基于暫態(tài)行波的配電線路故障測(cè)距研究.pdf

1、國(guó)內(nèi)外中壓配電網(wǎng)廣泛采用中性點(diǎn)非有效接地(包括不接地、經(jīng)消弧線圈接地和經(jīng)高阻接地)運(yùn)行方式，以避免發(fā)生單相接地故障(又稱小電流接地故障)時(shí)跳閘，造成供電中斷。對(duì)于小電流接地故障，由于故障電流微弱、電弧不穩(wěn)定等原因，接地故障點(diǎn)的定位比較困難，一直缺乏可靠的故障定位方法；對(duì)于短路故障，目前對(duì)其定位的諸多方法多不具有自動(dòng)定位功能。因此，小電流接地系統(tǒng)線路故障的快速自動(dòng)定位對(duì)于提高供電可靠性、減少停電損失具有重要的意義。 本文利用線路故

2、障瞬間產(chǎn)生的暫態(tài)行波信號(hào)，根據(jù)雙端行波故障測(cè)距原理實(shí)現(xiàn)配電線路小電流接地故障及短路故障的快速準(zhǔn)確定位。主要做了以下方面的研究工作： (1)系統(tǒng)分析了小電流接地系統(tǒng)線路各種類型故障行波的暫態(tài)特征以及行波在配電線路中的傳播特性。通過(guò)對(duì)故障行波暫態(tài)特征的分析發(fā)現(xiàn)，盡管小電流接地故障發(fā)生后線路穩(wěn)態(tài)線電壓和負(fù)荷電流保持不變，但其故障暫態(tài)過(guò)程仍然產(chǎn)生行波線模分量；相間短路故障暫態(tài)過(guò)程也產(chǎn)生行波線模分量，這樣各種類型故障都可以利用參數(shù)較穩(wěn)定的

3、行波線模分量作為故障測(cè)距信號(hào)。通過(guò)對(duì)行波在配電線路中的傳播特性分析發(fā)現(xiàn)，行波在配電線路中傳播的過(guò)程中會(huì)發(fā)生復(fù)雜的折射和反射，從而單端行波故障測(cè)距原理不適合于結(jié)構(gòu)復(fù)雜的配電線路。 (2)確定利用雙端行波故障測(cè)距原理實(shí)現(xiàn)配電線路故障定位。提出基于時(shí)間中點(diǎn)的雙端行波故障測(cè)距新方法，并給出了算法實(shí)現(xiàn)過(guò)程，解決了配電架空線、電纜混合線路波速度不連續(xù)的問(wèn)題。在分析行波在配電線路末端反射規(guī)律的基礎(chǔ)上，根據(jù)配電線路不同的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，提出了“電壓一

4、電壓”、“電流一電壓”、“電流一電流”三種雙端行波故障測(cè)距模式。 (3)提出利用配電變壓器傳變行波，解決配電線路行波故障測(cè)距中線路末端信號(hào)不易獲取的難題，并對(duì)配電變壓器的行波傳變性能進(jìn)行了詳細(xì)研究。研究結(jié)果表明，對(duì)于暫態(tài)行波信號(hào)，配電變壓器具有較快的上升時(shí)間和較高的截止頻率，從而證明配電變壓器能夠有效傳變行波波頭信號(hào)，滿足行波故障測(cè)距要求。 (4)對(duì)目前廣泛應(yīng)用的三相配電變壓器的行波傳變特征進(jìn)行了詳細(xì)分析。分析發(fā)現(xiàn)，盡管

5、小電流接地故障后線路的穩(wěn)態(tài)線電壓保持不變，但其故障暫態(tài)過(guò)程產(chǎn)生的電壓行波線模分量可以有效傳變到變壓器低壓側(cè)，且利用低壓側(cè)的三個(gè)相電壓或任意兩個(gè)線電壓就可以有效檢測(cè)到各種類型故障初始行波信號(hào)。 (5)根據(jù)不同配電線路的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)以及線路末端互感器的配置情況，給出了普通配電線路和特殊配電線路兩端行波信號(hào)的獲取方案。對(duì)于配電線路母線端，可以直接利用已有的電壓或電流互感器獲取行波信號(hào)；對(duì)于線路末端，普通配電線路利用配電變壓器獲取行波信號(hào)，

6、特殊配電線路利用已有的互感器獲取所需行波信號(hào)。 (6)提出利用鐵路自閉/貫通線路(重要特殊配電線路)兩端已有線電壓互感器(V-V接線)獲取故障行波信號(hào)，利用“電壓一電壓"行波故障測(cè)距模式實(shí)現(xiàn)故障測(cè)距。詳細(xì)分析了線電壓互感器的行波傳變特征，提出以互感器二次側(cè)的b相為參考相，只利用u<,αb>、u<,Cb>曲兩個(gè)線電壓信號(hào)就可以有效獲取各種故障行波信號(hào)，此研究結(jié)論對(duì)于鐵路自閉/貫通線路行波故障測(cè)距的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)現(xiàn)具有重要意義。

7、 (7)詳細(xì)分析了各種行波測(cè)量互感器的行波傳變特征，為選擇互感器二次側(cè)的合適信號(hào)作為行波測(cè)距測(cè)量信號(hào)提供了理論依據(jù)。分析還發(fā)現(xiàn)，線路發(fā)生不同類型故障時(shí)，行波測(cè)量互感器二次側(cè)檢測(cè)到的故障波形幅值和極性的特征也不相同，且它們的特征具有唯一性，由此提出綜合利用行波測(cè)量互感器二次側(cè)檢測(cè)到的故障波形的幅值和極性特征快速識(shí)別故障類型。 (8)詳細(xì)闡述了超高速數(shù)據(jù)連續(xù)采集、兩端裝置精確時(shí)鐘同步、行波測(cè)距裝置之間的數(shù)據(jù)通信以及分支線路故障點(diǎn)的準(zhǔn)

8、確定位等諸多實(shí)用中所面臨的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題的解決方案。 (9)分析了小電流接地系統(tǒng)線路故障工頻特征，定義相間短路故障的工頻過(guò)電流和單相接地故障的工頻零序電壓為故障工頻特征量，提出以故障工頻特征量作為測(cè)距裝置故障啟動(dòng)校驗(yàn)條件，大大提高了故障測(cè)距系統(tǒng)的可靠性。 (10)提出以故障初始行波波頭起始點(diǎn)作為行波到達(dá)的準(zhǔn)確時(shí)刻，并利用小波變換模極大值原理準(zhǔn)確標(biāo)定出行波波頭到達(dá)時(shí)間，從而減小了行波波頭上升緩慢對(duì)故障測(cè)距精度的影響。

9、 (11)利用電磁暫態(tài)仿真軟件ATP對(duì)小電流接地系統(tǒng)線路故障進(jìn)行了仿真，設(shè)計(jì)了配電線路行波故障測(cè)距試驗(yàn)系統(tǒng)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)并投入試運(yùn)行。通過(guò)仿真和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，驗(yàn)證了本文對(duì)行波暫態(tài)特征分析結(jié)論和所提故障測(cè)距方法的正確性。試驗(yàn)系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行結(jié)果表明，本文提出的故障測(cè)距方法具有很高的定位可靠性，能夠滿足實(shí)用要求，其推廣應(yīng)用可望解決小電流接地系統(tǒng)故障定位困難這一長(zhǎng)期困擾電力系統(tǒng)的難題。 本文的創(chuàng)新點(diǎn)如下： a．研究發(fā)現(xiàn)，盡管小電流接地故

10、障后線路穩(wěn)態(tài)線電壓和負(fù)荷電流保持不變，但其故障暫態(tài)過(guò)程仍然產(chǎn)生行波線模分量，并且它們可以有效傳變到行波測(cè)量互感器二次側(cè)。 b．提出基于時(shí)間中點(diǎn)的雙端行波測(cè)距新方法實(shí)現(xiàn)配電線路故障準(zhǔn)確定位，解決了架空線、電纜混合線路波速度不連續(xù)的問(wèn)題。 c．詳細(xì)研究了配電變壓器的行波傳變性能以及三相配電變壓器的行波傳變特征，提出利用配電變壓器傳變行波，解決配電線路行波故障測(cè)距中線路末端信號(hào)不易獲取的難題。 d．提出利用線路