配电线路暂态行波和接地选线的思考

张程杰

（国网山东省电力公司兰陵县供电公司,山东临沂，277700）

配电线路暂态行波和接地选线的思考

张程杰

（国网山东省电力公司兰陵县供电公司,山东临沂，277700）

本文对配电线路进行了暂态行波和接地选线的分析，希望可以为相关人员进行配电线路暂态行波和接地选线的研究提供参考。

配电线路；暂态行波；接地选线

0 引言

目前，国内外的研究学者都将接地选线的研究方向放在了暂态行波上。基于此，本文先是分析了暂态行波以及暂态行波中的小波变换，然后阐述了配电线路使用暂态行波进行接地选线的依据，最后构建了线路模型，分析结果显示，将暂态行波理论用于配电线路的接地选线，可以得到准确的结果。

配电线路出现单相接地故障时，接地电流的数值非常小，这对检测信号以及接地线路的判断造成了阻碍，而且，配电线路的参数与结构没有一一对应，这就使得电力系统在正常运行时，会出现不平衡的零序电流，这种电流会将接地电流掩盖，导致接地电流的特征不能被捕捉，这在很大程度上阻碍了故障相关信息的提取。这两方面的阻碍致使配电线路的单相接地选线问题得不到很好的解决，而暂态行波理论为接地选线提供了新的方向。

1 配电线路暂态行波的分析

1.1 暂态行波的分析

在单母线N回出线的配电线路中，中性点是一种非有效接地方式，可以通过开关将中性点设置为通过消弧线圈接地、通过电阻接地以及不接地等多种不同的接地方式。如果配电线路中出现单相接地故障的时候，配电线路会受到故障附加电源的影响，从而产生暂态行波。其中，暂态行波会从接地点往接地线路的两边进行传播，如果暂态行波到达了母线，就会出现折反射现象，接地线路上的入射波以及反射波会在这条线路上叠加在一起，这就是接地线路的初始行波；初始行波可以通过折射进入到非接地线路，这种行波被称作非接地线路的初始行波。通过某种变换，可以将暂态行波分解成线模分量以及零模分量。其中，线模分量又可以分为α模分量以及β模分量。

通常情况下，配电线路的母线都会接入很多的出线回路，通过公式计算可知，如果某一条出线上的中性点出现了单相接地故障，非接地线路上的波阻抗会远大于母线上的等效波阻抗，因此，接地线路上的暂态初始行波幅值会远远超过非接地线路，而且，暂态行波的极性与非接地线路的不一致，每一条非接地线路上的初始行波幅值大小几乎相同，极性也一致。这就说明：暂态初始行波和中性点的接地方式没有关系。

1.2 暂态行波的小波分析

因为接地故障出现时的暂态行波属于一种瞬时值，并不能进行有效的接地选线，而信号小波变化可以去除噪音，进行信号奇异性的检测，还可以研究分析迅速变化的信号。所以，小波变化可以找到暂态行波的奇异点，同时，小波的模极大值点与暂态行波的波头之间存在对应的关系。本文选用小波变换以及小波的模极大值来表示暂态行波的故障特征，以此来提取有价值的接地暂态行波消息，从而为接地选线提供有效的依据[1]。

为了明确小波变换的作用机理，本文构建了一种线路模型，其中，线路模型中一共有四回线路，这四回线路的中性点采取了不同的接地方式，将第四回线路上和母线距离21千米的位置设定为C相单相接地；然后使用ATP-EMTP软件对该模型进行了分析，主要使用不同尺度的小波变换进行了暂态行波中的模分量以及零模分量的分析，通过分析的结果了解接地线路的暂态行波模量特点以及非接地线路的暂态行波模量特点，并将两者进行对比，以此来明确所有回线路的故障特点。软件分析的结果显示：小波变换以及小波的模极大值可以将暂态行波的到达时间、幅值以及极性等特点进行准确地描述，同时，小波变换可以有效提取故障的相关信息。

另外，通过软件的分析结果可以总结出暂态行波模量的特点，具体包括以下几方面的内容：第一，暂态行波的线模分量以及零模分量中的第一个模极大值点，就是暂态初始行波的波头，它能够展现出暂态行波从接地点到母线之间的传播时间、暂态行波的幅值以及暂态行波的极性等特征，而且，第一个模极大值点的特征非常清晰，也很容易提取；第二，配电线路的中性点接地方式不会对暂态初始行波造成影响；第三，接地线路暂态初始行波的β模分量的模极大值要比非接地线路的大，而且，这两者的极性不相同，零模分量也是如此；第四，非接地线路的所有暂态初始行波中的β模分量极性是一致的，而且模极大值的幅值也比较接近，零模分量也是如此；第五，当配电线路在同一个位置的同一个时间出现了单相接地故障，暂态初始行波中的β模分量会先被检测出来，然后才会检测出暂态初始行波中的零模分量；第六，当母线出现单相接地故障的时候，所有出线的暂态初始行波线模分量以及零模分量的极性是一致的，而且，模极大值的幅值也非常接近。

2 配电线路接地选线的依据

从上述分析可知，接地线路以及非接地线路的暂态初始行波均具有非常显著的特性差异，因此，在进行接地选线时，可以依据以下思想：首先通过小波变换的模极大值将暂态初始行波在所有回线上的幅值以及极性展示出来，然后根据模极大值之间的差异找出接地线路。

2.1 单相线路的接地选线依据

不同频段的暂态行波信息可以通过不同尺度下的小波变换来表示，可以将不同尺度作为接地选线的依据，不同尺度可以得到不同的选线结果，但是，由于21尺度下的小波变换存在比较多的数据误差，结果的可信度以及可靠性非常低。所以，使用22、23以及24尺度下的小波变换作为接地选线的依据，对于三个选线结果，使用最简单的三选二的方法来找到最终的接地线路[2]。

2.2 三相线路的接地选线依据

目前，我国电力系统都是三相线路，各相的暂态行波在线路中是相互耦合的，所以不能使用单相线路的接地选线方法。需要先将三相线路进行相模变换，这样所有模量就可以相互独立，然后就可以使用单相线路的接地选线依据来选线。三相线路的接地选线依据如下。

第一，如果电力系统中安装了零序CT，就可以通过零模分量来进行接地线路的选择；第二，如果电力系统中的电流互感器没有B相，就可以创造一个新的暂态行波模量——模量，然后通过模量来进行接地线路的选择[3]。

3 配电线路暂态行波和接地选线的仿真分析

本文对上述理论进行了仿真分析，首先构建了线路模型，该模型中有一条母线，母线上共有四回出线，这四回线路的长度为10.3千米、20千米、21千米以及23千米，使用通过消弧线圈接地的模式进行系统中性点的连接，在第二回线路上和母线距离12千米的位置，出现了B相经100Ω电阻的单相接地。

然后使用ATP-EMTP软件对该模型进行了计算分析，观察第二回线路以及四条非接地线路的电流行波、22尺度下的模极大值波形以及小波变换的波形可知：在22尺度下，四回出线的初始电流暂态行波的零模分量具有显著的模极大值以及小波变换特性，第二回线路的初始暂态行波具有最大的模极大值，而且，第二回线路模极大值的极性与接地线路相反。因此，可以判断出第四回出线是接地线路。

最后，使用同样的办法，进行23以及24尺度下的波形分析，分析的结果和22尺度下的结果相同。按照三选二的原则，可以判断出该线路模型的接地线路是第四回线路，而且，该线路的接地电阻为100Ω。

4 结论

综上所述，暂态行波可以准确判断出配电线路的接地线路。分析可得，通过对配电线路暂态行波和接地选线的思考可知，暂态行波中含有非常多的故障信息，还不会受到配电线路中接地电流过小的影响，使用暂态行波进行接地选线，可以弥补传统办法的不足，从而促进接地选线技术的发展。

[1]张鑫,牟龙华.配电线路暂态保护故障行波特征的研究[J].电力系统保护与控制,2013,4112:1-8.

[2]姜博,董新洲,施慎行.基于单相电流行波的配电线路单相接地故障选线方法[J].中国电机工程学报,2014,3434:6216-6227.

[3]姜博,董新洲,施慎行.配电网单相接地故障选线典型方法实验研究[J].电力自动化设备,2015,3511:67-74.

The reflection of the transient and grounding line of the distribution line

Zhang Chengjie
（Lanling county power supply company, shandong electric power company, Linyi Shandong, 277700）

This paper analyzes the transient and ground selection of power distribution lines, and hopes to provide references for the research of the transient wave and ground selection of power distribution lines.

distribution line; Transient wave; Grounding line selection