王燁聞

摘要：在實際運行中，經(jīng)常發(fā)生單相接地故障，特別是在雨季、大風(fēng)和雪等惡劣天氣條件下，單相接地故障更是頻繁發(fā)生，占整個配電線路故障率的70%以上，嚴重影響了變電設(shè)備和配電網(wǎng)的安全、經(jīng)濟運行，影響農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，對農(nóng)民的生命和財產(chǎn)造成嚴重的威脅。本文就農(nóng)電10kV 配電線路單相接地故障發(fā)生的原因、處理辦法以及采取的新技術(shù)、新設(shè)備等方面進行分析。

關(guān)鍵詞：配電線路;單線接地;故障原因;判斷

行波在通過輸電線路為架空—電纜混合線路甚至架空一電纜多次混合后的線路時，有不同的傳播速度。行波測距法中所利用的測距信號為一波速度穩(wěn)定的高頻暫態(tài)行波分量，其波速度可以根據(jù)線路參數(shù)計算或通過實際測量而獲得，且傳播時不會受到故障點電阻、阻抗不匹配點等因素的影響，因此行波測距法具有很高的測量精度。由此看來，在混合線路中行波測距法將無法應(yīng)用;如果用一平均值來代替兩種不同的波速度，則會由于故障點位置的不確定及行波在架空線和電纜線中的傳播速度相差很大等因素的影響使測距精度無法得到保證;因此，一直以來混合線路是行波測距法所面臨的一個難題。本文根據(jù)行波在混合線路中的不同傳播速度，探討基于等價法的雙端D型測距法來解決架空一電纜混合線路的故障測距。

一、行波測距法四種類型的基本原理

現(xiàn)代行波測距法主要有基于單端A型、雙端D型121、重合閘E 型和故障分閘F型四種類型：

1.單端A型測距法

單端A型測距法標(biāo)準模式是通過在測量端感受到的第一個行波浪涌與其在故障點反射波之間的時延和行波波速計算測量點到故障點之間的距離;其擴展模式是利用線路故障時在測量端感受到的第一個行波浪涌與經(jīng)過故障點透射過來的故障初始行波浪涌在對端母線反射波之間的時延和行波波速計算對端母線到故障點之間的距離。

2.雙端D型測距法

雙端測距方法利用線路內(nèi)部故障產(chǎn)生的初始電壓或電流行波浪涌到達線路兩端測量點時的絕對時間之差值計算故障點到兩端測量點之間的距離。

3.重合閘E型

E型測距法的標(biāo)準模式是利用在線路測量端感受到的由本端重合閘初始行波浪涌形成的第一個行波浪涌與其在故障點反射波之間的時延和行波波速計算測量點到故障點的距離;擴展模式是利用在線路測量端感受到的由對端重合閘初始行波浪涌透過故障點到達本端時產(chǎn)生的第一個行波浪涌與其在故障點反射波之間的時延和行波速計算測量點到故障點之間的距離。

4.故障分閘F型

F型測距法的標(biāo)準模式是利用在線路測量端感受到的由本端分閘初始行波浪涌形成的第一個行波浪涌與其在故障點反射波之間的時延和行波波速計算測量點到故障點的距離;擴展模式是利用在線路測量端感受到的由對端分閘初始行波浪涌透過故障點到達本端時產(chǎn)生的第一個行波浪涌與其在故障點反射波之間的時延和行波波速計算測量點到故障點之間的距離。

以上四種現(xiàn)代行波測距法中，行波波速都是唯一、恒定的，因此當(dāng)在混合線路中出現(xiàn)兩個波速度時，現(xiàn)代行波測距法將不再適用。為此本文介紹一種在現(xiàn)代行波測距法的基礎(chǔ)上利用等價原理的方法解決混合線路的行波測距。

二、等價法

等價法是將混合線路等價成為一種線路，具體方法如下：首先根據(jù)線路的參數(shù)計算出混合線路各自的行波波速度，再根據(jù)行波的波速度比將電纜線等價為行波傳播時間相等的架空線，在此長度下應(yīng)用現(xiàn)代行波測距法測量出測量點到故障點的距離，此距離為架空線距離，然后再將相應(yīng)的架空線等價回電纜線即可。

1. 行波的波速度

行波的波速度可通過線路參數(shù)準確地計算出來，但在三相線路中，由于各相之間存在電磁耦合而不能相互獨立，求解過程相當(dāng)復(fù)雜。實際運算時通常將其變換成相互獨立的模分量。本文根據(jù)Clark 變換，將三相分量分解成相與相之間運動的線模分量以及在線路的相與大地之間運動的地模分量。

2. 選擇測距方法

單端的 A 型測距除了需要在測量端精確的測量出故障初始電壓或電流行波浪涌到達測量點的時間外，還要分析后續(xù)波形的性質(zhì)及其到達測量端的時間，區(qū)分出后續(xù)波頭是來自故障點還是來自線路對端母線的反射波。而對于架空一電纜混合線路，在混合點處將出現(xiàn)阻抗不匹配點，行波在各個阻抗不匹配點的折射和反射現(xiàn)象使的初始行波波頭之后的波形變得十分復(fù)雜，很難識別。因此單端A型測距法將不適合于架空一電纜混合線路，同理E型、F型測距方法也受到同樣的影響，無法滿足要求而利用雙端D型測距原理法可以最大限度降低上述因素的影響。雙端行波測距法只需檢測故障產(chǎn)生的初始行波波頭到達兩端測量點的時間，不需要考慮后續(xù)的反射與折射行波，原理簡單，測距結(jié)果可靠。

三、仿真試驗

利用ATP-EMTP和Matlab6.5進行仿真試驗，對基于等價法的雙端D型測距法在架空一電纜混合線路上的可行性進行驗證。

四、配電網(wǎng)混合線路故障行波定位方法

配電網(wǎng)電纜-架空混合線路的出線端口繁多，波阻抗不連續(xù)，故障特征行波的傳輸過程較為復(fù)雜，較適宜采用雙端故障特征行波定位算法，只需要考慮故障特征行波到達線路兩個終端的具體時間即可。由圖3所示，將單相接地故障的發(fā)生點作為分界點，將線路劃分為兩個區(qū)段，即MF區(qū)段和NF區(qū)段，兩個區(qū)段的行波采集器所記錄的故障特征行波到達時間分別定義為集合MF和NF，取其中任意一組數(shù)據(jù)Twe和TNe，再結(jié)合線路具體接結(jié)構(gòu)形式，即可實現(xiàn)故障的定位。

對于一條已知結(jié)構(gòu)的電纜-架空混合線路，其故障特征行波在線路中的傳輸速度也是確定的，要知道線路中任意一故障點Q的具體位置，只需要知道故障特征行波從終端到Q點的走行時間即可。首先將線路中故障點產(chǎn)生的故障特征行波傳輸?shù)骄€路兩側(cè)終端的時間做差，若差值為零，則定義此點為時差零點。先對線路MN進行分析，得到每段電纜和架空線的線路長度和故障特征行波波速，得到線纜 MN的時差零點To。

結(jié)束語

本文著重對配電網(wǎng)電纜-架空混合線路選線與定位技術(shù)進行了研究，分析了故障特征在配電網(wǎng)混合線路中的特性，提出了基于智能融合算法的配電網(wǎng)電纜一架空混合線路單相接地故障選線與定位方法，通過搭建仿真模型進行仿真算例分析，驗證了所提出新方法的合理性、有效性、可行性。

本文所提出的方法還有所欠缺，需要從以下幾個角度展開深入研究：適用于配電網(wǎng)故障特征的高精度檢測方法的實現(xiàn);完善故障定位與具有智能化自調(diào)整功能的重合閘裝置;故障進行智能隔離后，網(wǎng)絡(luò)重新構(gòu)建問題，實現(xiàn)配電網(wǎng)故障自修復(fù)功能。

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