行波法在配电网故障测距中的应用

1、中国电力教育2010年管理论丛与技术研究专刊 配电网与电力用户相联,所处的地理环境复杂,线路分支多,接地电阻和分布电容比较大,故障定位困难,一直被认为是个难点。近年来,行波法日趋成熟,其优越性越来越受到电力行业的重视。尤其是C型行波法,在故障后可以重复测距判断,很大程度上保证了测量精度,在配电网故障测距中有较大的优势。行波法是通过测量故障产生的行波在故障点及检测端(母线之间往返一趟的时间或利用故障点行波到达线路两端的时间差来计算故障距离,一般分为A、B、C、E 4种。1-3本文通过分析行波反射和折射原理,介绍了这几种行波测距方法的原理和特点。最后通过对10kV多分支配电线路单相接地故障进行仿真

2、分析,验证了C型行波法在配电网故障测距中的可行性。一、行波反射与折射原理行波在线路上传播时,遇到波阻抗不连续点(如故障点会发生反射与折射。4-6反射和折射是行波的重要特性,其中,反射波是用来实现故障测距的重要依据。如图1所示,行波U i(入射波沿波阻抗为Z1的线路传播,到达O点,波阻抗由Z1变为Z2,发生反射和折射;一部分行波U r(反射波沿Z1线路返回,另一部分行波U j(透射波沿Z2线路继续传播。O点的反射系数可以用反射电压(电流与入射电压(电流之比来表示,电压反射系数为:(1反射系数大小相等,符号相反。行波法在配电网故障测距中的应用徐汝俊*严凤(华北电力大学电气与电子工程学院,河北 保定

3、 071003摘要:行波法故障测距不受系统参数、运行方式、线路不对称性及互感器变化误差等因素的影响,构成简单、容易实现。该方法通过检测行波在故障点及检测端之间往返一次的时间或利用故障点行波到达线路两端的时间差来计算故障距离,具有测距速度快、精度高的优点。本文介绍了A、B、C、E这4种行波测距方法的原理及其各自的优缺点。通过对10kV多分支配电线路单相接地故障进行仿真,比较正常线路和故障线路波形,找到了第一个波形畸变点并以此来确定故障距离。结果表明测距精度满足实际要求,从而验证了C型行波法在配电网故障测距中的可行性。关键词:配电网;行波法;反射波;测距;仿真*作者简介:徐汝俊,男,华北电力大学电

4、气与电子工程学院硕士研究生。(2当线路出现开路点或行波运动到线路的开路终端时,相当于z28,有反射系数K u=1,Ki=-1。线路中短路点相当于z2,有反射系数K u=-1,Ki=1。如果线路经阻抗接地,此时波阻抗z2可以看做是接地电阻R和波阻抗zi并联的等值阻抗,此时电压反射系数为。二、行波测距方法利用行波进行故障测距有几种方法,按信号采集位置可以分为单端测距和双端测距。利用故障产生的行波进行单端故障测距的方法称为A型行波测距方法,利用故障产生的行波进行双端故障测距的方法称为B型行波测距方法,故障后由人工注入脉冲信号单端测距的方法称为C型行波测距方法,利用线路故障发生后开关重合闸的瞬间,注入

5、电流脉冲双端测距的方法称为E型行波测距方法。(1A型行波测距。在线路发生故障时,故障点产生的电压(电流行波在故障点与母线之间来回反射,根据行波在测量点与故障点之间往返一次的时间和行波的波速来确定故障点的距离。下面以线路发生金属性接地为例,说明A型行波测距法原理。图2中,设在t=0时刻,线路上F点发生金属性接地故障,故障点的电压行波u f以波速v向两侧传播,行波在t1时刻到达检测端M,由于M点为波阻抗变化点,行波发生反射,设该点反射系数为K,则反射波K×u f由检测端M向故障点方向传播。由于故障点为金属性短路,当反射波到达故障点时会发生全反射并改变极性,在t2时刻又返r图1行波的反射和

6、折射过程M图2A型行波测距示意图回检测端M。设故障点到信号检测点M 的距离为X L ,则故障点的计算公式为 :(3透射到接地点的另一侧,但仍有反射波回到检测点,由于(2B 型行波测距。B 型行波测距方法利用故障点产发生故障时,行波到达线路两侧M 和N 的时间分别为t 1和t 2M 的距离X L 由下式求出:(4其中,L 为母线M、N 之间的线路长度。(3C 型行波测距。C 行波原理与A 行波原理一样,如图3所示。该方法不是利用故障发生时产生的行波信号,而是在故障后,由人工向故障线路发射高频脉冲信号,然后检测并识别来自故障点的反射波。测距公式同(3。(4E 型行波测距。E 型行波测距是利用线路故

7、障切除后开关重合闸时向线路注入一个合闸电流脉冲。如果线路发生的是永久性短路故障,则合闸脉冲会在故障点被反射回来,利用检测合闸脉冲与反射脉冲的时间差可以测量故障距离,测距公式同(4。如果线路是瞬时性故障,则不会发生反射,线路恢复供电。三、行波测距方法特点A 型行波法测距装置简单,但行波在不断折、反射中衰减很大,有时不易区分是来自故障点还是其他节点的反射波。B 型行波测距只利用第一个波头,信号幅度大,容易识别,计算处理简单;但线路两端都需要检测装置,且需要通讯设备来实现时间同步,投资比较大。由于故障发生是随机的,当在线路电压过零点发生接地故障时,产生的行波信号很微弱,难以识别,此时A、B 型行波定

8、位就会失效,而E 型行波法可以弥补这种缺陷。C 型行波法是离线测距,不受信号故障时刻行波信号强弱的影响,在进行故障测距时可以重复进行判断。当一次接收到的信号不能清楚分析故障点位置时,可以重新发一个行波信号进行再次测距。此外C 型行波法可以节省装置投资,它不需要在每条线路上装设高频采集装置。但该方法的不足之处是在高阻抗接地和闪络性故障时,接地点的反射信号很弱甚至不产生反射信号,此时需要高压脉冲发生器产生高压脉冲信号击穿故障点绝缘,这对信号发生装置提出了更高的要求。四、仿真分析利用C 型行波法对带分支线路进行测距,通过ATP 软件进行仿真,如图4所示,在线路分支BE 中间处发生单相接地故障,其接地

9、电阻为1000。信号源采用幅值为10kV,宽度为2微秒的高压脉冲信号。其中,线路波阻抗为460, MN=15km,AD=3km,MA=5km,MB=9km,BE=2km,BC=3km,CG=1km。 在检测点采用100MHZ 的采样率进行采样,得到的正常线路波形如图5所示,当F 点发生单相接地故障时,故障波形如图6所示。正常线路与故障线路波形相减,得到的波形差如图7所示,其中第一个波形畸变点是来自故障点的反射波。对图7的波形差信号用matlab 小波包分解和重构,得到故障时刻t =66.70s ,根据公式(3,取v =300m/s ,则:M图3C型行波定位示意图图5正常线路波形x 104图7正

10、常线路与故障线路波形差图6单相接地故障波形图4仿真线路示意图(下转第555页行波法在配电网故障测距中的应用则预测误差率为:E/E E 777-t =(25.44-23.95/23.95=6.22%可见,用此种方法预测的数据具有较好的科学性和准确性。五、结论传统的回归方法是一种成熟的算法,利用该模型对统计规律进行分析能较准确地反映出负荷与影响其精度的因素的关系,得出较佳的预测值。通过分析,精确回归预测要求挑选的样本量要尽可能大,最大程度地降低一些不规则的特殊值的影响。通过对负荷特性的详细分析建立合适的模型,使其能够最接近地描述实际情况,同时还应该结合其他模型,进行综合比较,争取最佳预测。根据对实

11、际电网的负荷预测证明了一元线性回归模型用于负荷预测的科学性和准确性。参考文献:1牛东晓,曹树华,赵磊,张文文.电力系统预测技术及其应用M.北京:中国电力出版社,1998.2张健,曹志东.负荷预测在电力市场中的应用J.山东电力技术,2000,(2.3郭光飞,郭喜庆.模糊线性回归法在负荷预测中的应用J.电网技术,2002,26(4.4关欣,陈志斌,周鸿飞.评价回归模型拟合效果的数量化方法 J.沈阳农业大学学报,2001,(6.五、总结行波法不受系统参数、运行方式、线路不对称及互感器变换误差等因素的影响,构成简单、容易实现。故障行波信号在传播途中会夹杂着一些混合信号,使得行波信号在传播过程中发生畸变,检测起来困难。所以,行波测距法的关键是要能够准确地识别来自故障点的行波波头并确定相应的时刻。小波分析作为一种时域分析方法,可以把信号在时域和频域上进行良好的局部化分析,通过小波变换跨尺度分析可以排除噪声干扰,提取出信号中的奇异点和突变部分,利用小波分析可以比较容易地找到来自故障点的行波波头并确定相应的时刻。参考文献:1陈平,葛耀中,徐丙垠.现代行波故障测距原理及其在实测故障分析中的应用A型原理J.继电器,2004,32(2:13-18.2陈平,葛耀中,徐丙垠.现代行波故障测距原理及其在实测故障分析中的应用D型原理J.继电器,2004,32(3:13-18.3严凤,杨奇逊,齐郑