行波測距技術(shù)在電網(wǎng)接地故障選線中的應(yīng)用

牟哲　董壽菲　薛莉　李晉　李紅梅

摘要： 針對配電網(wǎng)接地故障運行工況較為復(fù)雜，故障選線可靠性和故障測距的準(zhǔn)確性，直接影響到配電網(wǎng)運行的安全性問題，結(jié)合行波接地故障選線及測距原理，研究了基于行波法的配電線路故障選線及測距技術(shù)。將該技術(shù)應(yīng)用到我單位變電站中，測試結(jié)果表明：該故障選線定位測距方法能夠準(zhǔn)確求出配電網(wǎng)接地故障段的故障參數(shù)，并能對故障進行精確定位測距，提高了配電網(wǎng)故障選線排除效率和測距定位的精確性。

關(guān)鍵詞： 行波； 配電線路； 接地選線； 故障測距

在架空線路短路事故中，單相接地事故占 65% ，兩相接地事故占20% ， 兩相短路接地事故占10% ，三相短路事故占5% 。其中，兩相短路接地事故大都由單相接地事故發(fā)展而來。配電線路（小電流接地系統(tǒng)） 發(fā)生單相接地時，由于單相短路電流很小，系統(tǒng)線電壓三角形不變，對電氣設(shè)備不構(gòu)成危害，因此規(guī)程規(guī)定：線路發(fā)生單相接地后，可以繼續(xù)運行2 h。但單相接地故障如不能及時消除，將會引起故障相電壓降低，非故障相電壓升高， 長時間運行易使故障擴大形成兩點或多點接地短路。另外，弧光接地還會引起系統(tǒng)過電壓，進而發(fā)生絕緣擊穿損壞設(shè)備，導(dǎo)致事故進一步擴大[1]。因此，當(dāng)配電線路發(fā)生單相接地時，快速選出接地線路準(zhǔn)確定位故障點，并采取相應(yīng)技術(shù)措施及時消除故障，對配電網(wǎng)的安全可靠運行尤為重要。

1 行波接地故障選線原理

有N 回出線的配電網(wǎng)絡(luò)，假定分支線路均為單線線路。當(dāng)?shù)?N 回出線發(fā)生接地時，在故障附加電源作用下產(chǎn)生暫態(tài)行波，行波由接地點開始向線路兩側(cè)傳播。其中，到達母線的行波，在母線處發(fā)生折反射，接地線路的反射波和入射波在該分支線路上疊加，形成接地線路的初始行波； 來自于接地點的初始行波經(jīng)折射進入非接地線路， 形成非接地線路的初始行波。配電網(wǎng)行波網(wǎng)絡(luò)傳播如圖 1 所示。

利用初始行波在各回進出線上所呈現(xiàn)的幅值和極性差異來確定接地線路， 如果某條線路的初始電流行波的幅值大于其他線路的初始電流行波的幅值，而且極性和其他線路相反，則該線路為接地線路。

2 行波接地故障測距原理

三相配電線路中發(fā)生單相接地故障時，故障點將產(chǎn)生在配電線路中傳播的故障行波。三相行波間為互耦關(guān)系，不存在單相行波的波速，為將行波法引入到三相系統(tǒng)中，必須利用相模變換矩陣將三相信號轉(zhuǎn)換成模式分量。對于三相電壓、 電流信號，采用式（ 1） 進行相模變換。

[Um]=[S]×[u]

[Im]=[Q]×[i] （ 1 ）

式（ 1） 中，Um、Im 分別為模電壓、模電流； u 和 i 分別為三相電壓、三相電流信號； [S]、[Q]分別為電壓和電流的變換矩陣。為簡便分析，可采用相同電壓模變換矩陣和電流模變換矩陣： [S]=[Q]，于是三相配電線路中的行波可用3個獨立模分量表示：

對三相電壓和電流進行相模變換，得到各模獨立的模分量電壓和電流：

經(jīng)過相模變換后，各模量間是相互獨立的。由相模變換理論可知，行波的傳播網(wǎng)絡(luò)可分為線模網(wǎng)絡(luò)和零模網(wǎng)絡(luò)，零模分量以大地為回路，其幅值只有在故障處存在對地放電通道時才比較大； 線模分量以導(dǎo)線為回路，且線模分量有2個（ iα、iβ） ，二者的模波速相同（ 但與零模分量不同） ，所以只需采用其中一個即可用于測距； 零模網(wǎng)絡(luò)中的波速度小于線模網(wǎng)絡(luò)中的波速度，基于故障點產(chǎn)生的不同模量初始行波到達測量點的時間差，可測定單相接地故障點距離[2-3]。

3 行波技術(shù)的現(xiàn)場應(yīng)用實例

3.1 在故障選線中的應(yīng)用

為了驗證行波法在配電網(wǎng)線路接地故障選型及測距中應(yīng)用的可行性， 在我單位變電站中進行現(xiàn)場實例試驗。在6 kV配電線路下一線距離變電站出口 2 km 處，設(shè)置B相經(jīng)100Ω電阻接地故障。現(xiàn)場測得的母線電壓波形、故障線路電流波形及故障線路行波波形如圖 2 所示。

變電站各條線路的零序電流經(jīng)小波變換并消噪后，小波變換的初始模極大值及所處的位置如表1所示。

從表1可以看出，各條線路中下一線的初始行波位置為43μs，模極大值的絕對值最大為871，且與其他線路的模極大值的極性相反， 由此判斷出下一線為故障線路。

3.2 在故障測距中的應(yīng)用

在6 kV配電線路東干線距離變電站出口2.73 km處發(fā)生單相金屬性接地， 在故障瞬時，錄波器故障啟動，并開始上傳錄波數(shù)據(jù)?，F(xiàn)場錄波裝置錄到的母線

電壓、故障線路（東干線） 電流、一條非故障線路（西干線） 的電流變化及東干線單相接地時的測距結(jié)果，分別如圖 3 和圖 4 所示。

從圖3和圖4可知， 經(jīng)后臺軟件分析自動選出故障線路（東干線）、檢測出故障類型（ A相接地） 及單相短路故障點距變電站母線的距離為2.801 km，測距誤差為71 m。

同理，通過對不同線路、不同故障距離、不同故障類型及不同接地電阻進行現(xiàn)場測試，采用行波技術(shù)實現(xiàn)了配電網(wǎng)線路單相接地故障的可靠選線和準(zhǔn)確測

距，選線結(jié)果正確可靠， 故障類型判斷準(zhǔn)確， 并能精確檢測到故障發(fā)生距離[4 -5]，詳見表2。

試驗線路 A、B、C 三相分別做1 次接地故障選線和測距，以檢測不同相故障檢測結(jié)果的分散度。從下一線和東干線選線及測距結(jié)果表明：單相接地選線準(zhǔn)確率達到100%，測距誤差均能控制在150 m以內(nèi)，誤差率能夠有效控制在5% 以內(nèi)，選線及測距結(jié)果能夠滿足配電網(wǎng)線路接地故障檢測需求。

4 結(jié) 語

基于行波法的配電線路故障選線及測距技術(shù)， 其故障行波具有不受 CT 飽和影響、不反映系統(tǒng)振蕩、與過渡電阻無關(guān)、不受線路分布電容影響等優(yōu)良性質(zhì)，且能在復(fù)雜的、使用傳統(tǒng)方法難以檢測故障的情況下判斷出故障的發(fā)生，給出故障的性質(zhì)和位置，具有簡單可靠、測量精確等優(yōu)點，有較高的工程實用價值。

參考文獻

[1]馬士聰，高厚磊，徐丙垠，等.配電網(wǎng)故障定位技術(shù)綜述[J].電力系統(tǒng)保護與控制，2009，37（ 11） ： 119-124

[2]謝成明. 輸電線路故障測距的研究現(xiàn)狀與進展[J].電工技術(shù)， 2007（ 12） ： 30 - 31

[3]李暢，趙晶，陳嶺.一種基于行波法的新型線路故障定位裝置的研制[J].廣東電力， 2006， 19（ 5） ： 42-45

[4]于盛楠，楊以涵，鮑海.基于C 型行波法的配電網(wǎng)故障定位的實用研究[J].繼電器，2007，35（ 10） ： 1-4

[5]王振浩，周文姝，李國慶，等.基于暫態(tài)行波的配電網(wǎng)故障仿真分析[J].電氣自動化，011，33（ 1） ： 69 - 72