配電架空電纜混合線路接地故障檢定技術(shù)研究

王燁聞

摘要：在實(shí)際運(yùn)行中，經(jīng)常發(fā)生單相接地故障，特別是在雨季、大風(fēng)和雪等惡劣天氣條件下，單相接地故障更是頻繁發(fā)生，占整個(gè)配電線路故障率的70%以上，嚴(yán)重影響了變電設(shè)備和配電網(wǎng)的安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，影響農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，對(duì)農(nóng)民的生命和財(cái)產(chǎn)造成嚴(yán)重的威脅。本文就農(nóng)電10kV 配電線路單相接地故障發(fā)生的原因、處理辦法以及采取的新技術(shù)、新設(shè)備等方面進(jìn)行分析。

關(guān)鍵詞：配電線路;單線接地;故障原因;判斷

行波在通過(guò)輸電線路為架空—電纜混合線路甚至架空一電纜多次混合后的線路時(shí)，有不同的傳播速度。行波測(cè)距法中所利用的測(cè)距信號(hào)為一波速度穩(wěn)定的高頻暫態(tài)行波分量，其波速度可以根據(jù)線路參數(shù)計(jì)算或通過(guò)實(shí)際測(cè)量而獲得，且傳播時(shí)不會(huì)受到故障點(diǎn)電阻、阻抗不匹配點(diǎn)等因素的影響，因此行波測(cè)距法具有很高的測(cè)量精度。由此看來(lái)，在混合線路中行波測(cè)距法將無(wú)法應(yīng)用;如果用一平均值來(lái)代替兩種不同的波速度，則會(huì)由于故障點(diǎn)位置的不確定及行波在架空線和電纜線中的傳播速度相差很大等因素的影響使測(cè)距精度無(wú)法得到保證;因此，一直以來(lái)混合線路是行波測(cè)距法所面臨的一個(gè)難題。本文根據(jù)行波在混合線路中的不同傳播速度，探討基于等價(jià)法的雙端D型測(cè)距法來(lái)解決架空一電纜混合線路的故障測(cè)距。

一、行波測(cè)距法四種類型的基本原理

現(xiàn)代行波測(cè)距法主要有基于單端A型、雙端D型121、重合閘E 型和故障分閘F型四種類型：

1.單端A型測(cè)距法

單端A型測(cè)距法標(biāo)準(zhǔn)模式是通過(guò)在測(cè)量端感受到的第一個(gè)行波浪涌與其在故障點(diǎn)反射波之間的時(shí)延和行波波速計(jì)算測(cè)量點(diǎn)到故障點(diǎn)之間的距離;其擴(kuò)展模式是利用線路故障時(shí)在測(cè)量端感受到的第一個(gè)行波浪涌與經(jīng)過(guò)故障點(diǎn)透射過(guò)來(lái)的故障初始行波浪涌在對(duì)端母線反射波之間的時(shí)延和行波波速計(jì)算對(duì)端母線到故障點(diǎn)之間的距離。

2.雙端D型測(cè)距法

雙端測(cè)距方法利用線路內(nèi)部故障產(chǎn)生的初始電壓或電流行波浪涌到達(dá)線路兩端測(cè)量點(diǎn)時(shí)的絕對(duì)時(shí)間之差值計(jì)算故障點(diǎn)到兩端測(cè)量點(diǎn)之間的距離。

3.重合閘E型

E型測(cè)距法的標(biāo)準(zhǔn)模式是利用在線路測(cè)量端感受到的由本端重合閘初始行波浪涌形成的第一個(gè)行波浪涌與其在故障點(diǎn)反射波之間的時(shí)延和行波波速計(jì)算測(cè)量點(diǎn)到故障點(diǎn)的距離;擴(kuò)展模式是利用在線路測(cè)量端感受到的由對(duì)端重合閘初始行波浪涌透過(guò)故障點(diǎn)到達(dá)本端時(shí)產(chǎn)生的第一個(gè)行波浪涌與其在故障點(diǎn)反射波之間的時(shí)延和行波速計(jì)算測(cè)量點(diǎn)到故障點(diǎn)之間的距離。

4.故障分閘F型

F型測(cè)距法的標(biāo)準(zhǔn)模式是利用在線路測(cè)量端感受到的由本端分閘初始行波浪涌形成的第一個(gè)行波浪涌與其在故障點(diǎn)反射波之間的時(shí)延和行波波速計(jì)算測(cè)量點(diǎn)到故障點(diǎn)的距離;擴(kuò)展模式是利用在線路測(cè)量端感受到的由對(duì)端分閘初始行波浪涌透過(guò)故障點(diǎn)到達(dá)本端時(shí)產(chǎn)生的第一個(gè)行波浪涌與其在故障點(diǎn)反射波之間的時(shí)延和行波波速計(jì)算測(cè)量點(diǎn)到故障點(diǎn)之間的距離。

以上四種現(xiàn)代行波測(cè)距法中，行波波速都是唯一、恒定的，因此當(dāng)在混合線路中出現(xiàn)兩個(gè)波速度時(shí)，現(xiàn)代行波測(cè)距法將不再適用。為此本文介紹一種在現(xiàn)代行波測(cè)距法的基礎(chǔ)上利用等價(jià)原理的方法解決混合線路的行波測(cè)距。

二、等價(jià)法

等價(jià)法是將混合線路等價(jià)成為一種線路，具體方法如下：首先根據(jù)線路的參數(shù)計(jì)算出混合線路各自的行波波速度，再根據(jù)行波的波速度比將電纜線等價(jià)為行波傳播時(shí)間相等的架空線，在此長(zhǎng)度下應(yīng)用現(xiàn)代行波測(cè)距法測(cè)量出測(cè)量點(diǎn)到故障點(diǎn)的距離，此距離為架空線距離，然后再將相應(yīng)的架空線等價(jià)回電纜線即可。

1. 行波的波速度

行波的波速度可通過(guò)線路參數(shù)準(zhǔn)確地計(jì)算出來(lái)，但在三相線路中，由于各相之間存在電磁耦合而不能相互獨(dú)立，求解過(guò)程相當(dāng)復(fù)雜。實(shí)際運(yùn)算時(shí)通常將其變換成相互獨(dú)立的模分量。本文根據(jù)Clark 變換，將三相分量分解成相與相之間運(yùn)動(dòng)的線模分量以及在線路的相與大地之間運(yùn)動(dòng)的地模分量。

2. 選擇測(cè)距方法

單端的 A 型測(cè)距除了需要在測(cè)量端精確的測(cè)量出故障初始電壓或電流行波浪涌到達(dá)測(cè)量點(diǎn)的時(shí)間外，還要分析后續(xù)波形的性質(zhì)及其到達(dá)測(cè)量端的時(shí)間，區(qū)分出后續(xù)波頭是來(lái)自故障點(diǎn)還是來(lái)自線路對(duì)端母線的反射波。而對(duì)于架空一電纜混合線路，在混合點(diǎn)處將出現(xiàn)阻抗不匹配點(diǎn)，行波在各個(gè)阻抗不匹配點(diǎn)的折射和反射現(xiàn)象使的初始行波波頭之后的波形變得十分復(fù)雜，很難識(shí)別。因此單端A型測(cè)距法將不適合于架空一電纜混合線路，同理E型、F型測(cè)距方法也受到同樣的影響，無(wú)法滿足要求而利用雙端D型測(cè)距原理法可以最大限度降低上述因素的影響。雙端行波測(cè)距法只需檢測(cè)故障產(chǎn)生的初始行波波頭到達(dá)兩端測(cè)量點(diǎn)的時(shí)間，不需要考慮后續(xù)的反射與折射行波，原理簡(jiǎn)單，測(cè)距結(jié)果可靠。

三、仿真試驗(yàn)

利用ATP-EMTP和Matlab6.5進(jìn)行仿真試驗(yàn)，對(duì)基于等價(jià)法的雙端D型測(cè)距法在架空一電纜混合線路上的可行性進(jìn)行驗(yàn)證。

四、配電網(wǎng)混合線路故障行波定位方法

配電網(wǎng)電纜-架空混合線路的出線端口繁多，波阻抗不連續(xù)，故障特征行波的傳輸過(guò)程較為復(fù)雜，較適宜采用雙端故障特征行波定位算法，只需要考慮故障特征行波到達(dá)線路兩個(gè)終端的具體時(shí)間即可。由圖3所示，將單相接地故障的發(fā)生點(diǎn)作為分界點(diǎn)，將線路劃分為兩個(gè)區(qū)段，即MF區(qū)段和NF區(qū)段，兩個(gè)區(qū)段的行波采集器所記錄的故障特征行波到達(dá)時(shí)間分別定義為集合MF和NF，取其中任意一組數(shù)據(jù)Twe和TNe，再結(jié)合線路具體接結(jié)構(gòu)形式，即可實(shí)現(xiàn)故障的定位。

對(duì)于一條已知結(jié)構(gòu)的電纜-架空混合線路，其故障特征行波在線路中的傳輸速度也是確定的，要知道線路中任意一故障點(diǎn)Q的具體位置，只需要知道故障特征行波從終端到Q點(diǎn)的走行時(shí)間即可。首先將線路中故障點(diǎn)產(chǎn)生的故障特征行波傳輸?shù)骄€路兩側(cè)終端的時(shí)間做差，若差值為零，則定義此點(diǎn)為時(shí)差零點(diǎn)。先對(duì)線路MN進(jìn)行分析，得到每段電纜和架空線的線路長(zhǎng)度和故障特征行波波速，得到線纜 MN的時(shí)差零點(diǎn)To。

結(jié)束語(yǔ)

本文著重對(duì)配電網(wǎng)電纜-架空混合線路選線與定位技術(shù)進(jìn)行了研究，分析了故障特征在配電網(wǎng)混合線路中的特性，提出了基于智能融合算法的配電網(wǎng)電纜一架空混合線路單相接地故障選線與定位方法，通過(guò)搭建仿真模型進(jìn)行仿真算例分析，驗(yàn)證了所提出新方法的合理性、有效性、可行性。

本文所提出的方法還有所欠缺，需要從以下幾個(gè)角度展開(kāi)深入研究：適用于配電網(wǎng)故障特征的高精度檢測(cè)方法的實(shí)現(xiàn);完善故障定位與具有智能化自調(diào)整功能的重合閘裝置;故障進(jìn)行智能隔離后，網(wǎng)絡(luò)重新構(gòu)建問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)故障自修復(fù)功能。

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