行波测距技术在电网接地故障选线中的应用

2015-10-21牟哲董寿菲薛莉李晋李红梅

探索科学 2015年10期

牟哲　董寿菲　薛莉　李晋　李红梅

摘要：针对配电网接地故障运行工况较为复杂，故障选线可靠性和故障测距的准确性，直接影响到配电网运行的安全性问题，结合行波接地故障选线及测距原理，研究了基于行波法的配电线路故障选线及测距技术。将该技术应用到我单位变电站中，测试结果表明：该故障选线定位测距方法能够准确求出配电网接地故障段的故障参数，并能对故障进行精确定位测距，提高了配电网故障选线排除效率和测距定位的精确性。

关键词：行波；配电线路；接地选线；故障测距

在架空线路短路事故中，单相接地事故占 65% ，两相接地事故占20% ，两相短路接地事故占10% ，三相短路事故占5% 。其中，两相短路接地事故大都由单相接地事故发展而来。配电线路（小电流接地系统）发生单相接地时，由于单相短路电流很小，系统线电压三角形不变，对电气设备不构成危害，因此规程规定：线路发生单相接地后，可以继续运行2 h。但单相接地故障如不能及时消除，将会引起故障相电压降低，非故障相电压升高，长时间运行易使故障扩大形成两点或多点接地短路。另外，弧光接地还会引起系统过电压，进而发生绝缘击穿损坏设备，导致事故进一步扩大[1]。因此，当配电线路发生单相接地时，快速选出接地线路准确定位故障点，并采取相应技术措施及时消除故障，对配电网的安全可靠运行尤为重要。

1 行波接地故障选线原理

有N 回出线的配电网络，假定分支线路均为单线线路。当第 N 回出线发生接地时，在故障附加电源作用下产生暂态行波，行波由接地点开始向线路两侧传播。其中，到达母线的行波，在母线处发生折反射，接地线路的反射波和入射波在该分支线路上叠加，形成接地线路的初始行波；来自于接地点的初始行波经折射进入非接地线路，形成非接地线路的初始行波。配电网行波网络传播如图 1 所示。

利用初始行波在各回进出线上所呈现的幅值和极性差异来确定接地线路，如果某条线路的初始电流行波的幅值大于其他线路的初始电流行波的幅值，而且极性和其他线路相反，则该线路为接地线路。

2 行波接地故障测距原理

三相配电线路中发生单相接地故障时，故障点将产生在配电线路中传播的故障行波。三相行波间为互耦关系，不存在单相行波的波速，为将行波法引入到三相系统中，必须利用相模变换矩阵将三相信号转换成模式分量。对于三相电压、电流信号，采用式（ 1）进行相模变换。

[Um]=[S]×[u]

[Im]=[Q]×[i] （ 1 ）

式（ 1）中，Um、Im 分别为模电压、模电流； u 和 i 分别为三相电压、三相电流信号； [S]、[Q]分别为电压和电流的变换矩阵。为简便分析，可采用相同电压模变换矩阵和电流模变换矩阵： [S]=[Q]，于是三相配电线路中的行波可用3个独立模分量表示：

对三相电压和电流进行相模变换，得到各模独立的模分量电压和电流：

经过相模变换后，各模量间是相互独立的。由相模变换理论可知，行波的传播网络可分为线模网络和零模网络，零模分量以大地为回路，其幅值只有在故障处存在对地放电通道时才比较大；线模分量以导线为回路，且线模分量有2个（ iα、iβ），二者的模波速相同（但与零模分量不同），所以只需采用其中一个即可用于测距；零模网络中的波速度小于线模网络中的波速度，基于故障点产生的不同模量初始行波到达测量点的时间差，可测定单相接地故障点距离[2-3]。

3 行波技术的现场应用实例

3.1 在故障选线中的应用

为了验证行波法在配电网线路接地故障选型及测距中应用的可行性，在我单位变电站中进行现场实例试验。在6 kV配电线路下一线距离变电站出口 2 km 处，设置B相经100Ω电阻接地故障。现场测得的母线电压波形、故障线路电流波形及故障线路行波波形如图 2 所示。

變电站各条线路的零序电流经小波变换并消噪后，小波变换的初始模极大值及所处的位置如表1所示。

从表1可以看出，各条线路中下一线的初始行波位置为43μs，模极大值的绝对值最大为871，且与其他线路的模极大值的极性相反，由此判断出下一线为故障线路。

3.2 在故障测距中的应用

在6 kV配电线路东干线距离变电站出口2.73 km处发生单相金属性接地，在故障瞬时，录波器故障启动，并开始上传录波数据。现场录波装置录到的母线

电压、故障线路（东干线）电流、一条非故障线路（西干线）的电流变化及东干线单相接地时的测距结果，分别如图 3 和图 4 所示。

从图3和图4可知，经后台软件分析自动选出故障线路（东干线）、检测出故障类型（ A相接地）及单相短路故障点距变电站母线的距离为2.801 km，测距误差为71 m。

同理，通过对不同线路、不同故障距离、不同故障类型及不同接地电阻进行现场测试，采用行波技术实现了配电网线路单相接地故障的可靠选线和准确测

距，选线结果正确可靠，故障类型判断准确，并能精确检测到故障发生距离[4 -5]，详见表2。

试验线路 A、B、C 三相分别做1 次接地故障选线和测距，以检测不同相故障检测结果的分散度。从下一线和东干线选线及测距结果表明：单相接地选线准确率达到100%，测距误差均能控制在150 m以内，误差率能够有效控制在5% 以内，选线及测距结果能够满足配电网线路接地故障检测需求。