配電線路暫態(tài)行波和接地選線的思考

張程杰

（國(guó)網(wǎng)山東省電力公司蘭陵縣供電公司,山東臨沂，277700）

配電線路暫態(tài)行波和接地選線的思考

張程杰

（國(guó)網(wǎng)山東省電力公司蘭陵縣供電公司,山東臨沂，277700）

本文對(duì)配電線路進(jìn)行了暫態(tài)行波和接地選線的分析，希望可以為相關(guān)人員進(jìn)行配電線路暫態(tài)行波和接地選線的研究提供參考。

配電線路；暫態(tài)行波；接地選線

0 引言

目前，國(guó)內(nèi)外的研究學(xué)者都將接地選線的研究方向放在了暫態(tài)行波上。基于此，本文先是分析了暫態(tài)行波以及暫態(tài)行波中的小波變換，然后闡述了配電線路使用暫態(tài)行波進(jìn)行接地選線的依據(jù)，最后構(gòu)建了線路模型，分析結(jié)果顯示，將暫態(tài)行波理論用于配電線路的接地選線，可以得到準(zhǔn)確的結(jié)果。

配電線路出現(xiàn)單相接地故障時(shí)，接地電流的數(shù)值非常小，這對(duì)檢測(cè)信號(hào)以及接地線路的判斷造成了阻礙，而且，配電線路的參數(shù)與結(jié)構(gòu)沒(méi)有一一對(duì)應(yīng)，這就使得電力系統(tǒng)在正常運(yùn)行時(shí)，會(huì)出現(xiàn)不平衡的零序電流，這種電流會(huì)將接地電流掩蓋，導(dǎo)致接地電流的特征不能被捕捉，這在很大程度上阻礙了故障相關(guān)信息的提取。這兩方面的阻礙致使配電線路的單相接地選線問(wèn)題得不到很好的解決，而暫態(tài)行波理論為接地選線提供了新的方向。

1 配電線路暫態(tài)行波的分析

1.1 暫態(tài)行波的分析

在單母線N回出線的配電線路中，中性點(diǎn)是一種非有效接地方式，可以通過(guò)開(kāi)關(guān)將中性點(diǎn)設(shè)置為通過(guò)消弧線圈接地、通過(guò)電阻接地以及不接地等多種不同的接地方式。如果配電線路中出現(xiàn)單相接地故障的時(shí)候，配電線路會(huì)受到故障附加電源的影響，從而產(chǎn)生暫態(tài)行波。其中，暫態(tài)行波會(huì)從接地點(diǎn)往接地線路的兩邊進(jìn)行傳播，如果暫態(tài)行波到達(dá)了母線，就會(huì)出現(xiàn)折反射現(xiàn)象，接地線路上的入射波以及反射波會(huì)在這條線路上疊加在一起，這就是接地線路的初始行波；初始行波可以通過(guò)折射進(jìn)入到非接地線路，這種行波被稱作非接地線路的初始行波。通過(guò)某種變換，可以將暫態(tài)行波分解成線模分量以及零模分量。其中，線模分量又可以分為α模分量以及β模分量。

通常情況下，配電線路的母線都會(huì)接入很多的出線回路，通過(guò)公式計(jì)算可知，如果某一條出線上的中性點(diǎn)出現(xiàn)了單相接地故障，非接地線路上的波阻抗會(huì)遠(yuǎn)大于母線上的等效波阻抗，因此，接地線路上的暫態(tài)初始行波幅值會(huì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)非接地線路，而且，暫態(tài)行波的極性與非接地線路的不一致，每一條非接地線路上的初始行波幅值大小幾乎相同，極性也一致。這就說(shuō)明：暫態(tài)初始行波和中性點(diǎn)的接地方式?jīng)]有關(guān)系。

1.2 暫態(tài)行波的小波分析

因?yàn)榻拥毓收铣霈F(xiàn)時(shí)的暫態(tài)行波屬于一種瞬時(shí)值，并不能進(jìn)行有效的接地選線，而信號(hào)小波變化可以去除噪音，進(jìn)行信號(hào)奇異性的檢測(cè)，還可以研究分析迅速變化的信號(hào)。所以，小波變化可以找到暫態(tài)行波的奇異點(diǎn)，同時(shí)，小波的模極大值點(diǎn)與暫態(tài)行波的波頭之間存在對(duì)應(yīng)的關(guān)系。本文選用小波變換以及小波的模極大值來(lái)表示暫態(tài)行波的故障特征，以此來(lái)提取有價(jià)值的接地暫態(tài)行波消息，從而為接地選線提供有效的依據(jù)[1]。

為了明確小波變換的作用機(jī)理，本文構(gòu)建了一種線路模型，其中，線路模型中一共有四回線路，這四回線路的中性點(diǎn)采取了不同的接地方式，將第四回線路上和母線距離21千米的位置設(shè)定為C相單相接地；然后使用ATP-EMTP軟件對(duì)該模型進(jìn)行了分析，主要使用不同尺度的小波變換進(jìn)行了暫態(tài)行波中的模分量以及零模分量的分析，通過(guò)分析的結(jié)果了解接地線路的暫態(tài)行波模量特點(diǎn)以及非接地線路的暫態(tài)行波模量特點(diǎn)，并將兩者進(jìn)行對(duì)比，以此來(lái)明確所有回線路的故障特點(diǎn)。軟件分析的結(jié)果顯示：小波變換以及小波的模極大值可以將暫態(tài)行波的到達(dá)時(shí)間、幅值以及極性等特點(diǎn)進(jìn)行準(zhǔn)確地描述，同時(shí)，小波變換可以有效提取故障的相關(guān)信息。

另外，通過(guò)軟件的分析結(jié)果可以總結(jié)出暫態(tài)行波模量的特點(diǎn)，具體包括以下幾方面的內(nèi)容：第一，暫態(tài)行波的線模分量以及零模分量中的第一個(gè)模極大值點(diǎn)，就是暫態(tài)初始行波的波頭，它能夠展現(xiàn)出暫態(tài)行波從接地點(diǎn)到母線之間的傳播時(shí)間、暫態(tài)行波的幅值以及暫態(tài)行波的極性等特征，而且，第一個(gè)模極大值點(diǎn)的特征非常清晰，也很容易提取；第二，配電線路的中性點(diǎn)接地方式不會(huì)對(duì)暫態(tài)初始行波造成影響；第三，接地線路暫態(tài)初始行波的β模分量的模極大值要比非接地線路的大，而且，這兩者的極性不相同，零模分量也是如此；第四，非接地線路的所有暫態(tài)初始行波中的β模分量極性是一致的，而且模極大值的幅值也比較接近，零模分量也是如此；第五，當(dāng)配電線路在同一個(gè)位置的同一個(gè)時(shí)間出現(xiàn)了單相接地故障，暫態(tài)初始行波中的β模分量會(huì)先被檢測(cè)出來(lái)，然后才會(huì)檢測(cè)出暫態(tài)初始行波中的零模分量；第六，當(dāng)母線出現(xiàn)單相接地故障的時(shí)候，所有出線的暫態(tài)初始行波線模分量以及零模分量的極性是一致的，而且，模極大值的幅值也非常接近。

2 配電線路接地選線的依據(jù)

從上述分析可知，接地線路以及非接地線路的暫態(tài)初始行波均具有非常顯著的特性差異，因此，在進(jìn)行接地選線時(shí)，可以依據(jù)以下思想：首先通過(guò)小波變換的模極大值將暫態(tài)初始行波在所有回線上的幅值以及極性展示出來(lái)，然后根據(jù)模極大值之間的差異找出接地線路。

2.1 單相線路的接地選線依據(jù)

不同頻段的暫態(tài)行波信息可以通過(guò)不同尺度下的小波變換來(lái)表示，可以將不同尺度作為接地選線的依據(jù)，不同尺度可以得到不同的選線結(jié)果，但是，由于21尺度下的小波變換存在比較多的數(shù)據(jù)誤差，結(jié)果的可信度以及可靠性非常低。所以，使用22、23以及24尺度下的小波變換作為接地選線的依據(jù)，對(duì)于三個(gè)選線結(jié)果，使用最簡(jiǎn)單的三選二的方法來(lái)找到最終的接地線路[2]。

2.2 三相線路的接地選線依據(jù)

目前，我國(guó)電力系統(tǒng)都是三相線路，各相的暫態(tài)行波在線路中是相互耦合的，所以不能使用單相線路的接地選線方法。需要先將三相線路進(jìn)行相模變換，這樣所有模量就可以相互獨(dú)立，然后就可以使用單相線路的接地選線依據(jù)來(lái)選線。三相線路的接地選線依據(jù)如下。

第一，如果電力系統(tǒng)中安裝了零序CT，就可以通過(guò)零模分量來(lái)進(jìn)行接地線路的選擇；第二，如果電力系統(tǒng)中的電流互感器沒(méi)有B相，就可以創(chuàng)造一個(gè)新的暫態(tài)行波模量——模量，然后通過(guò)模量來(lái)進(jìn)行接地線路的選擇[3]。

3 配電線路暫態(tài)行波和接地選線的仿真分析

本文對(duì)上述理論進(jìn)行了仿真分析，首先構(gòu)建了線路模型，該模型中有一條母線，母線上共有四回出線，這四回線路的長(zhǎng)度為10.3千米、20千米、21千米以及23千米，使用通過(guò)消弧線圈接地的模式進(jìn)行系統(tǒng)中性點(diǎn)的連接，在第二回線路上和母線距離12千米的位置，出現(xiàn)了B相經(jīng)100Ω電阻的單相接地。

然后使用ATP-EMTP軟件對(duì)該模型進(jìn)行了計(jì)算分析，觀察第二回線路以及四條非接地線路的電流行波、22尺度下的模極大值波形以及小波變換的波形可知：在22尺度下，四回出線的初始電流暫態(tài)行波的零模分量具有顯著的模極大值以及小波變換特性，第二回線路的初始暫態(tài)行波具有最大的模極大值，而且，第二回線路模極大值的極性與接地線路相反。因此，可以判斷出第四回出線是接地線路。

最后，使用同樣的辦法，進(jìn)行23以及24尺度下的波形分析，分析的結(jié)果和22尺度下的結(jié)果相同。按照三選二的原則，可以判斷出該線路模型的接地線路是第四回線路，而且，該線路的接地電阻為100Ω。

4 結(jié)論

綜上所述，暫態(tài)行波可以準(zhǔn)確判斷出配電線路的接地線路。分析可得，通過(guò)對(duì)配電線路暫態(tài)行波和接地選線的思考可知，暫態(tài)行波中含有非常多的故障信息，還不會(huì)受到配電線路中接地電流過(guò)小的影響，使用暫態(tài)行波進(jìn)行接地選線，可以彌補(bǔ)傳統(tǒng)辦法的不足，從而促進(jìn)接地選線技術(shù)的發(fā)展。

[1]張?chǎng)?牟龍華.配電線路暫態(tài)保護(hù)故障行波特征的研究[J].電力系統(tǒng)保護(hù)與控制,2013,4112:1-8.

[2]姜博,董新洲,施慎行.基于單相電流行波的配電線路單相接地故障選線方法[J].中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào),2014,3434:6216-6227.

[3]姜博,董新洲,施慎行.配電網(wǎng)單相接地故障選線典型方法實(shí)驗(yàn)研究[J].電力自動(dòng)化設(shè)備,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