配電線路暫態(tài)行波的分析和接地選線研究

武未懷

摘要：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。本文主要分析探討了配電線路暫態(tài)行波的分析和接地選線問(wèn)題，以供參閱。

關(guān)鍵詞：配電線路;暫態(tài)行波;接地選線

1對(duì)暫態(tài)行波產(chǎn)生的分析

配電網(wǎng)中的線路有時(shí)候會(huì)出現(xiàn)故障，例如其中一些線路的單相接地故障，在線路故障的位置會(huì)導(dǎo)致電壓為零的現(xiàn)象。由疊加原理可以知道故障現(xiàn)象就如在出現(xiàn)故障的位置加多了兩個(gè)方向不同，但電壓大小相同的電壓源，電源電壓則和出現(xiàn)故障以前的電壓值的大小一樣。線路一旦出現(xiàn)故障之后，其電壓源就等于故障前的線路和故障之后的線路的電壓源的疊加。而故障附加線路的出現(xiàn)，是基于故障之后才產(chǎn)生的。故障附加線路的電源等同與發(fā)生故障之前的電壓數(shù)值大小相同，只是電源的方向相反而已。這種情況下的電路，只是有故障分量的電壓和電源存在而已。當(dāng)出現(xiàn)故障的時(shí)候，故障的位置就等于不經(jīng)意間增加了一個(gè)電壓源，然而就是由這個(gè)電壓源的作用，導(dǎo)致暫態(tài)行波在系統(tǒng)里面出現(xiàn)了。實(shí)際上，又因?yàn)榕潆娤到y(tǒng)中三相之間有電磁耦合的存在，這樣就使得一旦出現(xiàn)單相接地故障的現(xiàn)象，就會(huì)造成暫態(tài)行波的生成是相互耦合。暫態(tài)行波的相互耦合問(wèn)題，將會(huì)給故障特征的分析和故障信息的獲取帶來(lái)一定的技術(shù)難度。解決暫態(tài)行波的相互耦合問(wèn)題，可以通過(guò)運(yùn)用相模變換技術(shù)進(jìn)行解耦。例如進(jìn)行暫態(tài)行波分解，可以利用凱倫布爾變換法，把三相線路上的行波分解成零模、α模、β模分量，使得三者之間是獨(dú)立的。

2電流行波模量分析

當(dāng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，在故障附加電源作用下，系統(tǒng)內(nèi)將產(chǎn)生暫態(tài)行波。行波首先由接地點(diǎn)開(kāi)始向接地線路兩側(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本線路上疊加，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。實(shí)際三相系統(tǒng)中各相行波之間存在耦合，相模變換技術(shù)被用于解耦。由上述對(duì)單相接地的暫態(tài)行波特征分析可知，小電流接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，三相線路行波包含線模和零模兩個(gè)分量，故障初始行波幅值受接地過(guò)渡電阻影響，模分量與線路的波阻抗有關(guān)，與線路長(zhǎng)度無(wú)關(guān)。單相接地故障特點(diǎn)是對(duì)于穩(wěn)態(tài)而言的，對(duì)于單相接地故障的暫態(tài)過(guò)程，經(jīng)過(guò)上述分析可知，發(fā)生單相接地故障時(shí)，三相線路行波中仍然出現(xiàn)線模分量，這個(gè)結(jié)論對(duì)于各種類(lèi)型的短路故障均取參數(shù)比較穩(wěn)定的線模分量實(shí)現(xiàn)線路行波故障測(cè)距具有重要意義。對(duì)于兩相短路故障，只存在行波線模分量，而不存在零模分量。采用相同的分析方法，可以分析三相短路以及兩相接地短路故障行波特征。實(shí)際故障中，對(duì)于故障行波過(guò)程而言，由于三相線路嚴(yán)格意義上同時(shí)短路的概率很小，一般均為兩相短路后再與第三條線路短路。其初始行波過(guò)程由第一次短路故障產(chǎn)生，特征完全等同于兩相短路故障。同理，對(duì)于兩相或三相接地并短路故障，其初始行波特征也可等同于單相接地故障或兩相短路故障。

3初始電流行波的小波分析

接地發(fā)生后的暫態(tài)行波是一突變的瞬時(shí)值，難以構(gòu)成有效的選線判據(jù)。信號(hào)小波變換具有多分辨率、去噪和檢測(cè)信號(hào)奇異性等功能，是分析和研究快速瞬變信號(hào)的有效工具。小波變換能準(zhǔn)確地捕捉到暫態(tài)行波的奇異點(diǎn)，其模極大值點(diǎn)和行波波頭具有一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系。因此，小波變換及其模極大值表示能準(zhǔn)確地刻劃暫態(tài)行波的故障特征，提取接地的行波信息，進(jìn)而構(gòu)成有效的接地選線判據(jù)。暫態(tài)行波模量的主要特點(diǎn)有：（1）暫態(tài)行波各模量的第1個(gè)模極大值點(diǎn)，即初始行波波頭表示行波由接地點(diǎn)傳播到母線處的時(shí)間、幅值和極性特征，它不受后續(xù)折反射行波的影響，具有特征清楚、特性獨(dú)立、容易提取等特點(diǎn)。（2）暫態(tài)初始電流行波不受系統(tǒng)的中性點(diǎn)接地方式的影響。（3）接地線路初始電流行波模量的模極大值總是大于非接地線路行波模量的模極大值，且二者極性相反;零模分量模極大值具有相同的性質(zhì)。（4）所有非接地線路初始電流行波模量模極大值幅值接近，極性相同;零模分量的模極大值具有相同的性質(zhì)。（5）在同一時(shí)刻、同一位置發(fā)生單相接地時(shí)，在母線側(cè)先檢測(cè)到初始行波模量，后檢測(cè)到初始行波零模分量。因行波模量為線模分量，其傳播速度高于零模分量的傳播速度。（6）通過(guò)分析知：當(dāng)母線發(fā)生單相接地，所有出線的初始電流行波、模量和零模分量，具有模極大值幅值相等或近似相等、極性相同的特性。初始電流行波的上述諸多特點(diǎn)是中性點(diǎn)非有效接地系統(tǒng)單相接地特征的具體表現(xiàn)，接地線路和非接地線路初始電流行波所具有的幅值和極性特點(diǎn)是構(gòu)成接地選線原理和算法的重要依據(jù)。

4行波接地線判斷和選線

4.1單相系統(tǒng)選線判據(jù)

從以上分析可以看出，接地線路和非接地線路的初始暫態(tài)行波具有明顯的特性差異，因此，據(jù)此提出利用電流行波進(jìn)行接地選線的思想就是很自然的事情。行波選線思想可以概括為：利用小波變換的模極大值表示初始行波在各回線上所呈現(xiàn)的幅值和極性特性，根據(jù)各線路的初始行波的模極大值的幅值和極性差異來(lái)確定接地線路。

4.2三相系統(tǒng)中的接地選線判據(jù)

電力系統(tǒng)是一個(gè)三相的系統(tǒng)，在系統(tǒng)中各相行波的關(guān)系則是不獨(dú)立的，它們是相互存在聯(lián)系的。對(duì)于單相線路的選線不能直接的進(jìn)行套用，而是要經(jīng)過(guò)相模變換之后，模量之間相互獨(dú)立了，選線的方法就可以運(yùn)用單相線路做選線的參考。三相系統(tǒng)的選線判斷依據(jù)，主要有三種系統(tǒng)情況：①對(duì)于安裝了零序CT的情況下，則進(jìn)行接地選線時(shí)運(yùn)用的是零模電流行波分量。②當(dāng)系統(tǒng)安裝的是三相CT，對(duì)A相或者B相接地的檢測(cè)，可以運(yùn)用行波α模量進(jìn)行。而A相或者C相的接地檢測(cè)，則可以由行波β模量進(jìn)行檢測(cè)。③對(duì)于系統(tǒng)中的電流互感器沒(méi)有B相，而是有A相和C相的情況下，進(jìn)行接地選線則可以構(gòu)建去一個(gè)新的行波模量，把這個(gè)模量稱(chēng)為γ模量。把這個(gè)γ模量作為接地線的選擇方法。

結(jié)束語(yǔ)

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。

參考文獻(xiàn)

[1]張程杰.配電線路暫態(tài)行波和接地選線的思考[J].電子測(cè)試.2017（11）

[2]賈云龍.配電線路暫態(tài)行波的分析和接地選線研究[J].城市建設(shè)理論研究（電子版）.2016（08）

[3]劉哲.配電線路暫態(tài)行波的分析和接地選線研究[J].城市建設(shè)理論研究（電子版）.2015（25）