基于C型行波法的配电网单相接地故障测距研究

董洪稳 史文韬

摘要：针对配电网络拓扑结构日益复杂多样化、巡线工作变得繁重、线路故障难以定位的问题，本文基于C型行波法测距，设计了PSCAD-MATLAB模型、编写M文件模块。在线路始端注入高压单窄脉冲并检测从线路返回的波形，对所得波形进行小波分析。仿真结果证明该方法提高了线路故障测距的准确性，减少了巡线的工作量。

关键词：行波；故障测距；小波分析；配电网

Abstract：The power distribution network topology structure is increasingly complex and diversity，patrol work become burdensome，line fault is difficult to locate.To solve these problems，a PSCAD-MATLAB model and compiling M-files based on C type traveling wave location method is proposed in this paper.Injecting a high voltage and narrow single pulse，wave back from the lines is monitored.Using the powerful singular detection function of wavelet，the time that the wave crest arrives is detected and the fault distance is calculated.The simulation results prove that the method improves the accuracy of fault location，reducing the workload of patrol.

Keywords：traveling-wave；fault location；wavelet analysis；Single-phase Grounding；power distribution network

1 引言

隨着配电网的高速发展，网络结构开始变得复杂。故障测距结果是查找故障点位置的重要参考依据，国内外采用的接地故障测距方法归纳起来有：阻抗法、S注入法、智能法、区段查找法和行波法等几种[1]，但在不同的电网结构中体现出各自不同的优缺点，因此研究高性能测距的故障测距方法及设备是必然趋势。

2 PSCAD-MATLAB 接口技术及模块

行波法故障测距在配电网接地系统中应用最为广泛，目前大致可分为 A、B、C三种类型[2-3]。C型测距法更适合结构复杂，多分支线的配电系统。

2.1 PSCAD-MATLAB接口技术原理

接口的功能是协调MATLAB与PSCAD的协同运行以及完成它们之间数据、控制信息的交换。将PSCAD中的m个数据通过外部接口传送到 MATLAB，将处理得到的n个运算结果传送到PSCAD中，PSCAD再次调用 MATLAB[4]。如此反复，就可根据 PSCAD 中的电力系统模型和 MATLAB 中的控制条件、分析算法得到不同工况的系统数据及分析结果。PSCAD/EMTDC内Fortran文件DSDYN调用外部 Fortran 子程序，该 Fortran 子程序可以启动MATLAB数据引擎。同时，含有MATLAB 命令的 M文件也将传送到MATLAB 数据引擎中，用户可根据需要编写 M文件，实现所需的仿真。

2.2测距系统功能模块

2.2.1 高压单窄脉冲注入模块

高压单窄脉冲注入模块的功能是产生并发送一定幅值的不同周期和脉宽的脉冲信号。通过对220V交流信号进行整流、滤波、升压后送入故障线路。通过控制IGBT的触发时间可以发送不同周期和脉宽的脉冲信号，高压通过升压得到，仿真中脉冲幅值约为2kV，脉宽约为 。

2.2.2 PSCAD-MATLAB接口模块[5]

本仿真系统中共用到了两个接口模块，一个是数据采集模块，它的功能是以 为仿真步长，调用已编程的“数据采集”M文件，将高压单脉冲发生模块发出的脉冲及各个节点折、反射回的波形以数据的形式写入txt文件，另一个是波形小波变换模块，功能为调用“小波变换”M文件，读取txt文件对所记录的波形进行小波分析，经db1小波六层分解，对第一层高频部分重构图形分析，观察局部极值点，确定脉冲发出时间和在故障点返回的波形时间，为测距做准备。

3配电网35kV模型的仿真分析

3.1 行波测距仿真步骤

下面列出测距的流程图，如图3-1所示：

图3-1 测距仿真流程图

Fig.3-1 Ranging simulation flow chart

3.2 仿真算例分析

在已经选线的前提下，设在A相分支一2.66km处发生单相接地故障如图3-2所示，接地电阻设置为200 。

图3-2 单相接地例图

Fig.3-2 Single-phase grounding case diagram

第一步进行故障距离测量，注入脉冲后将发生单相接地故障产生的波形（图3-3）与线路正常时产生的波形（图3-4）比较，以便确定接地故障点返回行波脉冲的位置。

图3-3 正常时注入脉冲产生的波形

Fig.3-3 Normal pulse waveform

图3-4 故障时注入脉冲产生的波形

Fig.3-4 Fault pulse waveform

通过两个波形的比较，可以确定在故障波形中的第三个脉冲尖峰为故障点返回的行波脉冲。然后对故障波形进行小波变换，利用db1小波6层分解，再对一层高频重构后的波形进行分析（图3-5）准确的反映出故障波形突变部分。

图3-5 一层高频重构图形

Fig.3-5 First layer high frequency waveform refactoring graphics

对初始注入的脉冲和故障点处返回的行波脉冲在一层高频重构图形中所对应位置进行局部放大，确定初始注入脉冲行波时刻 点为1267，接地故障点返回时刻 为35，由于仿真步长为0.1 可以算出 与 的时间差。根据公式 可以计算出行波在架空线路传播的速度约为 。由测距公式： 可以计算出故障距离为18.0734km，与实际距离18.08km非常接近，绝对误差为7.6m，相对误差为0.042%，根据以上步骤，对各相不同分支进行了测距仿真。

参考文献：

[1]季涛，孙同景，薛永端，徐丙垠，陈平.配电网故障定位技术现状与展望.继电器[J]，2005，33（24）：32-37.

[2]许汉平，魏威等.RTDS行波线路模型用于输电线路故障测距的研究.电网技术[J]，2001，25（10）：47-50.

[3]贾惠彬，赵海锋等.基于多端行波的配电网单相接地故障定位方法.电力系统自动化[J]，2012，36（2）：96-99.

[4]杨健维，麦瑞坤，何正友.PSCAD/EMTDC与MATLAB接口研究.电力自动化设备[J]，2007，27（11）：83-86.

[5]钟波，赵华军.PSCAD/EMTDC程序与MATLAB语言接口的研究.广东电力[J]，2005，18（8）：28-30.

作者简介：

董洪稳（1986-），男，汉族，工学学士，电气工程师，天津市人。主要从事工业电气设计。