基于暂态行波的配电线路故障测距研究

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1、●摘要国内外中压配电网广泛采用中性点非有效接地(包括不接地、经消弧线圈接地和经高阻接地)运行方式，以避免发生单相接地故障(又称小电流接地故障)时跳闸，造成供电中断。对于小电流接地故障，由于故障电流微弱、电弧不稳定等原因，接地故障点的定位比较困难，一直缺乏可靠的故障定位方法：对于短路故障，目前对其定位的诸多方法多不具有自动定位功能。因此，小电流接地系统线路故障的快速自动定位对于提高供电可靠性、减少停电损失具有重要的意义。本文利用线路故障瞬间产生的暂态行波信号，根据双端行波故障测距原理实现配电线路小电流接地故障及短路故障的快

2、速准确定位。主要做了以下方面的研究工作：(1)系统分析了小电流接地系统线路各种类型故障行波的暂态特征以及行波在配电线路中的传播特性。通过对故障行波暂态特征的分析发现，尽管小电流接地故障发生后线路稳态线电压和负荷电流保持不变，但其故障暂态过程仍然产生行波线模分量：相问短路故障暂态过程也产生行波线模分量，这样各种类型故障都可以利用参数较稳定的行波线模分量作为故障测距信号。通过对行波在配电线路中的传播特性分析发现，行波在配电线路中传播的过程中会发生复杂的折射和反射，从而单端行波故障测距原理不适合于结构复杂的配电线路。(2)确定

3、利用双端行波故障测距原理实现配电线路故障定位。提出基于时间中点的双端行波故障测距新方法，并给出了算法实现过程，解决了配电架空线、电缆混合线路波速度不连续的问题。在分析行波在配电线路末端反射规律的基础上，根据配电线路不同的结构特点，提出了“电压一电压”、“电流一电压”、“电流一电流”三种双端行波故障测距模式。(3)提出利用配电变压器传变行波，解决配电线路行波故障测距中线路末端信号不易获取的难题，并对配电变压器的行波传变性能进行了详细研究。研究结果表明，对于暂态行波信号，配电变压器具有较快的上升时间和较高的截止频率，从而证明

4、配电变压器能够有效传变行波波头信号，满足行山东大学博士学位论文波故障测距要求。(4)对目前广泛应用的三相配电变压器的行波传变特征进行了详细分析。分析发现，尽管小电流接地故障后线路的稳态线电压保持不变，但其故障暂态过程产生的电压行波线模分量可以有效传变到变压器低压侧，且利用低压侧的三个相电压或任意两个线电压就可以有效检测到各种类型故障初始行波信号。(5)根据不同配电线路的结构特点以及线路末端互感器的配置情况，给出了普通配电线路和特殊配电线路两端行波信号的获取方案。对于配电线路母线端，可以直接利用已有的电压或电流互感器获取行

5、波信号；对于线路末端，普通配电线路利用配电变压器获取行波信号，特殊配电线路利用已有的互感器获取所需行波信号。(6)提出利用铁路自闭／贯通线路(重要特殊配电线路)两端已有线电压互感器(V．V接线)获取故障行波信号，利用“电压一电压”行波故障测距模式实现故障测距。详细分析了线电压互感器的行波传变特征，提出以互感器二次侧的b相为参考相t只利用“。、“。两个线电压信号就可以有效获取各种故障行波信号，此研究结论对于铁路自闭／贯通线路行波故障测距的现场实现具有重要意义。(7)详细分析了各种行波测量互感器的行波传变特征，为选择互感器二

6、次侧的合适信号作为行波测距测量信号提供了理论依据。分析还发现，线路发生不同类型故障时，行波测量互感器二次侧检测到的故障波形幅值和极性的特征也不相同，且它们的特征具有唯一性，由此提出综合利用行波测量互感器二次侧检测到的故障波形的幅值和极性特征快速识别故障类型。(8)详细阐述了超高速数据连续采集、两端装置精确时钟同步、行波测距装置之间的数据通信以及分支线路故障点的准确定位等诸多实用中所面临的关键技术问题的解决方案。(9)分析了小电流接地系统线路故障工频特征，定义相间短路故障的工频过电流和单相接地故障的工频零序电压为故障工频特

7、征量，提出以故障工频特征量作为测距装置故障启动校验条件，大大提高了故障测距系统的可靠性。(10)提出以故障初始行波波头起始点作为行波到达的准确时刻，并利用●●摘要小波变换模极大值原理准确标定出行波波头到达时间，从而减小了行波波头上升缓慢对故障测距精度的影响。(11)利用电磁暂态仿真软件ATP对小电流接地系统线路故障进行了仿真，设计了配电线路行波故障测距试验系统进行现场试验并投入试运行。通过仿真和现场试验，验证了本文对行波暂态特征分析结论和所提故障测距方法的正确性。试验系统现场运行结果表明，本文提出的故障测距方法具有很高的

8、定位可靠性，能够满足实用要求，其推广应用可望解决小电流接地系统故障定位困难这一长期困扰电力系统的难题。本文的创新点如下：a．研究发现，尽管小电流接地故障后线路稳态线电压和负荷电流保持不变，但其故障暂态过程仍然产生行波线模分量，并且它们可以有效传变到行波测量互感器二次侧。b．提出基于时间中点的双端行波测距新方法实现配电