中压配电网单相接地故障定位方法的研究

　　摘要：本文通过确定C型行波法的适用范围，当在C型行波法部分或全部失效后，采用注入直流的故障定位方法作为补充，利用方法的互补性来提高故障定位的准确性。经过理论分析和ATP仿真表明该综合故障定位方法可以实现精确故障定位，在中压配电网故障定位中具有很好的应用前景。
　　
　　关键词：中压配电网；C型行波；直流；综合定位
　　
　　1引言
　　我国中压配电网架空线路(6-66kV)一般采用中性点非有效接地方式[1]，在线路发生单相永久性接地故障后，先将线路断开，然后由工作人员沿线巡视来查找故障点。这种故障定位方式的效率低下，需要研究和探索高效和精确的故障定位方法。目前国内外故障定位的研究成果很多，按原理可以分为阻抗法、注入法、行波法和故障指示器技术[2-3]。但一般是针对110kV及以上的高压输电线路[4-6]。相对于输电线路，广大的配电网线路结构复杂，节点多，分支多，对地电容大，分支点对暂态信号有衰减和畸变作用，很多定位方法都会失效。本文针对以上难题以及我国配电网的特点和实际的接地故障的特点，提出了开发利用多种信息构造综合定位方法，利用方法的互补性来提高故障定位的准确性。
　　2综合定位法
　　2.1C型行波定位
　　C型行波定位方法的思路是在故障发生后由装置发射高压窄带脉冲信号，根据脉冲信号从装置至故障点往返时间进行定位。特征波是线路首端发射信号到达某一阻抗不连续点，然后该点反射回线路首端的所有波形中最先到达的波形。即特征波是线路首端接收到的某一阻抗不连续点反射的第一个波形。
　　
　　图1C型行波定位方法示意图
　　在线路的拓扑简单且已知的情况下，特征波到达线路首端的时间可以确定、波形容易辨识。高压输电线路结构比较简单，且没有分支线路，利用行波方法进行故障定位时，只要找到来自故障点的反射波，就能够确定故障位置。针对这个问题，本文提出了结合注入直流的故障定位方法来确定故障分支。
　　2.2直流定位法
　　直流定位法的主要思路是在首端向故障相注入直流信号，通过调整电源的电压控制注入电流的大小，一般要将电流控制在0～200mA，通过检测电流信号就可以确定故障区段。首先由交流信号源产生1000Hz，200V交流信号，用高频高交流产生直流，然后升压，再整流变成直流。
　　
　　图2直流定位示意图
　　2.3综合定位方法
　　图3为综合定位方法的实现流程。通过切换开关分别向三相导线注入高压脉冲信号，其中两个非故障相反射波形完全相同，而故障相有明显的故障特征，因此与非故障相的波形不同，从而确定出故障相。
　　
　　图3综合定位方案流程图
　　本文提出的综合故障定位的方法结合了行波法和直流法的优点。C型定位方法不受故障时刻线路本身产生的行波信号强弱的影响；发射的行波波形和强度可以人为控制；不怕故障点有接地电阻，通过调整电源输出电压的大小可以保证直流信号的指定数值；不怕线路的电感、电容，它们都对直流不起作用。
　　3仿真试验
　　对于所述的综合故障定位方法,在带分支的线路上进行了仿真试验，通过仿真验证其正确性。图4为仿真的线路图。用ATP软件仿真全长15km带3个分支的线路，在线路CN上距离首端14km处设置金属性单相接地故障和电阻接地故障，采用幅值10kV，宽度为2μs的高压窄带脉冲信号源。
　　
　　图4仿真线路示意图
　　在线路首端采用100M的采样率进行采样，仿真试验分别得到开路波形与金属性单相接地故障波形的相减波形(图5)和开路波形与接地电阻为3000欧时单相接地故障波形的相减波形(图6)。
　　对图5和图6所得到的波形差信号用matlab小波分析得到故障时刻t=93.44μs，根据s=vt/2，v为行波速度，取v=300m/μs，则s=(300*93.44)/2=14016m，与实际的14km相差16m，误差仅1%。说明C型行波定位的故障距离精度满足实际要求。
　　
　　图5开路波形与金属性接地故障波形的波形差
　　
　　图6开路波形与电阻接地故障波形的波形差
　　从图5和图6可以看出，图形的第一个不为0点的时刻，即故障特征时刻是相同的，但是在有接地电阻的情况，第一个反射波的幅值比金属性接地的情况明显小很多。在C型行波法部分失效的情况下，先确定故障距离，在此基础上，在线路首端M点注入直流信号，通过调节电源，使电流为0.1A，分别检测分支线路AB、AD、BE、BC和CG，得到的波形如图7所示。
　　
　　图7直流定位仿真结果
　　在线路首端M点注入直流信号，在节点A处分别检测分支线路AB和AD，结果是AD电流为0，AB电流为0.1A，说明故障区段在分支BE或下游，检测到节点E，分支BE的电流为0，可知故障F点在节点E前的BE线路上，电流经MA-AB-BF-FM形成回路，经过这几步，确定分支线路BE就是故障分支。
　　经过大量仿真试验发现接地电阻越大，反射波的幅值越小，当接地电阻大到一定程度(比如3000欧)，反射波的幅值已经小于0.5A，加上现场的干扰，C型行波定位方法将完全失效。此时，我们利用直流注入法按照上述的方法，首先确定故障分支，并沿线路继续向前查找，直到找到电流消失点，就是故障点。
　　4结论
　　本文在C型行波定位法部分或全部失效的情况下，采用直流注入法定位的综合定位方法，理论分析和ATP仿真试验证明，该综合方法该方法结合了行波法定位快和直流法误差小的优点，技术先进，定位准确性高，在中压电网的故障定位中是切实可行的，具有很好的应用前景。
　　参考文献
　　[1]李润先．谐振接地是我国配电网最理想的接地方式[J]．高电压技术，1994，20(1)：30-32.
　　[2]覃剑．输电线路单端行波故障测距的研究[J]．电网技术，2005，29(15)：65-70.
　　[3]梁军，麻常辉基于线路参数估计的高压架空输电线路故障测距新算法[J]．电网技术，2004，28（4）：60-63，68.
　　[4]于盛楠，杨以涵，鲍海．基于C型行波法的配电网故障定位的实用研究[J]．继电器，2007，35(10)：1-4.

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