浅析架空线路故障测距定点仪的开发研究
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摘要：我国电网35kV及以下变电站大多采用中性点不接地方式或中性點经消弧线圈接地方式，这两种接地方式当系统出现单相接地后，流经接地点的电流等于线路分布电容电流的总和，数值较小。称这种接地方式为小电流接地系统。其优点在于发生单相接地后，不影响三相电压的平衡，系统能正常供电。但非接地相对地电压升高，长期运行会损坏系统绝缘，甚至导致多点接地，最终发展为相间短路事故。目前小电流接地故障多发且隐蔽，一旦发生故障往往耗费大量人力、物力巡线查找故障点，并且耗时时间长。现有使用的接地选线装置只能选线不能进行故障点的定位。因此开发研制了架空线路故障测距定点仪，该仪器综合利用三种查找故障的模式进行定位，并实现了架空线路故障位置的测距功能，最大限度的提高查障效率，以提高工作效率，降低劳动强度。
关键词：架空线路；接地故障；测距定点；开发研究
一、开发研究的主要内容、技术方法
（1）开发研究的主要内容
主要针对35kV及以下电压等级的架空线路接地故障的测距方法、故障位置快速查找定点的方法进行开发研究。采用脉动直流模式下对脉动直流信号特征的测量方法，交流模式下过渡电阻大小对信号相位和幅值等故障特征进行分析研究，从而开发出架空线路故障测距定点的仪器。
（2）开发研究测距定点技术的理论依据
首先采用电桥测试方式进行架空线接地故障的测距。采用不平衡电桥的
测试原理，避免调平衡的复杂操作，降低操作复杂性，降低因人为操作导致的测量误差。其次采用1Hz超低频脉动直流，发射信号频率低，避免系统分布电容影响，能对高阻值故障进行定位。脉动直流模式使用波形和GPS同步机制双向验证，更利于波形的判别。对于高阻故障时接地电流小，波形不易判别的特点，采用同步机制，由于同步时刻波形相位为0的特征，辅助判断传感器采集信号的特征，提高对高阻故障的定位的效率。采用GPS同步技术测量输出信号相位的变化，发射机利用GPS同步信号，同步注入信号，接收机同步采集架空线的注入信号，计算相位变化。从而达到故障的测距定位。
根据以上技术理论依据和多次研究、试验，最终开发研制出针对小电流接地系统中的架空线路故障的测距定点仪器。
二、架空线路故障的测距定点仪器的使用模式
本仪器主要由发射机、接收机、电流传感器和空间磁场矢量传感器四部分组成，主要功能包括故障测距和定点，针对不同的故障类型和操作复杂度，定点功能包括三种工作模式分别是在线被动模式、交流模式和超低频脉动直流三种使用模式。由于架空线路故障测距、定点仪采用非平衡电桥方式进行测量，因此可以避免复杂的平衡调节操作，纯电子电路的计算方式和结果处理，使得该仪器更加稳定和可靠，操作简单，使用灵活。
（1）在线被动模式下测距定点方法：当架空线路发生接地故障后，由于电力系统允许继续运行两个小时，在此期间使用在线被动模式对故障线路进行测距定点。无须接入发射机，只使用接收机，使用空间矢量法，在线路下方接收分析故障线路的高次谐波的空间矢量分布。正常线路和故障点以后的线路，高次谐波水平分量小于垂直分量，故障点前面线路的高次谐波则水平分量大于垂直分量。利用此故障特性可迅速方便的区分正常线路和故障线路，然后再进行线路分段测量，最终达到线路故障的定点。在线被动模式仅适用于低阻故障，此方法虽然方便但有效查找率在60%左右。
（2）交流模式测距定点方法：该模式是在故障线路停电后使用，需要将发射机接入故障线路。发射机能测量故障电阻和分布电容，稳定的低阻故障优先使用此方法。发射机向故障线路发送数百赫兹的大功率低频交流信号，且在GPS同步下严格保证时间同步，接收机在线路下方接收，同样在GPS同步下测量并分析其幅值和相位，根据故障点前后信号特征的较大差别，将架空线路进行分段对比查找，最终实现故障点的定位。该种方式无须登杆挂接传感器，使用方便，GPS相位同步的使用可以有效克服分布电容的影响，扩展适用的过渡电阻范围。但也存在着局限性：高阻和闪络故障不适用。
（3）超低频脉动直流模式测距定点方法：该模式下对于低阻、高阻和闪络故障均适用，发射机向线路发送超低频高压脉动直流信号，可有效将故障点击穿复现故障，但接收信号需要登杆挂架传感器，接收机和传感器通过无线通信互联。此方法准确可靠，适用于所有类型故障尤其是高阻和闪络故障，但使用较为繁琐。
三、架空线路故障测距定点仪的主要创新点
（1）独创的测距方式，首次将电桥方式用于架空线接地故障的测距。采用不平衡电桥方式，避免调平衡的复杂操作，降低操作复杂性，降低因人为操作导致的测量误差。
（2）采用1Hz超低频脉动直流，发射信号频率低，避免系统分布电容影响，能对高阻值故障进行定位。
（3）脉动直流模式使用波形和GPS同步机制双向验证，更利于波形的判别。高阻故障时接地电流很小，波形不易判别，采用同步机制由于同步时刻波形相位为0的特征，辅助判断传感器采集信号的特征，提高对高阻故障的定位的效率。
（4）采用GPS同步技术测量输出信号相位的变化，发射机利用GPS同步信号，同步注入信号，接收机同步采集架空线的注入信号，计算相位变化。故障前后相位变化明显。
（5）架空线路故障测距定点仪所达到的技术指标：
a工作方式：高次谐波空间矢量模式、交流模式、脉动直流模式
b测距精度： 10%线路全长，定位精度：脉动直流模式0.2米，高次谐波空间矢量模式和交流模式10米以内
c发射机技术指标：交流模式下输出频率：213Hz；输出电压：<1kV；最大功率：150W；脉动直流模式下输出频率1Hz；开路电压：<10kV；最大功率：150W，内置48V，10Ah锂电池组；
d接收机技术指标：传感器与接收机的无线通讯距离：不小于100m；高亮彩色液晶屏幕800×480，阳光下可视。
结束语：
架空线路故障测距定点仪的开发研制，大大提高了架空线路故障的查找定位工作，节省了人力物力，缩短了故障查找定位的时间，减少了供电损失，但在使用该仪器查找故障时，要综合考虑故障性质，以便采取相适应的测试模式，在不知故障性质的情况下，要先采用在线被动模式下进行测距定点，然后再逐步使用交流模式和超低频脉动直流模式进行测距定点方法。
（作者单位：胜利石油管理局有限公司电力管理分公司）
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