在小电流接地系统中单相接地故障的选线和定位一直是当前困扰配电网运行的技术难点，准确选择接地线路，查找发生单相接地的区段，可以避免对非故障线路不必要的倒闸操作，保持供电的连续性。本文介绍的单相接地故障检测是采用信号注入法。在发生单相接地故障后安装在变电所的信号源主动向母线注入一个特殊的信号，这个特殊的信号在接地点和信号源构成的回路上流过，故障指示器检测到这个特殊信号后翻转指示接地故障。本装置检测单相接地故障属于主动检测，而一般采用其它方式检测单相接地故障的是被动检测（如5次谐波法、电容电流法、首半波法），这些方法依赖于发生单相接地故障前后配电网参数的变化。鉴于小电流接地系统的自身特点，发生单相接地故障时，所产生的故障信号本身较弱，并且受到电磁干扰和谐波污染，导致获得的信号失真，这些都直接影响了故障指示器的选择性和准确性。另外为判断单相接地故障，一般都需要在故障指示器设定动作定值，大于定值则认为是有单相接地，小于定值则认为不是接地。由于配电网拓扑结构的复杂性，运行方式的变化的多变性，具体设置定值作为单相接地的门槛值，在实际工程的实施中是很困难的。

信号注入法是唯一不受系统运行方式、拓扑结构、中性点接地方式，以及故障随机因素等的影响，不需要给故障指示器设定门槛值，是在发生单相接地故障后主动发送信号检测单相接地故障的方法。

本装置是在发生单相接地时主动发出特殊的信号，故障指示器检测信号源发出的信号作为判断单相接地故障的依据，对于现场干扰不敏感。

1 故障选线和定位原理

本故障定位装置采用信号注入法对单相接地故障进行选线和定位。它克服了传统的人工拉闸、谐波有功方向、离线探测、大电流跳闸、低频信号、暂态分析等检测单相接地方法的各种局限性（如探测可靠性差、操作繁琐、成本高、影响系统安全、不能进行分布定位,无法确定故障所在的分支和区段等），有效解决了单相接地故障选线，尤其是解决了单相接地点的定位问题，为快速检测单相接地故障线路和查找接地点提供可信、可靠的手段。该系统还同时具有定位短路故障点的功能。

装置严格遵守电力安全标准，不影响电网安全运行；由于信号源加到系统中的信号是低频纯阻性的，它的接入降低了接地时中性点的电压值，同时降低了恢复电压的速度，减少了电弧重燃的机率。

本装置按无人值班设计，分布安装，在线监视单相接地及短路故障信息，

本装置由两部分组成：信号注入装置（Earthed Fault Signal Source）和故障指示器（Fault Indicator）。

单相接地信号源实时监测中性点电压，发生单相接地故障时通过母线向各个配电线路注入特殊的低频信号。信号源可以安装在变电所的10kV开关柜室也可以安装在室外。

在发生单相接地故障或发生短路故障时，故障指示器检测到信号源的特殊信号后翻转为红色指示（正常为白色），通过线路出口和故障通道上动作的故障指示器的红色指示可以判断故障出线、故障区段及故障分支。安装在线路出口的故障指示器通过光纤和光电转换装置给出一个无触点的状态信息为变电所的RTU或变电所自动化系统提供遥信状态信息，以指示发生单相接地的出线。故障指示器还具有相间短路故障指示功能。

单相接地信号源由真空接触器、阻尼电阻器和控制器、互感器信号源和控制器等5个元件组成。装置通过接于系统的接地变压器形成的中性点，如果系统没有接地变压器，也可以接到三相母线上，由隔离开关和系统进行有效隔离。当发生单相接地故障时控制器按照预定的时序和占空比，瞬时重复投切高压接触器，同时在信号源控制下向系统注入一个特殊低频的信号。这样在系统发生单相接地时，在小电流接地的配电网系统中，在中性点和接地点之间除了接地产生的容性电流和消弧线圈的感性电流（如果系统接有消弧线圈）外，还有一个特殊的低频注入信号流过这个回路，而在非接地相、非接地线路、以及接地线路的非接地部分则没有这个特殊的低频注入信号流过。故障指示器就是根据这个特殊的低频注入信号的占空比、个数及宽度进行单相接地的选线和定位。在故障指示器检测到这个特殊的低频信号后翻转变红，指示在此回路有单相接地故障。而非接地相、非接地馈线以及接地馈线的非接地部分不会翻转。

在变电所的开关出线处安装的故障指示器，除了可以进行翻转还通过光纤输出一个状态变化信号，这个光信号通过光纤送给一个光电转换装置，光电转换装置给出一个无触点的遥信状态信息。这个状态信息可以按遥信量接到变电所的RTU或变电所自动化系统。RTU或变电所自动化系统依据接在出线处故障指示器的状态变化指示出接地线路，并将此接地信息上传给地区调度中心。

2 信号源接入对接地后过电压的影响

从运行实践中证明：在小电流接地系统尤其是6~10kV系统中，当电容电流不大的地方，由于电压互感器铁心饱和引起的铁磁谐振过电压比较严重，经常发生熔断件熔断和烧电压互感器事故；当电容电流比较大的地方，弧光过电压现象比较突出，经常引起设备绝缘击穿造成大面积停电。而在消弧线圈接地系统，由于消弧线圈容量配置不合理，而引起欠补偿状态下的断线过电压亦时有发生。另外在发生稳定接地后，由于消弧线圈处于全补偿状态，系统的零序阻抗趋于无限大，这样中性点的不平衡电压维持在较高的幅值。

由于信号源短时投入，这样在系统的中性点短时接入一个纯阻性负荷破坏了接地时出现的谐振条件，这样降低了发生单相接地时系统过电压的幅值和谐振影响，减少了对信号源发出的特殊信号的干扰，增加了故障指示器在检测单相接地故障的正确性和选择性。从理论分析和实际运行都证明：由于信号源是纯阻性的，它的接入在发生接地后不但不会增加接地过电压值，反而降低了接地时中性点的电压值，具体降低值与系统的消弧线圈参数和配电网参数有关。另外由于信号源是纯阻性的，此时在接地点的有功电流IR与电源电压U0同相，当电流过零电弧熄灭后，恢复电压与电源电压相同，此时恢复电压的速度较低，所以由于信号源的接入还减少了电弧重燃的机率。

在配电网中单相接地故障占故障总数的70%之多，快速查找和排除单相接地故障是现场迫切需要解决的问题。安装具有单相接地检测功能的故障指示器不失是一种查找单相接地故障的较好方法。随着技术的进步，故障定位装置的功能渐趋完善，只要选择原理与系统相适应的设备，在工程中根据实际情况，结合系统的运行方式，一定可以提高单相接地故障指示器的选择性、准确性和可靠性。