配电网自动化论文

1、目录摘要I关键词：故障定位；C型行波；二次脉冲法；燃弧过程；最小差法.I1. 电力电缆线路的故障定位方法21.1 C型行波测距的二次脉冲法21.2 三级脉冲法31.3 基于GPS的电缆双端测距41.3.1 滑动平均法求51.3.2 最小差法求61.3.3 利用和求精确时标72. 结论：73. 参考文献：8Abstract8Key words: Fault location;C wave;wo pulse method;arc process; the minimum deviation method.8I 华北电力大学论文设计 第 电力电缆线路的故障定位摘要随着我国电力系统规模逐渐加大，网络结

2、构逐渐复杂，用户对供电稳定的要求也越来越高。这就要求系统正常运行过程中要防止故障的发生，并且在系统发生故障后，要快速、准确地找到故障位置，迅速排除故障，确保电力系统安全运行，提高供电可靠性，将损失最小化。随着国民经济的发展，在配电网系统中，出现了地埋电缆；虽然电力电缆具有比架空线路可靠性高、占用空间少、受恶劣天气影响较小、有利于工厂布局和城市规划等优点；但是由于机械损伤、绝缘受潮、绝缘老化、水树等因素的影响，长时间运行的电力电缆也会发生故障；再加上由于电力电缆多埋于地下或铺设在电缆沟中，故障发生后，很难迅速、准确地测出故障地点的确切位置，不能及时地排除故障恢复供电，往往会造成停电停产的重大经济

3、损失。因此研究电力电缆的故障定位具有非常重要的意义。关键词：故障定位；C型行波；二次脉冲法；燃弧过程；最小差法.第 8 页 华北电力大学论文设计 1. 电力电缆线路的故障定位方法1.1 C型行波测距的二次脉冲法二次脉冲法采用限流技术来延缓脉冲能量P的释放，它将“无源的二次脉冲产生器”串联在“高压脉冲电源”与“故障电缆”之间构成二次脉冲测试系统。二次脉冲法接线如图1所示。图1二次脉冲法接线图(1)第一次脉冲：高压脉冲击穿故障点，使电容器C中储存的能量通过R限流后在故障点处释放。(2)第二次脉冲：二次脉冲产生器随机发送测量脉冲至故障点进行采样。由此可知，二次脉冲的燃弧能量P是由电容器C中所储能量提

4、供，经电阻R限流后，能量释放得到减缓从而达到延长燃弧时间t2(不超过微秒级)目的。二次脉冲法燃弧过程的U-t曲线如图2所示。图2二次脉冲法燃弧过程的U-t曲线图由于电阻R限流要损失一定的击穿能量，因此二次脉冲的击穿电压设定值U是未知的，测试过程中需要不断调整才能获得适当的击穿电压。通常，击穿电压Uj要高于最小击穿电压Uj.min的30以上，即UjUj.min(1+30)。又由于二次脉冲的燃弧过程不稳定，测量脉冲是随机发送的，因此需要不断调整击穿电压U及多次发送测量脉冲，才能成功采集到波形。二次脉冲法采样时需要一次触发8个(或更多)测量脉冲，且须从这8个波形中辨别出“成功波形”，而在测量环境恶劣

5、的情况下采集到的波形尤为复杂，几乎没有成功波形。1.2 三级脉冲法三级脉冲法采用蓄能燃弧技术，它将“有源的中央控制单元”串接在“直流高压源”和“故障电缆”之间构成三级脉冲测试系统。脉冲发送的顺序及时刻均由中央控制单元自动完成，与操作人员无关。三级脉冲法接线如图3所示。图3三级脉冲法接线图(1)第一级脉冲：高压击穿故障点后，电容器C1上所储能量P。施加至故障点。(2)第二级脉冲：中央控制单元的储能装置C2的能量P2也加至故障点。(3)第三级脉冲：燃弧稳定后，控制系统发送测量脉冲采样。由此可知，三级脉冲法的燃弧能量P是由高压脉冲电容C1所储能量P1和有源蓄能装置C2所储能量P2共同提供，即P=P1

6、+P2，且能量P2的释放受控于控制系统并以小电流、稳定燃弧形式进行。由于有了外界能量的补充，故障点处的弧短路时间t3从微秒级延长至毫秒级，达到了量级的变化，同时击穿燃弧并不消耗第一级的脉冲能量，相反还有一定的补充作用，因此三级脉冲法的击穿电压设定值Uj与最小击穿电压Uj.min相当，即Uj=Uj.min。通常，Uj.min在三级脉冲测试前是已知的，因此不需要调整击穿电压设定值Uj。三级脉冲法燃弧过程的U-t曲线如图4所示。图4三级脉冲法燃弧过程的U-t曲线图三级脉冲具有足够长的弧短路时间，并能在燃弧稳定期自动触发测量脉冲采样，从而保证每次触发的测量脉冲都能采到弧短路波形。在蓄能燃弧的基础上，三

7、级脉冲法在燃弧稳定的整个时间段t3内，采用了分时刻多次控制触发测量脉冲技术，即将t3分为8个时段后分别触发8次测量脉冲，从而保证了三级脉冲采样不受故障点环境的影响，即使在极端环境下(故障点在水中)也能成功采集波形。三级脉冲法的采样波形是在燃弧稳定期控制触发测量脉冲而获得的，所以其波形与“低压脉冲短路波形”几乎一致，极易判读，大大提高了测试成功率。1.3 基于GPS的电缆双端测距考虑到行波故障测距只需实时采集而不是实时控制的特点，若能实时准确记录秒脉冲与高精度晶振之间的时间偏差，事后又可以根据此偏差值计算出采样数据的准确时刻，而同样可以达到双端数据精确同步的目的。基于这种思想，得到一种可以事后推

8、算出准确时标的算法和相应的硬件支持，以最大限度地减小时间同步误差给双端行波测距带来的定位误差。此种方法记录相邻秒脉冲间隔内的计时器计数值，此计数值包含有前后2个秒脉冲的随机误差信息。对多个这样的计数值进行滑动平均，将得到的平均值作为每秒内计时器的计数估计值，并对多个秒脉冲的误差估计值。利用、和GPS时间解码信息就可以得到此次采集数据的精确时间。由于此方法提出的算法计算量较小，因此误差的校正计算也可由CPU在线完成，这样做的另一个好处是可以用对GPS工作正常与否进行监测。步骤如下：1.3.1 滑动平均法求对最近的N个计数值进行滑动平均，得到N秒内的平均计数值： （1）取作为对每秒实际计数值的估计

9、，易知为无偏估计。为分析的方差，可写为 （2）设的方差为，则易知的方差为 （3）虽然并不独立，但从式（2）可知的方差为 （4）可见的方差为的1/N2,当样本数N比较大时（如取N=100），将会非常逼近真实值，因此，可以把滑动平均值作为真实值的估计值。由于是比较大的值（），为减小CPU的计数量，宜采用滑动平均方法求取。设下一秒的计数值为，则新的滑动平均值可采用下式计算： （5）由式（2）可知，样本系列的首末误差和会影响的大小，当和的误差均较大且偏差误差方向相反时（如分别接近），则会导致较大的误差。由于的准确程度会影响到下一步中的求取，因此在此应进一步提高估计值的准确性。仍然采用滑动平均的思想，对

10、最近3次估计值再取平均值（或中间值），便可以比较可靠地排除首末段秒脉冲大误差的影响。1.3.2 最小差法求为估计，由于，所以可以取目标函数为： （6）式中的均可用表示（以为单位）： （7）将式（7）带入式（6），得： （8）为求的极值，对求导得：（9）令，可解出： （10）式中 ，。由于精确的是未知的，但是可以用近似值带入式（10），得到的估计值为 （11）1.3.3 利用和求精确时标当GPS工作正常时，设CPU发出停止采样控制信号时，读取到的时间计数值为m，则最后一个采样点在秒以下的精确时间为，结合GPS时间的解码信息，可以给最后一个采样数据打上精确到纳秒级的高精度时间标签（对于100MHz

11、晶振，时间分辨率为10ns）。其他采样点的精确时标经过简单的推算就可获得。2. 结论：根据C型行波测距和基于GPS的电缆双端测距可以较准确找出电缆线路的故障点，从而为电缆线路的检修节省大量的时间，具有较大的经济意义；而C型行波测距较为简单实用，技术成熟，使用范围广，但测距精度低一点；基于GPS的电缆双端测距设备先进，结构较为复杂，测距精度比前一种方法高，当然使用费用高，还处于推广阶段。就现阶段而言，最好是两种方法混合使用，具体的视实际情况而定。3. 参考文献：1 陈堂，赵祖康，等.配电及其自动化系统.北京：中国电力出版社，2003.2 刘建，倪建立.配电网自动化新技术.北京：中国水利水电出版社

12、，2004.3 张栋国，孙雷.电力电缆及其故障分析与测试M.西安：陕西科学技术出版社，1994.4 于景丰，赵锋.电力电缆实用技术M.北京：中国水利水电出版社，2003.5 陈平，徐丙垠，李京.现代行波故障测距装置及其运行经验JC-电力系统自动化.2003(03)Fault location of power cable lineGao Chengfu 1008040234(Guizhou University of Technology , Guiyang 550025, china)AbstractAlong with the our country electric power syst

13、em size gradually increased, the network structure became more complex, users are more and more requirement of power supply stability. This requires that prevent fault occurrence to the normal operation of the system process, and after a system failure, to quickly, accurately find the fault location

14、, fault quickly, to ensure the safe operation of power system, improve the reliability of power supply, will minimize the loss. With the development of the national economy, in power distribution system, the buried cable; although the power cable with high reliability than overhead lines, little spa

15、ce occupation, little, bad weather is conducive to the plant layout and city planning etc.; but because of the influence of mechanical damage, moisture insulation, insulation aging, tree and other factors, power cable of long time operation will happen; coupled with the power cable buried underground or laid in cable trench, fault occurs, the exact position is difficult to quickly, accurately measure the fault location, not to eliminate the fault and restore the power s