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架空線是我國中壓配電網的主要形式，其接地故障數量、形式繁多，其中單相接地故障是主要的故障形式，據統計單相接地故障占架空中壓配電網故障總數的比例在80%以上。現有的故障測距方法研究主要集中在注入法測距、基于故障穩態量測距和基于故障暫態量測距，其中故障穩態量測距的方法在小電流接地系統中基本失效。

我國現有的配電網自動化系統受制于技術原因，小電流接地故障檢測與定位功能基本沒有相關報道，個別系統雖具有檢測定位功能但實用效果很差，以至于傳統的人工巡線法仍是目前確定故障點廣泛采用的方法，不僅耗費大量的人力物力，造成用戶短時停電，給用戶造成較大的經濟損失，而且使得配電網自動化系統在提高供電可靠性上的作用大打折扣。有學者提出針對小電流接地系統建立接地故障數據庫一定程度上解決了故障檢測困難的問題，但數據庫的復雜程度也增加了開發工作量。

為解決配電網單相接地故障難以進行快速診斷并準確定位的難題，云南電網公司電力科學研究院、西安交通大學電氣學院的研究人員，研制了一套高精度配網單相接地故障檢測與定位系統，近年來在輸電網獲得成功應用并在配電網集中大量研究工作的行波法進行測距。

圖3 單相接地故障檢測與定位系統整體構架

該系統具備配網故障信息采集、配網故障信息分析與診斷、上下級數據傳輸通信和自主供電等功能，實現了對故障的快速檢測和準確定位，提高了中壓配電網的自動化水平。

系統進行故障檢測與定位的原理為通過凱倫貝爾相模變換得到零模電壓，用零模電壓判斷是否發生故障，并選用B型行波法對故障進行測距。系統首先采用電容分壓器提取故障暫態電壓信號，經數字信號處理器對數據進行簡單分析處理后通過物聯網通信模塊將故障信息匯總到上位機，上位機分析比較各個檢測裝置上傳的數據，實現故障選線定位。同時通過納秒級授時模塊對系統同步授時，提高線路監測裝置對行波到達時間的測量精度至納秒級，從而提高行波測距精度。

圖12 系統組裝機箱圖

圖13 單相接地故障定位全線檢測方法原理圖

本系統具有以下創新性特點：

• 1）將物聯網通信應用在配電線路數據傳輸模塊中，解決了故障數據遠距離和大批量無線傳輸問題。
• 2）解決了現有行波定位方法中定位精度不高和系統同步授時難度大的問題，納秒級授時模塊為系統建立了高精度和統一的時間尺度。
• 3）電源管理模塊為系統提供了能夠在戶外長期工作且穩定可靠的供電電源，為解決輸電線路高壓側在線檢測系統的供電問題提供了可行方案。

以上研究成果已發表在2020年第1期《電氣技術》雜志，論文標題為“高精度配網單相接地故障檢測與定位系統研發”，作者為劉紅文、郭輝、王科、徐雨、于欽學。