基于双端行波原理的辐射状配电线路故障测距

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1、重庆大学硕士学位论文电可靠性，而且也是配电网综合自动化发展的必然要求。但由于配电网结构复杂多变，要研究各种结构的配电线路的故障定位有相当的难度，因此，本文只针对结构相对简单的辐射状配电线路的故障定位问题。1.2配电线路故障定位的现状综述配电网小电流系统运行方式多样，线路结构多变，故障情况复杂，其中接地故障发生机率最高，目前对于小电流接地系统故障定位的研究也大多集中在单相接地故障定位方面，而对于线路相间短路故障，由于伴随出现过流现象，一般比较容易定位故障点。但是对于单相接地故障，由于其接地电流仅为线路对地电容电流或消弧线圈补偿后的残流，数值非

2、常小，故障特征不明显。因此，配电网的单相接地故障的定位至今仍是困惑[13~15]电力系统的难题。近年来，国内外提出的小电流接地故障定位方法很多，归纳起来有：阻抗法、中电阻法、S信号注入法、加信传递函数法、区段查找法、端口故障诊断法、5次谐波法、[13~15]行波法等几种。其中中电阻法、S注入法、加信传递函数法、端口故障诊断法可以划归到主动式故障定位方法一类；而阻抗法、区段查找法、行波法则可以称为被动式故障定位方法。阻抗法的分析是基于输电线是均匀线的前提，即假设故障线路的阻抗与测量点到故障点的距离成正比来计算故障距离的。但是由于故障点过渡电阻

3、、线路分布非完全对称，[6、16]加上负荷经常变动的影响，阻抗法的测距误差难以满足实际使用的需要。中电阻法是在接地故障发生后，人为在系统中性点投入一定值的电阻，在故障线路故障相与系统母线间形成一人为的故障工频电流，通过检测工频电流突变量就可以实现线路接地故障的定位。该方法实质是通过人为增大故障电流，从而使得故障点容易确定，但是该方法所需的中性点电阻设计困难，同时增大了系统的安全隐患和对通讯系统的干[18]扰，也不利于人身安全。S注入法的原理是，在系统发生故障时，向系统注入一个特定频率的电流信号，然[18]后利用专用的信号电流探测器查找故障线

4、路和故障点，称之为“S注入法”。S注入法的缺点在于注入信号的能量有限，而且受导线分布电容影响较大，如果故障点是经高阻抗接地，如经水泥杆接地，或者故障点距离线路始端很远，那么信号将很微弱，难以准确测量。加信传递函数法是在故障线路出线处加方波诊断信号，根据故障后电路拓扑结构的变化，用频域分析进行定位的单端测距算法。该方法基于频谱分析的原理和线路的分布参数模型，从线路首端施加方波激励信号源，在首端测量时域的零序电压和电流数据，22行波原理线路故障测距通过计算得到频域传递函数，根据各分支端口传递函数频谱的频率、相位和波形特征实[19]现接地故障定位

5、。加信传递函数法对中性点不接地系统具有测距结果不受负载参数变化影响的优点，但由于其取地模网络做为故障定位信息依据，不能解决只存在线模分量的相间短路故障的定位问题。[20~21]区段查找法，通过馈线终端(RTU，FTU)检测各段开关处的电气量，进行故障区段的判断，将故障区段迅速隔离，在一定程度上缩小故障范围，缩短了故障查找时间。但是此法的测距作用是有限的，无法实现故障线路的精确定位，且实现配网自动化成本太高，限制了其应用范围。[22.23]端口故障诊断法，该方法将模拟电路故障诊断理论应用于分布参数传输网故障诊断，提出利用单相接地后的故障电压和

6、电流的特点进行定位，从端口方程出发，通过施加音频正弦信号，以比较传输网可测端口故障前后测试信号的变化量为根据，实现自动在线定位故障分支。该方法的优点是故障诊断测后工作量小，适用于较大网络的故障诊断，但分支线路故障难以确定。[24]5次谐波法，该方法利用故障点前向支路、后向支路和非故障支路的零序电压、零序电流的特点，通过测量空间电场和磁场的5次谐波并分析其幅值和相位关系判断小电流接地系统单相接地故障点。由于5次谐波幅值较小，检测有一定困难，因此，如何提高检测装置的灵敏度和抗干扰能力，是其推广应用的关键。行波法是利用高频故障暂态电流、电压的行波

7、或断路器断开或重合时产生的暂态信号，来间接判断故障点的位置，该方法已经在高压远距离输电线路的故障定位上取得了良好的应用效果，能否也将行波测距应用于配电网系统就成为人们关注的焦点。目前，已经有不少科研人员对配电线路行波故障测距开展了大量的研究和探索。文献[25]提出在配电线路沿线装设故障指示装置，通过捕捉故障产生的高频行波信号实现架空线路的故障定位，但该方法造价较高，且不适用于电缆线路，因此，实用性相对有限。文献[26]提出通过识别来自故障点和不连续点的反射波来确定故障区段，从而找出与故障点相关的两个反射波，并由这两个波的最大相关时间计算得到

8、故障点到检测端距离的单端行波测距方法，但要获取所需的行波信号，需要在多点安装故障行波测量装置，造价昂贵。文献[27]将零模和线模分量相结合，用零模分量对故障点反射波和对端反射波进