行波技術(shù)在配電線路接地故障檢測(cè)中的應(yīng)用

黨鍇釗

（河南石油勘探局水電廠，河南 南陽(yáng)，473132）

1 引言

在架空線路短路事故中，單相接地事故占65%，兩相接地事故占20%，兩相短路接地事故占10%，三相短路事故占5%。其中，兩相短路接地事故大都是由單相接地事故發(fā)展而來(lái)。配電線路（小電流接地系統(tǒng)）發(fā)生單相接地時(shí)，由于單相短路電流很小，系統(tǒng)線電壓三角形不變，對(duì)電氣設(shè)備不構(gòu)成危害，因此規(guī)程規(guī)定：線路發(fā)生單相接地后，可以繼續(xù)運(yùn)行2h。但單相接地故障如不能及時(shí)消除，將會(huì)引起故障相電壓降低，非故障相電壓升高，長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行易使故障擴(kuò)大形成兩點(diǎn)或多點(diǎn)接地短路。另外，弧光接地還會(huì)引起系統(tǒng)過(guò)電壓，進(jìn)而發(fā)生絕緣擊穿損壞設(shè)備，導(dǎo)致事故進(jìn)一步擴(kuò)大［1］。因此，當(dāng)配電線路發(fā)生單相接地時(shí)，快速選出接地線路準(zhǔn)確定位故障點(diǎn)，并采取相應(yīng)技術(shù)措施及時(shí)消除故障，對(duì)配電網(wǎng)的安全可靠運(yùn)行尤為重要。

2 行波接地故障選線原理

有N回出線的配電網(wǎng)絡(luò)，假定分支線路均為單線線路。當(dāng)?shù)贜回出線發(fā)生接地時(shí)，在故障附加電源作用下產(chǎn)生暫態(tài)行波，行波由接地點(diǎn)開(kāi)始向線路兩側(cè)傳播。其中，到達(dá)母線的行波，在母線處發(fā)生折反射，接地線路的反射波和入射波在該分支線路上疊加，形成接地線路的初始行波；來(lái)自于接地點(diǎn)的初始行波經(jīng)折射進(jìn)入非接地線路，形成非接地線路的初始行波。配電網(wǎng)行波網(wǎng)絡(luò)傳播如圖1所示。

圖1 配電網(wǎng)行波網(wǎng)絡(luò)傳播示意圖

利用初始行波在各回進(jìn)出線上所呈現(xiàn)的幅值和極性差異來(lái)確定接地線路，如果某條線路的初始電流行波的幅值大于其它線路的初始電流行波的幅值，而且極性和其它線路相反，則該線路為接地線路。

3 行波接地故障測(cè)距原理

三相配電線路中發(fā)生單相接地故障時(shí)，故障點(diǎn)將產(chǎn)生在配電線路中傳播的故障行波。三相行波間為互耦關(guān)系，不存在單相行波的波速，為將行波法引入到三相系統(tǒng)中，必須利用相模變換矩陣將三相信號(hào)轉(zhuǎn)換成模式分量。對(duì)于三相電壓、電流信號(hào),采用式（1）進(jìn)行相模變換，即:

式（1）中，Um、Im分別為模電壓、模電流；u和i分別為三相電壓、三相電流信號(hào)；［S］、［Q］分別為電壓和電流的變換矩陣。為簡(jiǎn)便分析，可采用相同電壓模變換矩陣和電流模變換矩陣,即［S］＝［Q］，于是三相配電線路中的行波可用3個(gè)獨(dú)立模分量表示，即：

對(duì)三相電壓和電流進(jìn)行相模變換，得到各模獨(dú)立的模分量電壓和電流，即：

經(jīng)過(guò)相模變換后,各模量間是相互獨(dú)立的。由相模變換理論可知，行波的傳播網(wǎng)絡(luò)可分為線模網(wǎng)絡(luò)和零模網(wǎng)絡(luò)，零模分量以大地為回路，其幅值只有在故障處存在對(duì)地放電通道時(shí)才比較大；線模分量以導(dǎo)線為回路，且線模分量有2個(gè)（iα、iβ），二者的模波速相同(但與零模分量不同),所以只需采用其中一個(gè)即可用于測(cè)距；零模網(wǎng)絡(luò)中的波速度小于線模網(wǎng)絡(luò)中的波速度，基于故障點(diǎn)產(chǎn)生的不同模量初始行波到達(dá)測(cè)量點(diǎn)的時(shí)間差，可測(cè)定單相接地故障點(diǎn)距離。

4 行波技術(shù)的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用實(shí)例

4.1 在故障選線中的應(yīng)用

為了驗(yàn)證行波法在配電網(wǎng)線路接地故障選型及測(cè)距中應(yīng)用的可行性，在某油田變電站中進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)實(shí)例試驗(yàn)。在6kV配電線路下一線距離變電站出口2km處，設(shè)置B相經(jīng)100Ω電阻接地故障?，F(xiàn)場(chǎng)測(cè)得的母線電壓波形、故障線路電流波形及故障線路行波波形如圖2所示。

圖2 B相經(jīng)100Ω電阻接地故障

變電站各條線路的零序電流經(jīng)小波變換并消噪后，小波變換的初始模極大值及所處的位置如表1所示。

表1 分支線路電流行波零模分量初始行波位置及模極大值

從表1可以看出，各條線路中下一線的初始行波位置為43us，模極大值的絕對(duì)值最大為871，且與其他線路的模極大值的極性相反，由此判斷出下一線為故障線路。

4.2 在故障測(cè)距中的應(yīng)用

在6kV配電線路東干線距離變電站出口2.73km處發(fā)生單相金屬性接地，在故障瞬時(shí)，錄波器故障啟動(dòng)，并開(kāi)始上傳錄波數(shù)據(jù)?，F(xiàn)場(chǎng)錄波裝置錄到的母線電壓、故障線路（東干線）電流、一條非故障線路（西干線）的電流變化及東干線單相接地時(shí)的測(cè)距結(jié)果，分別如圖3和圖4所示。

圖3 東干線單相接地時(shí)電壓、電流波形

圖4 東干線單相接地時(shí)的測(cè)距結(jié)果

從圖3和圖4可知，經(jīng)后臺(tái)軟件分析自動(dòng)選出故障線路（東干線）、檢測(cè)出故障類型（A相接地）及單相短路故障點(diǎn)距變電站母線的距離為2.801km，測(cè)距誤差為71m。

同理，通過(guò)對(duì)不同線路、不同故障距離、不同故障類型及不同接地電阻進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，采用行波技術(shù)實(shí)現(xiàn)了配電網(wǎng)線路單相接地故障的可靠選線和準(zhǔn)確測(cè)距，選線結(jié)果正確可靠，故障類型判斷準(zhǔn)確，并能精確檢測(cè)到故障發(fā)生距離，詳見(jiàn)表2所示。

表2 單相接地選線及測(cè)距結(jié)果

線路A、B、C三相分別做1次接地故障選線和測(cè)距，以檢測(cè)不同相故障檢測(cè)結(jié)果的分散度。從下一線和東干線選線及測(cè)距結(jié)果表明：?jiǎn)蜗嘟拥剡x線準(zhǔn)確率達(dá)到100%，測(cè)距誤差均能控制在150m以內(nèi)，誤差率能夠有效控制在5%以內(nèi)，選線及測(cè)距結(jié)果能夠滿足配電網(wǎng)線路接地故障檢測(cè)需求。

5 結(jié)束語(yǔ)

基于行波法的配電線路故障選線及測(cè)距技術(shù)的故障行波，具有不受CT飽和影響、不反映系統(tǒng)振蕩、與過(guò)渡電阻無(wú)關(guān)、不受線路分布電容影響等優(yōu)點(diǎn)，且能在復(fù)雜的、使用傳統(tǒng)方法難以檢測(cè)故障的情況下判斷出故障的發(fā)生，給出故障的性質(zhì)和位置，具有簡(jiǎn)單可靠、測(cè)量精確等優(yōu)點(diǎn)，有較高的工程實(shí)用價(jià)值。

［1］馬士聰，高厚磊，徐丙垠，等.配電網(wǎng)故障定位技術(shù)綜述［J］.電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2009，37（11）：119－124.

［2］謝成明.輸電線路故障測(cè)距的研究現(xiàn)狀與進(jìn)展［J］.電工技術(shù)，2007（12）：30－31.

［3］李 暢，趙 晶，陳 嶺.一種基于行波法的新型線路故障定位裝置的研制［J］.廣東電力，2006（5）：42－45.

［4］于盛楠，楊以涵，鮑 海.基于C型行波法的配電網(wǎng)故障定位的實(shí)用研究［J］.電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2007，35（10）：1－4.

［5］王振浩，周文姝，李國(guó)慶.基于暫態(tài)行波的配電網(wǎng)故障仿真分析［J］.電氣自動(dòng)化，2011，33（1）：69－72.