低压线路漏电故障定位仪的设计

2020-03-21姚毅杰

通信电源技术 2020年3期

姚毅杰，张森

（南京工程学院，江苏南京 211167）

0 引言

低压配电网络作为电力输送的最终受端，具有分布广泛、布线复杂、支路众多等特点。在实际运行过程中，低压配电网发生接地故障的概率很高，可占到总故障的80%。目前，低压配电网的自动化程度不高，无法自动判断、定位故障点。低压配电网线路复杂，分支众多，人工定位费时费力，存在作业安全风险，且故障排除时间较长，不能及时恢复送电，影响供电系统的正常运行[1]。

为了缩短接地故障查找时间、减小作业安全风险，需要研制一种便捷、高效、安全可靠的接地故障定位装置。为此，本文设计了一种“低压线路漏电故障定位仪”，目的是快速排除接地故障，保证配网正常运行，进一步提高用户满意度。

1 低压线路漏电故障定位仪的基本原理

本文定位仪的基本实现原理如图1所示，其原理可概括如下：

（1）当输电线路发生接地故障时，断开故障线路的首端A、B、C及零线N相，将相线A、B、C、N与原系统电源的配电变压器低压出口部分完全分离；

（2）用仪器对A、B、C、N和大地之间施加一个电压信号，该电压信号一般设为交流电压36V、频率50Hz；

（3）用高精度钳形电流表对线路进行巡线检测，以电流超过允许值为判定依据，以确定线路的故障点。

图1 故障定位仪工作原理图

2 漏电故障定位仪各部分功能设计

本文漏电故障定位仪研制的关在于信号发生器及专用信号采集装置的设计。当发生低压配电网接地故障并已跳闸时，把信号发生器安装在低压线路始端和大地之间，由信号发生器向故障线路注入特定的信号电流。信号采集装置集信号数据采集、故障判据为一体，能有效采集到故障电流以便线路维护人员进行识别比较。

2.1 故障定位仪主机设计

故障定位仪主机用来产生测试信号源，其内部结构如图2所示。主机采用DSP控制器，数字合成信号发生器，经高保真功率放大器提供输出；主机内置高性能锂离子充电电池，保证在停电情况下也能正常工作；为了有效解决干扰问题，设计了3种模式的输出信号：工频信号、倍频信号（初步设计为工频的2倍频和3倍频）、直流信号；信号发生器采用16位数/模转换芯片作为主要零部件，具有转换速率高、失调信号小、稳定度高、分辨率高等特点，保证输出信号源的纯净、无杂波；功率放大器采用高保真大功率音频功放作为主器件，输出稳定，功率大，无论接地点是金属性短路还是非金属性短路都能保证输出电流的稳定、持续和不间断[2-3]。

图2 故障定位仪主机内部结构图

2.2 专用信号采集装置

以钳形电流表作为主要模拟接口部件，高速24位模数转换芯片为核心采样部件，组成完善的信号采集电路，用来完成对线路中施加的测试信号的精密测量；钳表有工频信号采集、倍频信号采集和直流信号采集三种方式，正常情况下采用交流信号采集模式，当工频模拟信号干扰比较强时可采用倍频信号模式，模拟信号在采样前进行带通滤波处理，将干扰信号滤除；当交流信号过于强大，采用直流信号模式进行测量，采用直流滤波采样电路可轻易地将各频段交流信号滤除[4]。

3 漏电故障定位仪参数的确定

3.1 信号源电压大小的确定

为确保线路巡线人员安全，故障定位仪所加信号源电压必须控制在安全电压以内，但所加信号电压过低会造成所呈现的接地电流过小，无法判别故障点。初步选定信号电源电压为交、直流两种电压，互为备用，交流电压为36 V、50 Hz，直流电压为36 V。交流取用不方便时可选用直流信号。

3.2 动作值整定

（1）相线A、B、C动作值设定为15mA

因定位仪电源内阻及限流电阻为100 Ω，线路漏电电流一般大于100 mA，线路接地电阻为220 V/100 mA= 2 200 Ω；若采用低压线路漏电故障定位仪检测，线路电流为36V/（2 200 Ω+100 Ω）=15.65 mA，故相线漏电电流设定为15 mA。

（2）零线动作值设定为30 mA

正常情况下，零线泄漏电流小于200 mA，线路正常泄漏电阻最大为220 V/200 mA=1 100 Ω，零线正常泄漏电流不大于36V/（1 100 Ω+100 Ω）=30 mA，故零线漏电电流设定为30mA。

因此，测试步骤具体如下。先测配变出口处，确定故障相别。再取故障线路中间处测试，测量检查点电流大小，当出现IA、IB或IC≥15 mA、IN≥30 mA两种情况之一时，即可判断检查测试点后段存在故障，反之为测试点前段存在故障。此后对存在故障的线路段中间处进行测试，逐段排除，直至找到存在接地故障的分支点，最终确定是哪一根分支线上存在漏电[5]。