配電網(wǎng)電纜線路行波故障定位的點(diǎn)散式測(cè)量分析

楊 維（國(guó)網(wǎng)湖南省電力公司益陽(yáng)供電分公司，湖南益陽(yáng)413000）

配電網(wǎng)電纜線路行波故障定位的點(diǎn)散式測(cè)量分析

楊 維（國(guó)網(wǎng)湖南省電力公司益陽(yáng)供電分公司，湖南益陽(yáng)413000）

由于當(dāng)前我國(guó)配電網(wǎng)建設(shè)規(guī)模較大，其運(yùn)行更加復(fù)雜，因此故障頻出，若不及時(shí)處理，會(huì)造成較大的經(jīng)濟(jì)損失。為此，需要采用適宜的方法實(shí)現(xiàn)對(duì)故障的準(zhǔn)確度定位。本文以配電網(wǎng)電纜線路行波故障為例，依據(jù)不同配電線路的特性和結(jié)構(gòu)采用不同的雙端行波故障過(guò)渡電阻、配電網(wǎng)混合線路，對(duì)故障興波信號(hào)獲取等一系列問(wèn)題進(jìn)行了分析，供相關(guān)人士參考。

配電網(wǎng)電纜線路；行波故障定位；點(diǎn)散式測(cè)量

1 引言

因?yàn)殡娎|線路的占地面積較小，且出現(xiàn)故障的可能性較低，所以被廣泛運(yùn)用于城市建設(shè)中。但是因?yàn)槌鞘薪ㄔO(shè)中配電網(wǎng)的接線比較復(fù)雜，且分支較多，所以配電網(wǎng)線路發(fā)展故障時(shí)發(fā)出的信號(hào)不容易被捕捉到。當(dāng)前對(duì)于配電網(wǎng)電纜故障點(diǎn)的查找一般是采用離線測(cè)距法。此方法的使用能夠取得較好的效果，但是定位操作的實(shí)施比較繁雜，且會(huì)受到周圍環(huán)境的影響，線路停電時(shí)間較長(zhǎng)，會(huì)在不同程度上造成電纜線使用壽命的縮短。為此，需要提高配電網(wǎng)電纜線路故障定位的精確度。近年來(lái)檢測(cè)技術(shù)不斷發(fā)展，而使用雙端行波原理對(duì)配電網(wǎng)電纜線線路故障進(jìn)行三點(diǎn)式測(cè)量適用性較高。

2 配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)和故障信息獲取

中低壓配電網(wǎng)采用環(huán)式結(jié)構(gòu)，大多采取開(kāi)環(huán)運(yùn)行狀態(tài)，如圖1所示。環(huán)網(wǎng)柜連接主干線路并且引出分支線路，發(fā)生故障時(shí)可以隔離故障區(qū)段，分支電纜時(shí)由電纜分接箱引出。隨著饋線自動(dòng)化水平不斷提高，環(huán)網(wǎng)柜、電纜分接箱的跟蹤監(jiān)測(cè)成為了未來(lái)的主要發(fā)展趨勢(shì)。在其中安裝溫度、濕度、電流等傳感元件，通過(guò)無(wú)線通信方式上傳遞信息，日常監(jiān)測(cè)線路運(yùn)行狀態(tài)，在發(fā)生故障時(shí)需要及時(shí)向上級(jí)反饋故障信息，這樣就能夠及時(shí)了解故障的詳細(xì)信息，從而能夠制定有效的解決措施。羅氏線圈是一種理想的信號(hào)測(cè)量元件，當(dāng)其和GPS、高速采樣模塊結(jié)合之后，可以通過(guò)無(wú)線通信模塊就可以提供每一個(gè)安裝節(jié)點(diǎn)的同步故障行波信號(hào)。

圖1 典型10kV電纜環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)圖

3 各測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)準(zhǔn)備以及編號(hào)原則

3.1 測(cè)點(diǎn)排序依據(jù)

如圖2的配電網(wǎng)電纜網(wǎng)絡(luò)中，故障點(diǎn)發(fā)出的行波信號(hào)能夠借助電力系統(tǒng)向外傳播，在通過(guò)若干的折返之后會(huì)到達(dá)各個(gè)分支點(diǎn)以及測(cè)量點(diǎn)。因?yàn)殡娎|線有依頻效應(yīng)，折返之后的信號(hào)會(huì)出現(xiàn)不同程度的削弱，在眾多波阻出現(xiàn)之后的反抗也會(huì)使得行波信號(hào)更加微弱。故障點(diǎn)和測(cè)量點(diǎn)之間的距離不斷增加之后，行波信號(hào)也會(huì)增長(zhǎng)，若測(cè)點(diǎn)距離故障點(diǎn)和測(cè)量點(diǎn)之間的距離不斷增加，行波信號(hào)就會(huì)變強(qiáng)。若測(cè)點(diǎn)距離故障點(diǎn)之間間隔距離較小，故障波形中就會(huì)出現(xiàn)頻率較高的暫態(tài)分量，且間隔距離會(huì)擴(kuò)大。所以，在進(jìn)行測(cè)點(diǎn)排序時(shí)會(huì)利用此原理進(jìn)行合理排序。

圖2 多分支配電網(wǎng)電纜網(wǎng)絡(luò)

3.2 暫態(tài)含量系數(shù)

在出現(xiàn)故障之后的一個(gè)周期，故障暫態(tài)信號(hào)逐漸衰減，在故障的后半段就會(huì)表現(xiàn)得十分強(qiáng)烈。所以，在故障后半段進(jìn)行信號(hào)采樣?？山柚鶫ilbert譜對(duì)IMF分量進(jìn)行表述，將一些暫態(tài)故障波形表示出來(lái)。一方面，瞬時(shí)頻率系數(shù)，測(cè)量信號(hào)的暫態(tài)分量在故障之后出現(xiàn)變化較大時(shí)，就會(huì)對(duì)頻率的敏感程度較高。所以，可以對(duì)瞬時(shí)頻率系數(shù)進(jìn)行瞬時(shí)概念的定義和表征，充分反饋故障殘留信號(hào)。另外一方面，瞬時(shí)幅值系數(shù)，在發(fā)生故障時(shí)暫態(tài)信號(hào)變化能夠明顯感知，幅值會(huì)隨著暫態(tài)信號(hào)不斷變化，若信號(hào)減弱，幅值也會(huì)減少。所以，可以直接計(jì)算出瞬時(shí)幅值，進(jìn)而得出瞬時(shí)幅值系數(shù)，所以，可以利用HT中的瞬時(shí)幅值概念構(gòu)建瞬時(shí)幅值系數(shù)。

3.3 排序過(guò)程和測(cè)點(diǎn)編號(hào)序列

需要統(tǒng)一編號(hào)全網(wǎng)測(cè)點(diǎn)，刪除殘缺的少數(shù)信號(hào)數(shù)據(jù)。可以借助相關(guān)公式對(duì)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行編號(hào)，再進(jìn)行排序。因?yàn)轳詈犀F(xiàn)象出現(xiàn)在三相電路之間，可以使用凱倫貝爾矩陣將信號(hào)解耦支模空間。利用線模量對(duì)領(lǐng)模量以及頻變效應(yīng)進(jìn)行耦合，并測(cè)量出信號(hào)。對(duì)于單相故障的判斷，可以借助行波特征比較顯著的線模量進(jìn)行分析比較，從而獲得進(jìn)一步的行波信息。先按照瞬時(shí)頻率系數(shù)絕對(duì)值，進(jìn)行編號(hào)。在排序時(shí)，需要先計(jì)算出每一個(gè)測(cè)點(diǎn)的瞬時(shí)頻率系數(shù)，以減少計(jì)算工作量。若利用兩個(gè)參數(shù)確定測(cè)定點(diǎn)的順序，則經(jīng)瞬時(shí)幅值系數(shù)進(jìn)行排序，再完成編號(hào)和排序的工作，最終形成最后的故障測(cè)點(diǎn)。

4 故障分支與定位區(qū)段

將Ra中和各端測(cè)定點(diǎn)無(wú)關(guān)的數(shù)據(jù)信息刪除，再對(duì)端點(diǎn)Rt序列進(jìn)行編號(hào)。監(jiān)測(cè)的故障區(qū)域選出Rt之前的3個(gè)測(cè)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)，并且將采集到的波形作為瞬時(shí)頻率突變點(diǎn)，將其作為波頭到達(dá)時(shí)刻。再帶入數(shù)據(jù)并通過(guò)三端測(cè)距公式進(jìn)行計(jì)算，明確故障點(diǎn)的位置：

如果獲得的測(cè)距結(jié)果顯示為同一個(gè)支點(diǎn)，那么就說(shuō)明該支點(diǎn)或者是支點(diǎn)附近有意外情況出現(xiàn)。了解分支點(diǎn)之外的其他情況可以輔助工作人員確定距離O2的1000m處的故障點(diǎn)f1的情況，下面對(duì)該工作進(jìn)行具體說(shuō)明。

4.1 測(cè)距結(jié)果中僅有一個(gè)定位于分支點(diǎn)

如圖3（a），若端點(diǎn)測(cè)點(diǎn)選擇的結(jié)果分別為C、D、E，那么其波頭到達(dá)的時(shí)間點(diǎn)分別為 T1、T2、T3、L1o、L2o、L3o依次為3點(diǎn)到O3點(diǎn)電纜長(zhǎng)度，V21、V31、V32依次為3次計(jì)算所使用的實(shí)時(shí)計(jì)算波速。計(jì)算得出的故障點(diǎn)和三端長(zhǎng)度之間的距離依次為X1f、X2f、X3f。這時(shí)，也就是結(jié)果和分支點(diǎn)幾乎重合，μ是預(yù)置的正數(shù)闕值一般都是分支點(diǎn)所處區(qū)段長(zhǎng)度的5～10%。X1f和X3f為比較正確的測(cè)距結(jié)果；X2f指示故障點(diǎn)處于分支點(diǎn)位置，如出現(xiàn)此種情況，可將其認(rèn)定為無(wú)效測(cè)距。由此可以看出故障發(fā)生在O3～O2之間。

4.2 3個(gè)測(cè)距結(jié)果都定位于分支點(diǎn)

如圖3（b），如果端點(diǎn)測(cè)點(diǎn)選擇結(jié)果分別為D、E、F，其波頭到達(dá)時(shí)間點(diǎn)可以分別記為 T1、T2、T3，L1o、L2o、L3o分別為3點(diǎn)到O3點(diǎn)電纜長(zhǎng)度。如果3個(gè)測(cè)距結(jié)果指向不同的分支點(diǎn)，那么這時(shí)選擇的3個(gè)測(cè)點(diǎn)肯定會(huì)位于故障點(diǎn)的一邊，這就意味著測(cè)距結(jié)果是無(wú)效的。從Rt序列中選出第4個(gè)測(cè)點(diǎn)C的測(cè)量信息，更替D點(diǎn)，再選出故障區(qū)域，這時(shí)其計(jì)算結(jié)果和前面的情況一致，這時(shí)可以將故障判斷位于O3～O2之間。如果3個(gè)測(cè)距結(jié)果都指向同一個(gè)分支，那么需要根據(jù)其他分支點(diǎn)的測(cè)控溫度判斷箱內(nèi)接頭是否出現(xiàn)故障。如果為非接頭故障，那么同樣要替換測(cè)點(diǎn)。

圖3 分支定位情況

對(duì)于第二種情況，需要選擇Rt序列中的測(cè)點(diǎn)，替換三端，再按照上述流程進(jìn)行，最后可以獲得符合第一種情況的結(jié)果，確定故障的大概位置。分支區(qū)段判斷步驟如圖4所示。

5 故障測(cè)距

由于電路的長(zhǎng)度有所不同，且會(huì)因?yàn)椴ㄐ未嬖诨兊目赡苄?，所以在使用雙端測(cè)距原理時(shí)，其精度會(huì)因?yàn)楣收宵c(diǎn)導(dǎo)致測(cè)量位置的變化。當(dāng)故障點(diǎn)和測(cè)量端重點(diǎn)距離較小時(shí)，測(cè)量數(shù)據(jù)就會(huì)更加準(zhǔn)確。所以，在獲得故障點(diǎn)的相關(guān)信息之后，需要依據(jù)故障點(diǎn)的具體位置，根據(jù)故障點(diǎn)附近且受到波形畸變較小的3個(gè)測(cè)量點(diǎn)計(jì)算出波速并進(jìn)行測(cè)距。需要注意的是，在選擇測(cè)點(diǎn)時(shí)，需要盡量選擇和兩個(gè)測(cè)點(diǎn)中間位置相近的點(diǎn)。

圖4 故障分支、區(qū)段定位流程圖

6 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，需要使用雙端行波測(cè)距原理對(duì)配電網(wǎng)的復(fù)雜結(jié)構(gòu)進(jìn)行簡(jiǎn)化，而點(diǎn)散式的測(cè)量可以削弱信號(hào)編號(hào)對(duì)于精確度的影響，使得測(cè)量結(jié)果不能達(dá)到質(zhì)量要求。點(diǎn)散式測(cè)量方法的應(yīng)用可以準(zhǔn)確定位故障點(diǎn)，由此可見(jiàn)，點(diǎn)散式測(cè)量方法的應(yīng)用價(jià)值。

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TM762.2

A

2095-2066（2016）05-0034-02

2016-1-20

楊 維（1982-），男，工程師，本科，主要從事配電線路運(yùn)行、檢修實(shí)驗(yàn)等方面的工作。