盧圣財，吳旭鵬，許菲菲，沈 良，俞 玲，王聞燚，張 森，徐梓源

(國網(wǎng)上海市電力公司松江供電公司，上海 201600)

目前，110，35 kV高壓配電網(wǎng)大部分都為架空、電纜混合線路，當線路發(fā)生故障后，運行檢修人員主要采用人工排查的方式查找、定位故障點，由于輸電線路都有一定的距離，整段查找效率較低，耗費時間較長，導致供電可靠性下降。由于一些輸電線路所處地理環(huán)境惡劣，這就使得故障點的查找更加困難。因此，研發(fā)實用化故障定位方法對于故障點的高效定位和供電的及時恢復具有重要意義。

國內(nèi)外對故障定位方法的研究按照原理主要分為兩種：一種是阻抗測距法，另一種是行波測距法[1-5]。當前，110 kV線路通常都配置有故障錄波系統(tǒng)，35 kV線路也陸續(xù)逐漸配置。故該方法不再需要添加額外的測量設備，成本低廉，原理簡單。但因阻抗法需要準確的故障電壓和電流以及線路阻抗數(shù)據(jù)為依托，對于混合線路還需要線路的分布參數(shù)，目前在混合線路上的研究還停留在理論與仿真上，并沒有大規(guī)模應用于實際，也沒有大量的真實故障錄波數(shù)據(jù)作為基礎。

1 故障選線及故障時刻檢測

1.1 信號奇異點

通常情況下，當電力系統(tǒng)線路發(fā)生故障時，一個典型的故障過程波形對應不同性質(zhì)的故障應有相應的劇烈變動的時刻，這些波形突變時刻亦即信號的奇異點[6]。例如典型的線路發(fā)生故障時，對應波形上有故障發(fā)生時刻T1，保護動作切除故障，對應故障切除時刻T2，重合閘時刻T3，重合閘之后再切除故障時刻T4。

信號的奇異性可由Lipschitz指數(shù)來描述，可通過計算Lipschitz指數(shù)來檢測和識別信號的突變點。在保證分解尺度和消失矩階數(shù)且能夠精確檢測奇異點的前提下，選擇第2尺度上的db4小波系數(shù)對故障錄波進行奇異點檢測。

1.2 基于小波變換及突變量法相結合的故障特征時刻提取

基于小波變換及突變量法相結合的突變時刻檢測方法的流程圖如圖1所示[6]。首先，將采樣序列按采樣頻率數(shù)分段采用利用db4小波進行分解，邊界卷積通過對稱周期拓延解決。然后，通過重構第二解析度序列生成新的序列R(n)，選取其中的非零值，篩選形成序列Y(n)，并計算其平均值Y，進而利用Y完成進一步的篩選形成Z(n)。最后，計算Z(n)每一分段序列的模極大值得到可疑奇異點集Sset，再根據(jù)Sset中每一個可疑點采用突變量比較法得到所需的突變點。

圖1 突變時刻檢測流程圖

1.3 實用化的故障選線

通過對比提取的故障特征時刻個數(shù)及其前后電流變化特征進行故障選線，選線過程見圖2。由圖2可以看出，由于T1時刻可由故障錄波啟動點直接判斷，因此在進行奇異點檢測之前，先通過判斷T1時刻之后線路所處的狀態(tài)。若不是故障狀態(tài)，則可以判斷非本線路故障；若是，則提取該通道的故障特征時刻。若提取出的故障特征時刻個數(shù)小于2，說明波形突變特征不明顯或未突變，可判斷非本線路故障。若故障特征時刻個數(shù)大于2，繼續(xù)計算T2時刻之后電流有效值，如果電流發(fā)生突變且T2時刻之后電流接近于0，說明T2時刻之后為故障切除狀態(tài)，則表示該線路為故障線路。同時，通過計算T2與T1之間的時間差加強選線判斷，若T2與T1之間時間差大于線路保護動作時間，說明故障由上級線路越級跳閘造成，無法進行故障選線。

圖2 故障選線流程圖

2 基于阻抗法的故障測距原理

2.1 單端電源系統(tǒng)計算

2.1.1 單相接地故障

單端電源系統(tǒng)接地短路等效系統(tǒng)圖如圖3所示。

圖3 單端電源系統(tǒng)接地短路示意圖

由對稱分量法分析可知：

(1)

(2)

則可得：

(3)

假設

(4)

則有

rm+jxm=Rg+(kir+jkii)(r1+jx1)Lk

(5)

由兩邊虛部相等可得：

xm=(kirx1+kiir1)Lk

(6)

考慮現(xiàn)場運行情況，假設故障發(fā)生在架空線段上，并設Km=kirx1+kiir1，此系數(shù)對于架空線路和電纜線路不同，設架空線路該系數(shù)為Kmjk，電纜線路該系數(shù)為Kmdl，以及故障點到測量處電纜段長度為D，由于推導過程基于距離線性變換，故有：

xm=KmdlD+Kmjk(Lk-D)

(7)

則有：

(8)

2.1.2 兩相短路故障

以AB相故障為例，有：

(9)

(10)

(11)

故有：

(12)

xm=x1Lk

(13)

則可設Km=x1，之后計算過程與單相接地時相同。

2.1.3 兩相接地故障

兩相接地故障可分別按兩相短路以及單相接地進行計算并綜合分析。

2.1.4 三相短路故障

三相短路故障可按兩相短路進行計算并綜合分析。

2.2 雙端電源系統(tǒng)計算

3 算例分析

通過220 kV大學站送往35 kV佘山站的35 kV學佘9140線路發(fā)生C相單相接地故障并重合成功進行測試與算例分析。學佘9140線路接于大學站1號主變35 kV側(cè)Ⅱ母上，由于大學站并未記錄35 kV各線路的電流數(shù)據(jù)，只記錄有1號主變35 kVⅡ母側(cè)電壓采樣數(shù)據(jù)以及2號接地變電流采樣數(shù)據(jù)。

由于佘山站負荷電流較小，測距過程中可不考慮其影響，因此采用2號接地變電流采樣數(shù)據(jù)作為故障電流數(shù)據(jù)。各采樣波形如圖4和圖5所示。

圖4 1號主變35 kVⅡ母側(cè)電壓采樣波形

圖5 2號接地變采樣波形

3.1 故障特征時刻提取及故障取點

220 kV大學站的故障錄波采樣信息配置如表1所示，共分4段進行采樣。

表1 大學站故障錄波采樣信息

對序列進行分析后，可以得到各相波形突變時刻如表2所示。由表2不難看出，雖然存在誤差，但均在允許范圍內(nèi)，符合實際工程應用需求。

表2 2號接地變各相突變時刻表 ms

取T1時刻之后兩周波計算電壓電流值如表3所示。

表3 故障定位所需電壓電流值

3.2 故障定位計算

學佘9140為混合線路，架空線長度為4.377 km，型號為LGJ-185，電纜長度為7.911 km，型號為YJV 3×400，參數(shù)計算如表4所示。

表4 電纜及架空線路參數(shù)計算表

其中，對于電纜線路，取r0=10r1，x0=4.5x1，而對于架空線路，取r0=r1，x0=3.5x1。

學佘9140電纜及架空線路分布參數(shù)見圖6。

圖6 學佘9140電纜及架空線路分布圖

由表3電壓電流值可得：

7.016∠43.609°=5.080 0+j4.839 1

(14)

則有

6.470+0.680D

(15)

由于單相接地故障保護重合成功，基本可確定為架空線故障。由計算公式可知故障不可能發(fā)生在初始段的7、8 m處。其余剩下四個架空線路段，分別標為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ段，Ⅰ段為1 257 m，Ⅱ段為242 m，Ⅲ段為447 m、Ⅳ段為2 426 m，如圖7所示。

分別計算在Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ段架空線發(fā)生故障時的故障距離，計算結果如表5所示。

表5 故障測距計算結果 km

由計算結果可知，可大概率確定故障發(fā)生在Ⅳ段，即第Ⅳ段架空線起點處2.08 km左右，但應考慮允許誤差。后經(jīng)過巡視檢修發(fā)現(xiàn)，故障發(fā)生在距Ⅳ段架空線起始1.8 km處。

4 結語

通過對阻抗法的改進并結合準確、詳盡的故障錄波數(shù)據(jù)，同時融合不同部門間的阻抗、線路分布參數(shù)等數(shù)據(jù)，該方法能夠較好地應用于實際生產(chǎn)運行中，實現(xiàn)較為準確地定位故障區(qū)域，誤差在允許范圍內(nèi)，滿足實用化需求;能夠較好地改善目前輸電線路故障點查找定位的應用現(xiàn)狀，更好地輔助運檢人員進行日常維護工作，從而提高工作效率，節(jié)省時間、人力成本。