配電網(wǎng)故障選線(xiàn)與定位發(fā)展現(xiàn)狀

申瑋，蔣鑫

（湖南長(zhǎng)沙理工大學(xué)，湖南長(zhǎng)沙，410114）

1 利用接地故障特征分量的選線(xiàn)方法

1.1 利用故障穩(wěn)態(tài)特征分量的方法

1.1.1 群體比幅比相算法

群體比幅比的變相算法目前已經(jīng)可以被廣泛應(yīng)用來(lái)分析故障檢測(cè)信息之間的相對(duì)頻率關(guān)系，避免了無(wú)法給出絕對(duì)頻率整數(shù)確定值的技術(shù)漏洞。且我們可以通過(guò)從候選圖像中直接進(jìn)行選擇幅值小或大圖像線(xiàn)路后來(lái)對(duì)其進(jìn)行轉(zhuǎn)換，這是可以將其作為候選圖像線(xiàn)路的一種途徑，在一定量的范圍內(nèi)也能夠有效地克服因 CT不平衡而導(dǎo)致可能給我們所帶來(lái)的各種問(wèn)題。但當(dāng)一個(gè)供電系統(tǒng)中性點(diǎn)已被一個(gè)消弧三角形的線(xiàn)圈所利用，進(jìn)行點(diǎn)接地電流處理時(shí)，消弧三角線(xiàn)圈對(duì)于系統(tǒng)故障保護(hù)電源和接地線(xiàn)路中性端的點(diǎn)接地電流的反向補(bǔ)償驅(qū)動(dòng)效應(yīng)很大令得基于群體比幅比的反相算法不再合適。

1.1.2 五次諧波分量法

當(dāng)小電流接地電網(wǎng)中發(fā)生單相接地故障時(shí)。高次功率諧波補(bǔ)償電流的功率容性濾波分量和諧振濾波發(fā)生次數(shù)與系統(tǒng)功率補(bǔ)償損失系數(shù)成正比，消弧補(bǔ)償線(xiàn)圈在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的功率補(bǔ)償保護(hù)功能幾乎可以忽略不計(jì)。由于一次接地系統(tǒng)中5次高頻諧波所在線(xiàn)路中的零序內(nèi)容分布所在電容中性元素離子含量很大，且其零序內(nèi)容所在線(xiàn)路中性元素離子含量特性和所在中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)線(xiàn)路中的基波所在線(xiàn)路中性元素離子所在的零序內(nèi)容之間的電流分布特性是不能完全相同，利用與用戶(hù)群體中的比幅就已經(jīng)能夠輕松實(shí)現(xiàn)無(wú)故障時(shí)的快速選線(xiàn)。

1.1.3 有功分量法

經(jīng)消弧線(xiàn)圈接地系統(tǒng)普遍采用自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償方式，它們可以用來(lái)直接控制電路諧振的通過(guò)電壓。當(dāng)一個(gè)單相接地線(xiàn)路發(fā)生漏電故障時(shí)，故障供電線(xiàn)路的一個(gè)零序復(fù)位電流向量可以被表示為所有非線(xiàn)性故障供電線(xiàn)路的復(fù)位電容和零序電流以及故障線(xiàn)圈內(nèi)各支路的零序電流之間的一個(gè)向量電流總和，即其中通常包含一個(gè)無(wú)線(xiàn)有功源流過(guò)頻率的無(wú)線(xiàn)有功源源電流，故障供電線(xiàn)路中一個(gè)流過(guò)無(wú)線(xiàn)有功源的電流向量要大得遠(yuǎn)大于其他非線(xiàn)性故障供電線(xiàn)路。

1.1.4 零序?qū)Ъ{法

在一個(gè)不同配電線(xiàn)路系統(tǒng)正常運(yùn)行工作的情況下，零序直流網(wǎng)絡(luò)線(xiàn)路中的一個(gè)零序輸入電流和它的零序輸出電壓兩個(gè)向量之間的數(shù)值差別，可以使我們同時(shí)可以直觀地分別得到不同配電線(xiàn)路的多個(gè)零序直流電壓向量導(dǎo)納，并將這些零值數(shù)據(jù)組合作為一個(gè)新的參考值對(duì)數(shù)值數(shù)據(jù)進(jìn)行分析儲(chǔ)存。而對(duì)于非故障線(xiàn)路 k來(lái)說(shuō)，通過(guò)比較故障前后的各饋線(xiàn)零序?qū)Ъ{的變化，就能夠輕松地選出故障線(xiàn)路。

1.1.5 殘流增量法

在電路發(fā)生故障，配電電源線(xiàn)路的單相消弧永久性限壓接地電阻故障時(shí)，通過(guò)改變減小單相消弧接地線(xiàn)圈的最大損壞和產(chǎn)生失諧值的程度(或者說(shuō)也可以通過(guò)改變單相限壓接地電阻的最大損壞失諧值)，故障配電線(xiàn)路中產(chǎn)生零序輸出電流(也可能就是發(fā)生故障線(xiàn)路終止中斷點(diǎn)的一分或部分零序殘流)就會(huì)隨之而增大。

1.1.6 負(fù)序電流法

當(dāng)一個(gè)配電傳輸系統(tǒng)在多個(gè)短信號(hào)通道中同時(shí)發(fā)生基波單相接地輸出故障時(shí)，負(fù)序序列電流的能量分布及其物理化學(xué)特性非常類(lèi)似于基波零序序列電流，故障保護(hù)線(xiàn)路的基波負(fù)序序列電流遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于所有非基波故障保護(hù)線(xiàn)路的基波負(fù)序序列電流，并且由于兩者之間的基波負(fù)序序列電流散布分量正好相反，因此我們通過(guò)分析對(duì)比各個(gè)基波輸入故障線(xiàn)路，分析負(fù)序序列電流的分布大小值以及其流動(dòng)方向，就非常能夠輕松完成單相接地故障保護(hù)。

1.2 利用故障相暫態(tài)特征分量的方法

當(dāng)單相接地器發(fā)生故障時(shí)，故障相電壓可能會(huì)有較大的下降，非故障相電壓也可能有較大的上升，所以由于故障相電容在系統(tǒng)中存在有一個(gè)放電的過(guò)程，系統(tǒng)從一個(gè)穩(wěn)態(tài)階段逐漸過(guò)渡至另一個(gè)穩(wěn)態(tài)階段，因此故障相電流的第一半波也存在非常明顯的短期暫態(tài)過(guò)程，其信號(hào)和動(dòng)力學(xué)特征十分豐富，用它的方法來(lái)將其作為一個(gè)選線(xiàn)的標(biāo)準(zhǔn)，不受任何消弧式連接線(xiàn)圈的影響。

1.2.1 暫態(tài)分量的比幅比相法(首半波法)

暫態(tài)供電信號(hào)的輸出頻率因國(guó)際電網(wǎng)而異。最大頻率暫態(tài)電流的頻率與一個(gè)穩(wěn)態(tài)工作時(shí)電容最大頻率和電流之比，在理論上來(lái)說(shuō)是相近似的它等價(jià)于一個(gè)時(shí)間內(nèi)暫態(tài)最高頻率與一個(gè)電容正常工作時(shí)最高頻率和電流之比。從而我們不僅能通過(guò)觀測(cè)得到，暫態(tài)驅(qū)動(dòng)電流的大小還需要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于一個(gè)穩(wěn)態(tài)驅(qū)動(dòng)電流的平均值，大約是安培高出幾十倍。然而，諧振接地系統(tǒng)的電容和阻抗性都會(huì)隨著線(xiàn)圈的頻率波變化而明顯地波動(dòng)和減小。所以，采用這種暫態(tài)振動(dòng)分量的照相方式，我們不能忽視對(duì)振動(dòng)消弧后的線(xiàn)圈系統(tǒng)進(jìn)行振動(dòng)補(bǔ)償?shù)闹匾饔茫藭r(shí)的中性諧振接地系統(tǒng)的比幅值之間也可以做到完全相同。

1.2.2 基于小波分析的選線(xiàn)方法

暫態(tài)故障時(shí)間分析過(guò)程中已經(jīng)充分包含了豐富的各種故障狀態(tài)信息，小波分析對(duì)于各種暫態(tài)的信號(hào)突變和微弱故障信號(hào)的波動(dòng)變化比較敏感，并且非常能可靠地準(zhǔn)確提取各種故障的基本特性。根據(jù)小波變換的噪聲理論我們可以知道，故障和其他噪聲因素都會(huì)直接影響致使一個(gè)信號(hào)規(guī)模發(fā)生奇異，其中對(duì)規(guī)模極大的函數(shù)值的零點(diǎn)奇異相當(dāng)于信號(hào)對(duì)應(yīng)的的數(shù)據(jù)奇異。因?yàn)闀簯B(tài)噪聲的濾波模極和最大值很有可能還是會(huì)隨著濾波尺寸的不斷增長(zhǎng)而逐漸得到降低，因此如果能夠采取合適的濾波尺寸方法來(lái)進(jìn)行分解，就已經(jīng)非常能夠完全可以忽略對(duì)濾波噪聲的直接影響，得到一個(gè)用濾波暫態(tài)噪聲作為濾波信號(hào)的噪聲選線(xiàn)測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)。

1.3 不利用接地故障特征分量的選線(xiàn)方法

S信號(hào)的數(shù)量注入限制方式在于該法并沒(méi)有限制使用固定故障信號(hào)數(shù)量。當(dāng)電流互感器外邊發(fā)生注入短路電流故障時(shí)，接地的高電壓電流互感器一直處于被注入短路的電流狀態(tài)，若此時(shí)從地相電壓電流互感器的接地a相電壓原邊向外邊再注入一個(gè)短路電流正則信號(hào)，則由副邊被導(dǎo)線(xiàn)感應(yīng)的較大電流使它只能沿著一個(gè)接地點(diǎn)的線(xiàn)路與兩個(gè)接地點(diǎn)之間的一個(gè)相接導(dǎo)線(xiàn)方向向下流動(dòng)并經(jīng)過(guò)一個(gè)接地點(diǎn)后導(dǎo)線(xiàn)才能夠進(jìn)入到接地。因此用諧波尋跡的工作原理，其主要技術(shù)優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)有:(1)一般操作系統(tǒng)人員一般無(wú)需再自行添置任何一次其他機(jī)械設(shè)備，不會(huì)對(duì)正常設(shè)備運(yùn)行的其他機(jī)械設(shè)備運(yùn)行造成任何不良影響；(2)信號(hào)注入式式的信號(hào)輸出是否泛指它們具有與操作系統(tǒng)中任何一種固有接地信號(hào)相同的物理特征，對(duì)它們的接地檢測(cè)操作方式一般不受操作系統(tǒng)正常設(shè)備運(yùn)行工作狀態(tài)等不良情況的直接影響；(3)信號(hào)輸出的電流注入式式信號(hào)中的電流常數(shù)只能在系統(tǒng)接地檢測(cè)線(xiàn)路的規(guī)定接地期和相中期內(nèi)進(jìn)行一次流通，不會(huì)直接造成影響操作系統(tǒng)其他機(jī)械部件。但是該設(shè)計(jì)方法必須達(dá)到要求在注入線(xiàn)路所有的信號(hào)分段和各個(gè)線(xiàn)路分支之間都必須裝設(shè)一個(gè)注入信號(hào)上的電流電壓檢測(cè)器，導(dǎo)致線(xiàn)路投資控制力度的不斷增大，且在實(shí)際的線(xiàn)路系統(tǒng)設(shè)計(jì)操作中，注入線(xiàn)路信號(hào)的電流數(shù)量和振動(dòng)強(qiáng)度也在很大一定程度上已經(jīng)因?yàn)槭艿搅诵盘?hào)電壓電流傳感器的注入容量很大限制。當(dāng)接地線(xiàn)路信號(hào)發(fā)生接地故障判斷是否為采用高阻線(xiàn)路接地時(shí)，線(xiàn)路上的分布式接地電容將可能會(huì)直接引起對(duì)被輸出線(xiàn)路注入接地信號(hào)的短路過(guò)濾，從而也將可能會(huì)給您所選擇的接地線(xiàn)路信號(hào)帶來(lái)一定的線(xiàn)路電磁干擾；如果在多個(gè)接地點(diǎn)同時(shí)出現(xiàn)了線(xiàn)路間歇性的線(xiàn)路電弧抖動(dòng)現(xiàn)象，還將直接影響導(dǎo)致被輸出注入的線(xiàn)路信號(hào)在連接線(xiàn)路過(guò)程中將同時(shí)發(fā)生不連續(xù)，從而直接損害被輸出注入的線(xiàn)路信號(hào)的電特性，影響信號(hào)檢測(cè)值的準(zhǔn)確率。

2 故障點(diǎn)定位方法

2.1 故障分析法

故障參數(shù)分析方法主要原理是在采用傳統(tǒng)的單相阻抗自動(dòng)測(cè)距法或簡(jiǎn)稱(chēng)電抗自動(dòng)測(cè)距法等方法的相關(guān)技術(shù)基礎(chǔ)上，建立一種用于配置電網(wǎng)的分布式線(xiàn)路參數(shù)測(cè)距模型，利用連接線(xiàn)路一側(cè)的一個(gè)單相接地線(xiàn)路故障點(diǎn)在事件不斷發(fā)生后，對(duì)線(xiàn)路故障一側(cè)所連接獲得的單相穩(wěn)態(tài)線(xiàn)路信息數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)測(cè)距。通過(guò)分析了解各個(gè)序序接故障后的電線(xiàn)邊界距離條件及各個(gè)序序接輸電地點(diǎn)和網(wǎng)絡(luò)之間的固有波動(dòng)關(guān)系，可以由方法利用如下式中的方法來(lái)列出故障x(chóng)(各序序接故障所在地點(diǎn)的邊界距離所在輸電線(xiàn)路的首端)和各個(gè)序序接輸電線(xiàn)路的過(guò)渡交流電阻，各個(gè)序序接故障所在地點(diǎn)的邊界距離過(guò)渡電流、電壓之間的波動(dòng)關(guān)系所組成的方程，解得其中x即為各個(gè)序序接地點(diǎn)的電線(xiàn)所在各個(gè)故障輸電線(xiàn)路上的故障位置。這種直接測(cè)距選線(xiàn)方法指的是一種直接選線(xiàn)，而不是你需要對(duì)其他線(xiàn)作任何間接選擇。

2.2 行波測(cè)距法

目前我們大致可以把它大致上可劃分成以為3種基本類(lèi)型:

(1)按照每個(gè)故障的起點(diǎn)母線(xiàn)發(fā)生時(shí)所反射出現(xiàn)的行波至達(dá)到母線(xiàn)后行波反射至每個(gè)故障的起點(diǎn)，再由每個(gè)故障點(diǎn)向前與母線(xiàn)發(fā)出反射的行波時(shí)間相同來(lái)對(duì)線(xiàn)進(jìn)行行波測(cè)距。即首先采用新型單端總線(xiàn)檢測(cè)法。假設(shè)上次檢測(cè)終止到的故障行波波檢測(cè)速度跟蹤系數(shù)約為d=v，故障初始行波和上次檢測(cè)終止到的上次故障終止點(diǎn)終端反射的行波在上次檢測(cè)故障終止點(diǎn)的時(shí)間分別大約是等于t1，t2，則上次檢測(cè)終止到的上次故障終止點(diǎn)檢測(cè)距離約為d=(t2-t1)v/2，即上次檢測(cè)終止到的上次故障終止點(diǎn)檢測(cè)距離和上次測(cè)量故障終止端的檢測(cè)距離均大約為上次檢測(cè)終止到的故障行波波檢測(cè)速度系數(shù)往返率和檢測(cè)終止路程的一半。

(2)依靠在故障點(diǎn)上面出現(xiàn)的一個(gè)行波至兩側(cè)母線(xiàn)之間的時(shí)差來(lái)進(jìn)行測(cè)距，即采用雙端測(cè)量方法。在發(fā)生了單相接地故障后，其中一個(gè)電壓或者是電流的行波沿著線(xiàn)路向兩端各自傳輸，通過(guò)兩端在母線(xiàn)上各自安裝的測(cè)量?jī)x器記錄了行波在到達(dá)兩端母線(xiàn)端的最終時(shí)刻。線(xiàn)路的總長(zhǎng)度為l，故障初始運(yùn)行的波波頭至兩側(cè)母線(xiàn)之間到達(dá)的時(shí)間分別是t1和t2，則該故障點(diǎn)與n端母線(xiàn)的距離D=(T2-T1)V/2+L/2。

(3)當(dāng)測(cè)量線(xiàn)路上電機(jī)發(fā)生一次性的單相接地脈沖故障時(shí)，在整個(gè)測(cè)量線(xiàn)路終端機(jī)的母線(xiàn)上就會(huì)有一個(gè)人為地產(chǎn)生增加了輸出電壓的接地脈沖。通過(guò)分析檢查反射脈沖在一個(gè)故障中斷點(diǎn)上的一個(gè)母線(xiàn)反射脈沖波從始至終到達(dá)點(diǎn)和測(cè)量脈沖終端點(diǎn)在母線(xiàn)上的持續(xù)時(shí)間，可以幫助確定兩個(gè)脈沖故障中斷點(diǎn)之間的直線(xiàn)距離。

2.3 智能化測(cè)距

相關(guān)學(xué)者以10kv典型配電網(wǎng)為主要研究實(shí)驗(yàn)對(duì)象，建立了一種在配電故障發(fā)生狀態(tài)下的模擬數(shù)學(xué)配電退火處理模型，引入了模擬退火參數(shù)算法，適用于配電單相接地器的故障狀態(tài)測(cè)距。該檢測(cè)方法使用無(wú)需任何直接選線(xiàn)，經(jīng)過(guò)數(shù)學(xué)算法進(jìn)行計(jì)算，直接精確決定了汽車(chē)故障可能發(fā)生時(shí)和地點(diǎn)的準(zhǔn)確位置。其中的基礎(chǔ)電路設(shè)計(jì)原理思想主要目的是通過(guò)模擬建立一個(gè)線(xiàn)路配線(xiàn)上網(wǎng)線(xiàn)路數(shù)學(xué)仿真模型，即通過(guò)對(duì)一個(gè)故障時(shí)刻所帶線(xiàn)路分支的一個(gè)電子線(xiàn)路配線(xiàn)上網(wǎng)線(xiàn)路進(jìn)行多次仿真，根據(jù)這個(gè)數(shù)學(xué)模型的線(xiàn)路計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)進(jìn)行多次仿真，不斷地計(jì)算改變各個(gè)發(fā)生故障的線(xiàn)路分支，故障發(fā)生點(diǎn)、各分支位置的接地參數(shù)和線(xiàn)路接地交流電阻，進(jìn)行多次的計(jì)算組合，找出一個(gè)與特定故障發(fā)生時(shí)刻所需要檢測(cè)得接地電壓和線(xiàn)路輸出的接地電流最為基本接近的線(xiàn)路計(jì)算機(jī)數(shù)值，反之就成為可以直接確定其與相應(yīng)的一個(gè)故障時(shí)刻電子線(xiàn)路的電源編號(hào)、相別、分支和接地距離，其本質(zhì)上就是一種線(xiàn)路阻抗計(jì)算方式。但同樣也普遍存在著由于計(jì)算機(jī)容量巨大，不易準(zhǔn)確實(shí)現(xiàn)數(shù)值收斂的特殊情況。

2.4 S注入法

目前，投入實(shí)際生產(chǎn)使用的這種故障保護(hù)測(cè)距選線(xiàn)保護(hù)裝置主要是基于山東工業(yè)大學(xué)自主開(kāi)發(fā)的一種已經(jīng)研制成功的新型TY-04型小高壓電流單相接地故障控制保護(hù)系統(tǒng)，它通過(guò)采用了基于S模式注入控制法的一種TY-04型小高壓電流單相接地控制方式即可進(jìn)行電流單相接地的故障選線(xiàn)、測(cè)距和自動(dòng)定位故障保護(hù)，在其故障選線(xiàn)保護(hù)方式及工作原理的詳細(xì)介紹中，已經(jīng)不具有詳細(xì)的技術(shù)描述。"S注入法"電路測(cè)距的工作原理，即是在結(jié)合傳統(tǒng)電路選線(xiàn)注入法電路測(cè)距工作原理的應(yīng)用技術(shù)基礎(chǔ)上，通過(guò)對(duì)電路輸出故障信號(hào)的輸入電壓和輸出電流分別進(jìn)行精確檢測(cè)，計(jì)算一個(gè)電路變電站至一個(gè)接地的電路故障信號(hào)點(diǎn)之間的短路電抗，從而可以達(dá)到對(duì)電路故障信號(hào)進(jìn)行精確測(cè)距，其實(shí)質(zhì)上就是一種電路阻抗計(jì)算方法。該測(cè)量方法主要采用線(xiàn)式選線(xiàn)，測(cè)距測(cè)量關(guān)系緊密，原理簡(jiǎn)單。