基于C型行波法的配電網(wǎng)單相接地故障測(cè)距研究

董洪穩(wěn) 史文韜

摘要：針對(duì)配電網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)日益復(fù)雜多樣化、巡線工作變得繁重、線路故障難以定位的問題，本文基于C型行波法測(cè)距，設(shè)計(jì)了PSCAD-MATLAB模型、編寫M文件模塊。在線路始端注入高壓單窄脈沖并檢測(cè)從線路返回的波形，對(duì)所得波形進(jìn)行小波分析。仿真結(jié)果證明該方法提高了線路故障測(cè)距的準(zhǔn)確性，減少了巡線的工作量。

關(guān)鍵詞：行波；故障測(cè)距；小波分析；配電網(wǎng)

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

隨著配電網(wǎng)的高速發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)開始變得復(fù)雜。故障測(cè)距結(jié)果是查找故障點(diǎn)位置的重要參考依據(jù)，國內(nèi)外采用的接地故障測(cè)距方法歸納起來有：阻抗法、S注入法、智能法、區(qū)段查找法和行波法等幾種[1]，但在不同的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)中體現(xiàn)出各自不同的優(yōu)缺點(diǎn)，因此研究高性能測(cè)距的故障測(cè)距方法及設(shè)備是必然趨勢(shì)。

2 PSCAD-MATLAB 接口技術(shù)及模塊

行波法故障測(cè)距在配電網(wǎng)接地系統(tǒng)中應(yīng)用最為廣泛，目前大致可分為 A、B、C三種類型[2-3]。C型測(cè)距法更適合結(jié)構(gòu)復(fù)雜，多分支線的配電系統(tǒng)。

2.1 PSCAD-MATLAB接口技術(shù)原理

接口的功能是協(xié)調(diào)MATLAB與PSCAD的協(xié)同運(yùn)行以及完成它們之間數(shù)據(jù)、控制信息的交換。將PSCAD中的m個(gè)數(shù)據(jù)通過外部接口傳送到 MATLAB，將處理得到的n個(gè)運(yùn)算結(jié)果傳送到PSCAD中，PSCAD再次調(diào)用 MATLAB[4]。如此反復(fù)，就可根據(jù) PSCAD 中的電力系統(tǒng)模型和 MATLAB 中的控制條件、分析算法得到不同工況的系統(tǒng)數(shù)據(jù)及分析結(jié)果。PSCAD/EMTDC內(nèi)Fortran文件DSDYN調(diào)用外部 Fortran 子程序，該 Fortran 子程序可以啟動(dòng)MATLAB數(shù)據(jù)引擎。同時(shí)，含有MATLAB 命令的 M文件也將傳送到MATLAB 數(shù)據(jù)引擎中，用戶可根據(jù)需要編寫 M文件，實(shí)現(xiàn)所需的仿真。

2.2測(cè)距系統(tǒng)功能模塊

2.2.1 高壓單窄脈沖注入模塊

高壓單窄脈沖注入模塊的功能是產(chǎn)生并發(fā)送一定幅值的不同周期和脈寬的脈沖信號(hào)。通過對(duì)220V交流信號(hào)進(jìn)行整流、濾波、升壓后送入故障線路。通過控制IGBT的觸發(fā)時(shí)間可以發(fā)送不同周期和脈寬的脈沖信號(hào)，高壓通過升壓得到，仿真中脈沖幅值約為2kV，脈寬約為 。

2.2.2 PSCAD-MATLAB接口模塊[5]

本仿真系統(tǒng)中共用到了兩個(gè)接口模塊，一個(gè)是數(shù)據(jù)采集模塊，它的功能是以 為仿真步長，調(diào)用已編程的“數(shù)據(jù)采集”M文件，將高壓單脈沖發(fā)生模塊發(fā)出的脈沖及各個(gè)節(jié)點(diǎn)折、反射回的波形以數(shù)據(jù)的形式寫入txt文件，另一個(gè)是波形小波變換模塊，功能為調(diào)用“小波變換”M文件，讀取txt文件對(duì)所記錄的波形進(jìn)行小波分析，經(jīng)db1小波六層分解，對(duì)第一層高頻部分重構(gòu)圖形分析，觀察局部極值點(diǎn)，確定脈沖發(fā)出時(shí)間和在故障點(diǎn)返回的波形時(shí)間，為測(cè)距做準(zhǔn)備。

3配電網(wǎng)35kV模型的仿真分析

3.1 行波測(cè)距仿真步驟

下面列出測(cè)距的流程圖，如圖3-1所示：

圖3-1 測(cè)距仿真流程圖

Fig.3-1 Ranging simulation flow chart

3.2 仿真算例分析

在已經(jīng)選線的前提下，設(shè)在A相分支一2.66km處發(fā)生單相接地故障如圖3-2所示，接地電阻設(shè)置為200 。

圖3-2 單相接地例圖

Fig.3-2 Single-phase grounding case diagram

第一步進(jìn)行故障距離測(cè)量，注入脈沖后將發(fā)生單相接地故障產(chǎn)生的波形（圖3-3）與線路正常時(shí)產(chǎn)生的波形（圖3-4）比較，以便確定接地故障點(diǎn)返回行波脈沖的位置。

圖3-3 正常時(shí)注入脈沖產(chǎn)生的波形

Fig.3-3 Normal pulse waveform

圖3-4 故障時(shí)注入脈沖產(chǎn)生的波形

Fig.3-4 Fault pulse waveform

通過兩個(gè)波形的比較，可以確定在故障波形中的第三個(gè)脈沖尖峰為故障點(diǎn)返回的行波脈沖。然后對(duì)故障波形進(jìn)行小波變換，利用db1小波6層分解，再對(duì)一層高頻重構(gòu)后的波形進(jìn)行分析（圖3-5）準(zhǔn)確的反映出故障波形突變部分。

圖3-5 一層高頻重構(gòu)圖形

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

對(duì)初始注入的脈沖和故障點(diǎn)處返回的行波脈沖在一層高頻重構(gòu)圖形中所對(duì)應(yīng)位置進(jìn)行局部放大，確定初始注入脈沖行波時(shí)刻 點(diǎn)為1267，接地故障點(diǎn)返回時(shí)刻 為35，由于仿真步長為0.1 可以算出 與 的時(shí)間差。根據(jù)公式 可以計(jì)算出行波在架空線路傳播的速度約為 。由測(cè)距公式： 可以計(jì)算出故障距離為18.0734km，與實(shí)際距離18.08km非常接近，絕對(duì)誤差為7.6m，相對(duì)誤差為0.042%，根據(jù)以上步驟，對(duì)各相不同分支進(jìn)行了測(cè)距仿真。

參考文獻(xiàn)：

[1]季濤，孫同景，薛永端，徐丙垠，陳平.配電網(wǎng)故障定位技術(shù)現(xiàn)狀與展望.繼電器[J]，2005，33（24）：32-37.

[2]許漢平，魏威等.RTDS行波線路模型用于輸電線路故障測(cè)距的研究.電網(wǎng)技術(shù)[J]，2001，25（10）：47-50.

[3]賈惠彬，趙海鋒等.基于多端行波的配電網(wǎng)單相接地故障定位方法.電力系統(tǒng)自動(dòng)化[J]，2012，36（2）：96-99.

[4]楊健維，麥瑞坤，何正友.PSCAD/EMTDC與MATLAB接口研究.電力自動(dòng)化設(shè)備[J]，2007，27（11）：83-86.

[5]鐘波，趙華軍.PSCAD/EMTDC程序與MATLAB語言接口的研究.廣東電力[J]，2005，18（8）：28-30.

作者簡介：

董洪穩(wěn)（1986-），男，漢族，工學(xué)學(xué)士，電氣工程師，天津市人。主要從事工業(yè)電氣設(shè)計(jì)。