配电网单相接地故障行波定位的可靠性分析

配电网单相接地故障行波定位的可靠性分析

0故障定位技术应用中国的输电线通常采用中性点非有效接地方式。与高压输电线路相比,配电线路故障频繁尤其是单相接地故障概率最大,据统计单相接地故障占故障总数的80%以上。而且由于配电网单相接地时故障特征量小,造成故障定位困难。目前主要采用人工巡线的方法来查寻故障点。随着配电网网架的加强,线路的增长,以及分支线路的不断增多,线路变得尤其复杂。利用传统的巡线方法很难找出故障点的位置,因此进行配电线路故障定位技术的研究具有重大的现实意义。行波法理论上能够快速可靠地定位出故障点的位置。C型行波法有独立的信号源,在故障定位时可以重复判断,不受故障行波信号强弱的影响。但是由于行波在线路上以接近光速的速度传播,1μs的偏差就会造成约150m的误差,因而造成定位不够精确。S信号注入法是通过母线PT向接地线的接地相注入S信号电流,然后利用专用的信号电流探测器查找故障线路和故障点。S注入法能够精确定位,但是仍然需要沿线路探测,耗费时间长。本文综合了两种方法的优点提出了一种基于双端测距的单相接地故障定位新方法。该方法首先分别从主线路两端测得故障点的距离,然后根据测得的距离和其他已知条件判断出故障点所在的分支线路,进而定位出故障点的位置。其主要优势是能够准确可靠地判断出故障所在的分支线路,即能够准确地排除伪故障点。1s信号注入法sC型行波法是在离线的条件下,从母线始端注入一个高压脉冲信号,再由采集卡采集反射回来的波形和记录数据,经过对波形的分析和对数据的处理,来计算出一个大概的距离。若发射脉冲信号的时刻为t1,故障点的反射信号到达信号检测点的时刻为t2,则故障点到检测点的距离可表示为XΜ=t2-t12v(1)XM=t2−t12v(1)式中:v是行波在线路中的传播速度,其示意图如图1所示。S信号注入法是通过母线PT向接地线的接地相注入S信号电流,其频率处于工频n次谐波与n+1次谐波之间,然后利用专用的信号电流探测器查找故障线路和故障点。沿接地线路进行探测时,注入信号消失点即为接地点。对于有分支线路的情况只要离开分支点6m,对每一分支进行探测,探测到信号电流的分支即为接地点所在的分支。S注入法示意图如图2所示。2基于双端测量距离的定位方法2.1主线路故障的确定方法为了描述问题的方便,本文对配电线路模型进行了简化,规定主线路为直接从变电站出来的线路且不直接与用户相连,一条主线路上有若干条分支线路,而分支线路上不再有分支。定位的具体步骤如下:(1)在主线路一端分别向正常相和非正常相发射脉冲信号。比较反射波形,波形突变时刻对应故障时刻。然后根据C型行波法的原理求出故障点到测量点的距离。(2)在主线路另一端用类似的方法求出故障点到测量点的距离。(3)假设故障发生在线路分支上,求出故障分支所在的线路区间。(4)根据判定条件把故障分为线路分支故障和不确定故障两种类型。结合S注入法确定故障点所在线路。(5)若故障点在主线路上,由任何一端测得的距离直接可确定故障点位置。若故障点在分支线路上,则由故障分支在主线路上的位置和任何一端测量的距离也可确定故障点位置。2.2故障点位置计算如图3所示,在B1B分支线路上的F点发生单相接地短路。根据网络结构特点可得方程组:{ΜΟ+Μ1Ο=ΜΜ1ΜΟ+ΟF=ΜFΜ1Ο+ΟF=Μ1F(2)⎧⎩⎨⎪⎪MO+M1O=MM1MO+OF=MFM1O+OF=M1F(2)式中:MM1为主线路的长度;MF,M1F分别为故障点到M端和M1端距离。实际中MM1长度已知,MF和M1F分别为待测的量。由于存在测量误差所以有下列关系:{ΜF=ΜF′+ΔΜFΜ1F=Μ1F′+ΔΜ1F(3)MF′和M1F′分别为实际测得的值,ΔMF和ΔM1F分别为各自的测量误差。由式(2)可得:ΜΟ=ΜF-Μ1F+ΜΜ12(4)由式(3)和式(4)可得:ΜΟ=ΜF′-Μ1F′+ΜΜ1+ΔΜF-ΔΜ1F2(5)ΔMF和ΔM1F取误差上限,记误差上限为σ,记:A=ΜF′-Μ1F′+ΜΜ12-σB=ΜF′-Μ1F′+ΜΜ12+σ则MO∈[A,B](6)当线路一点发生单相接地短路时可分为以下4种情况:(1)当MF′+M1F′-MM1>2σ且在主线路[A,B]区间内只有一条分支时,可判定该分支即为故障分支。(2)当MF′+M1F′-MM1>2σ且在主线路[A,B]区间内有多条分支时,可结合S注入法来判定故障分支。(3)当MF′+M1F′-MM1≤2σ且在主线路[A,B]区间上没有分支时,可判定故障发生在主线路上。(4)当MF′+M1F′-MM1≤2σ且在主线路[A,B]区间上有分支时,结合S注入法来判定故障是在分支上还是主线路上。通过以上方法确定故障点所在的线路后,再根据测得的故障点到检测点的距离便可确定故障点的准确位置。MF′+M1F′-MM1>2σ为故障点在分支线路上的判定条件。而MF′+M1F′-MM1≤2σ不能判定故障是否在分支上。这种情况下结合S注入法进一步判断。3计算与分析3.1变压器仿真模型以图4所示的配电线路为例。F点为接地点,接地电阻为500Ω。AB=3km,BC=3km,CD=3km,DE=3km,EG=2km,BH=3km,CK=4km,CF=1.5km,DI=3km,EJ=4km。通过ATP仿真软件搭建模型并进行仿真。模型采用分布参数的单相线路,线路波阻抗设置为500Ω,发射信号采用幅值为10kV宽度为1μs的高压脉冲信号,波速为3×108m/s。采样间隔为0.001μs,采样时间为200μs。配电变压器每相绕组入口电容为423pF。仿真模型如图5所示。3.2故障点到测量点的距离从A端测得的正常相与故障相的波形差(滤波后)如图6所示。采用db1小波做一维离散小波变换,并进行6尺度分解,如图7所示。由小波变换可知第100个点为奇异点。仿真时采样间隔为0.001μs,但做离散小波变换的数据是隔500个点抽取的。所以对应的时刻T1=100×0.001×500=50。故障点到测量点的距离为:AF′=3×108×50×10-6/2=7500m。从G端测得的正常相与故障相的波形差(滤波后)如图8所示。采用db1小波做一维离散小波变换,并进行6尺度分解如图9所示。由小波变换可知第125个点为奇异点,对应时刻T2=125×0.001×500=62.5μs。故障点到测量点的距离为:GF′=3×108×62.5×10-6/2=9375m。测量偏差一般小于1μs,则可设置σ=3×108×10-6/2=150m。由判定条件AF′+GF′-AG=2875m>2σ可判定故障发生在分支线路上。设分支线路与主线路的交点为O。由式(6)可知AΟ∈[AF′-GF′+AG2-σ‚AF′-GF′+AG2+σ]经计算得AO∈[5912.5,6212.5]。在该范围内只有一条分支CK,可以确定故障发生在CK分支上。又由AF′-AC=1500m。可知故障点在距B点1500m处,仿真分析与