)便起見，不計(jì)電源內(nèi)部的電壓降和線路上的電壓降，電源每相電動(dòng)勢(shì)的有效值等于電網(wǎng)正常工作時(shí)的相電壓，電源兩相電動(dòng)勢(shì)之差等于電網(wǎng)的線電壓，變壓器中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地。圖22 中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)單相接地故障電氣原理圖在中性點(diǎn)不接地的電網(wǎng)中發(fā)生單相接地故障時(shí)，如圖22所示，若接地點(diǎn)流過(guò)的全系統(tǒng)對(duì)地電容電流，若此電流過(guò)大，會(huì)使故障擴(kuò)大。③對(duì)于故障線路各相電流和三倍零序電流故障相電流： （210）其有效值： （211）非故障相電流： （212） （213）三倍的零序電流： （214）其效值：