摘要：10 kV 系统由于分支多、接地电阻大，单相接地故障定位问题长期以来没有得到很好解决。提出了基于电压-时间型线路重合器与交流注入法相结合的10 kV 系统单相接地故障定位技术，利用线路重合器对接地故障进行准确隔离，确定故障区段同时减小线路对地电容的影响;在故障区段注入60 Hz 的交流信号，沿线路检测该信号，确定接地故障点的准确位置。为了保证交流注入信号不受线路对地电容的影响，深入研究了重合器最优隔离区段长度的计算方法。现场试验充分验证了该技术的正确性与可行性。

0 引言

我国10kV系统的特点是以架空线路为主、分支多、覆盖区域广、接地电阻大，而且多数采用小电流接地方式，接地故障定位问题长期以来困扰供电部门，没有得到很好解决。

目前实用化的10kV系统接地故障定位技术有三种：第一种方法是“故障指示器”方法，其不足之处在于对于小电流接地系统而言，接地电流远远小于负荷电流，“故障指示器”无法进行有效识别，而且该方法只能确定到故障区段，无法确定到故障点的准确位置;第二种方法是“S”信号注入法，其不足之处在于由于线路对地电容在高次谐波作用下容抗变小，使得高阻接地情况下信号能够在非故障区域流通，无法正确定位;第三种方法是基于配网自动化技术的方法，目前应用比较广泛的是电压-时间型线路重合器[6-7]。线路重合器能够将线路分为若干个区段，在发生短路或接地故障后，与继电保护装置和接地选线装置配合，快速断开故障区段，并保证非故障区段的恢复供电。但线路重合器只能确定到故障区段，无法确定到故障点的准确位置，仍需要人工目测查找故障点。

本文提出了线路重合器与交流法相结合的10 kV 系统故障定位技术，首先利用线路重合器对接地故障进行隔离，确定故障区段同时减小线路对地电容的影响;然后在故障区段注入60 Hz 的交流信号，沿线路检测该信号，确定接地故障点的准确位置。为了保证交流注入信号不受线路对地电容的影响，深入研究了重合器最优间隔距离的计算方法。现场的实际运行充分验证了该技术的正确性与可行性。

1 电压-时间型线路重合器的工作原理

电压-时间型线路重合器的工作原理是基于电压延时方式，无需通信设备，利用整定时间进行站内外设备的配合，适用于以架空线路为主的10kV系统。

重合器有两个基本时间，第一个是检测到一侧电压后的合闸延迟时间，称为X 时间;第二个是合闸后控制闭锁信号时间，称为Y 时间。重合器在正常工作时处于闭合状态。当线路发生单相接地故障后，选线装置发出跳闸信号驱动出线断路器跳闸，线路上的所有重合器因失电而断开。在出线断路器第一次重合后，第一级重合器检测到一侧有电压，延迟X 时间后闭合;第二级重合器检测到一侧有电压，同样延迟X 时间后闭合，以此类推。这样线路上的重合器顺序投入，直至投到故障区段后出线断路器再次跳闸，所有重合器再次断开，由于故障区段前的重合器检测到从闭合到断开的时间小于Y 时间，因此发闭锁指令。当出线断路器第二次重合后，正常区间恢复供电，而故障区间由于重合器闭锁而隔离。

2 交流注入法的定位原理

交流注入法的定位原理如下：当重合器对故障区段进行隔离之后，从故障区段注入60 Hz 的高压交流信号，保持注入电流为100~200 mA。人工手持检测器从故障区段的始端开始沿线路进行检测。如果检测到某个位置前后信号相差两倍以上，则可以断定该位置为故障点。

由于地面的检测位置距离线路8~10 m，而且电流信号很小，因此必然存在一定的误差。但是，检测器测量到的信号与线路上流过的信号成正比变化，因此不要求精度很高，只要故障点前后信号强度差别明显，检测器就能够在误差允许范围内测量出信号的特征，并准确找到故障点。

交流注入信号源的结构如图1所示。

图1 交流信号源结构

交流信号源与线路重合器安装在一个位置。图中R表示变频器，用于将50 Hz信号变为60 Hz信号，其输入信号来自线路重合器的测量PT，因为故障区段隔离后重合器一侧带电，因此能够提供电压。T表示升压变压器，用于升高电压，使故障点能够可靠击穿，保证注入信号能够通过故障点对地构成回路。交流输出一端接故障相线路，另一端接地，向故障线路注入60 Hz、100~200 mA的交流信号。

采用60 Hz交流信号的优点是：

1) 交流信号能够在空间产生同频交变电磁场,该交变电磁场能够在较远距离处产生感应电动势,从而能够实现较远距离检测，即地面检测。

2) 60 Hz交流信号产生的电磁场不受周围环境中50 Hz电磁场的影响，便于区分。

3) 60 Hz频率较低，可以有效减小线路对地电容的分流影响。

3 隔离区段长度计算

3.1 故障区段线路对地电容范围

利用交流注入法进行定位的前提是线路对地电容影响不大，否则将出现定位错误。

电容产生的影响如图2 所示，在故障区段主干线上距离始端较近的地方发生高阻接地，从故障区段的始端注入60 Hz 的高压信号后，在故障点前检测到电流I 1，在故障点后检测到电流I 2。设信号源电压为U ，接地电阻为R ，线路电容为C ，显然有