中性点不接地系统单相接地故障定位方法的研究

孙冬兵

(中利腾晖共和新能源有限公司，青海 海南藏族自治州 813000）

目前在中性点不接地系统单相接地故障的定位当中，使用比较广泛的一种定位方法即为离线定位法，但随着我国配电网规模的逐渐扩大，及其智能化程度的不断提升，离线定位中故障定位迟滞的弊端暴露无遗。因此，寻找一种新的中性点不接地系统单相接地故障定位方法，缩短故障位置确定的时间，将停电的可能性降至最低已经成为当前电力行业必须解决的关键问题之一。基于此，本文将通过着重围绕中性点不接地系统单相接地故障定位方法进行简要分析研究。

1 中性点不接地系统单相接地故障原理及特征分析

1.1 故障原理

电网在正常运行情况下，其三相对地电压基本上处于相互对称的状态，此时中性点对低电压值逼近零值。三相对地等值电容完全一致时，受到相电压的作用，各相电容电流值完全相等，而在这一过程中木箱零序电流值也基本为零。但此时如果中性点不接地系统出现单相接地，则原本相互对称的三相对地通路将发生相应变化，此时中性点电压也会随之出现偏移的情况。考虑到中性点本身不接地，因此，一旦中性点不接地系统出现单相接地故障，无论是正序网络还是负序网络，皆没有相应的对地回路，此时，零序电流将成为故障电流，而线路中的对地电容将构成整个零序故障线路网络。

1.2 故障特征

相关资料显示，中性点不接地系统在出现单相接地故障时，如果故障相对低电压为零，则与之相对应的非故障相对地电压将会在原有基础上增加倍，此时线电压虽处于对称状态，但中性点电压将会在短时间内迅速升高，并转变为相电压。而鉴于在中性点不接地系统发生单相接地故障时产生的故障电流比较小，因此，总体来看三线电压仍然能够在一定程度上保持一种相对对称状态，此时，工作人员只需尽快解决单相接地故障即可，无需进行保护跳闸操作，从而可以有效提升供电的稳定性。此外，也有研究人员发现在出现单相接地故障前后，线路零序电流拥有不同的相位特征。在故障点前，零序电压超前零序电流90°，而在故障点后零序电压便会滞后零序电流90°。与此同时，接地电阻具有一定的独立性，也就是说无论接地电阻发生何种变化，均不会对零序电流相位关系产生实质性的影响。因此，对于零序电流相位关系而言，线路的具体长度将是影响其相位关系的根本要素。

2 中性点不接地系统单相接地故障定位方法

2.1 故障定位矩阵算法

本文在中性点不接地系统单相接地故障定位研究当中所使用的矩阵算法，是一种建立在图论知识基础上，通过充分结合配电网的网络结构与故障信息，依托部分矩阵操作完成故障定位的方法。在使用这一算法进行故障定位的过程中，工作人员首先应当立足实际网络拓扑结构，通过将故障区段以及故障检测点进行有机连接，构成一个网络关联矩阵，而后根据具体故障信息形成一个与之相对应的矩阵，最后，对故障具体位置进行科学判定。现阶段我国各城市地区通常会以辐射状或是环状方式安装敷设配电网馈线，而此种接线方式下，配电网出现单相接地故障的可能性相对较高，但几乎不会出现两点同时接地的故障。针对这一现实情况，宋秀芳（2017）在连接支路与开关的过程中借用了有向图法，并将1和0作为故障信息元素，进而有效排除可能会干扰判断线路结构的一切因素。通过将矩阵算法和零序电流比相法进行相互结合，在率先处理检测点获取的零序电流基础之上，根据检测点和各个故障区段之间的具体关系，建立相应的故障信息矩阵，即可有效完成中性点不接地系统单相接地故障定位。

2.2 连接区段与检测点

鉴于当前我国绝大多数配电网馈线呈辐射状，因此，通过将检测零序电流的各个节点安装在每一条出线位置上，终点则为各个检测点。通过对线路进行区段划分后即可将区段和各个检测点进行相互连接，从而构成一个网络关联矩阵。如果在配电网线路当中总共设置了M1、M2、M3、M4、M5、M6这六个检测点，且每一个检测点都有一个与之相对应的区段S，则构建起的网络关联矩阵可以用AM×N进行表示，其中M和N分别代表被划分的区段数和检测点数。而aij则为该网络关联矩阵当中的一个元素，并且有：

2.3 构建故障信息矩阵

如果用n表示节点数，则通过根据各个检测点中获取的零序电流值，可以构建故障信息矩阵，进而对零序电流相位信息进行明确展示。此时所建立起的故障信息矩阵为一n维列向量，而作为故障信息矩阵中元素之一的bi，在零序电流超前零序电压90°的情况下为零值，反之如果零序电流滞后零序电压90°，则该故障信息矩阵元素值为1。而为有效排除其他元素对网络矩阵和元素计算的干扰影响，在构建的故障信息矩阵当中只有两个元素，分别为0和1。

2.4 判断具体故障区段

通过将之前构建的两个矩阵相乘后，可以获得能够对中性点不接地系统单相接地故障定位进行准确判断的矩阵。当这一矩阵中的元素fi的值为1时，代表与i值相对应的区段为存在单相接地故障的区段，而如果在这一矩阵中，元素fi的值为零，则表明与i相对应的区段运行正常，不存在单相接地故障情况。事实上在实际运行的过程中，由于受到接线方式的影响，配电网出线大多呈现为一种辐射状态，而这也意味着如果在中性点不接地系统中出现单相接地故障，则有且仅有一条故障路径，且该故障路径的起始点和终点分别为变电站和故障点。此时工作人员通过结合线路当中零序电流的具体情况，将对应故障路径中检测点的故障信息设置为1，将对应非故障路径中检测点的故障信息设置为零。而在检测点前时区段和节点中间位置处的故障区段，其关联值为1；在检测点后时区段和节点中间位置处的故障区段，其关联至为-1，只有当故障区段当中流入故障电流，但电流不流出的情况下，与之相对应的故障判断矩阵值才会为1。

3 仿真实验

为有效检验矩阵算法和零序电流比相法相结合的，中性点不接地系统单相接地故障定位法是否真实可行，本文通过采用仿真实验的方式，利用专业的仿真软件模拟建立其一个10kV的中性点不接地系统，在该系统当中分别建立了两条80km长的非故障线路和10个故障线路支路。在保持线路零序分布参数不变的情况下，通过依次在故障线路中设置M1、M2、M3、M4、M5这五个检测点，并且保障每一个检测点都有一个与之相对应的区段，在此基础上通过构建网络关联矩阵，并依次在不同区段当中设置接地电阻为2Ω的单相接地故障。此时实验人员可以准确获取五组不同的零序电流相位数据，譬如说在区段1当中，五个检测点的相位差分别为-90.247°、89.973°、89.976°、89.970°以及89.969°，故障信息和故障判断矩阵相同，均为[1 0 0 0 0 ]T,因此通过对信息数据之间的关联性进行探究，可知区段1位置处确实存在中性点不接地系统单相接地故障。

4 结语

本文通过提出在确定中性点不接地系统单相接地故障位置的过程中，结合实际情况灵活运用矩阵算法等相关方法，进而通过计算关联矩阵、锁定故障区段等方式准确判断具体的故障位置。而经过随后的仿真实验，证明了这一故障定位方法的可行性和有效性。因此，对中性点不接地系统单相接地故障进行判断时，工作人员还需要秉持着具体问题具体分析的原则，通过将矩阵算法、零序电流比相法等进行有机融合，从而快速缩短故障位置的确定时间，并有效提升锁定故障位置的精确性，为后期运维工作奠定良好基础。

[1]唐传佳，魏曼荣，朱汇静. 中性点不接地系统故障相经低励磁阻抗变压器接地方式的研究[J]. 上海电气技术，2017,10(01):64-67.

[2]宋秀芳. 基于广域相量测量的小电流接地系统单相接地故障区段定位研究[J]. 电气技术，2017,(02):46-48,88.

[3]张宏源. 中性点非有效接地系统故障定位方法概论[J]. 科技创业家，2013,(01):112-113.