韋勇 鮑勇彬 黃鵬天 聶壽林 韓生海 潘博超 范瑞妮 吳曉輝 徐毅端

（1. 國網青海省電力公司玉樹供電公司 2. 寶雞市韋思特電氣有限公司）

0 引言

玉樹供電公司所轄的供電范圍廣，供電用戶分布較為分散。鄉(xiāng)鎮(zhèn)以及大型用戶采用35kV等級的線路進行供電。因此35kV是玉樹供電公司最主要的供電等級。35kV線路中含有大量的“T”接線路和“π”接線路，部分線路帶有多條分支線路，線路長度普遍在數十公里。35kV系統(tǒng)在變電站線路出口安裝保護，在主干線路或分支線路發(fā)生故障時可以及時動作或者報警，但是缺乏快速可靠的故障定位手段，在處理永久性故障時，運檢人員需要對干線、支線等在內的全部線路進行巡視，耗費時間長，效率低，給故障后供電的恢復帶來巨大的困難。因此，35kV系統(tǒng)線路故障快速定位技術亟待研究和應用。

我國目前輸電線路采用的故障定位方法主要是雙端行波測距法。雙端行波測距法利用故障初始行波到達線路兩側的時間差來確定故障位置。故障的初始行波不受系統(tǒng)振蕩和互感器飽和的影響，不受線路分布電容的影響，與過渡電阻無關。基于此，行波測距可以在復雜多變的氣候環(huán)境中判斷出故障的類型、性質和位置。目前應用于輸電線路的雙端行波測距對于簡單線路具有較高的精準度。但是對于T接線路、π接線路以及多分支線路等復雜拓撲結構的電力線路，現有的行波測距難以滿足，可靠準確的行波測距方法仍有待研究。

35kV系統(tǒng)故障快速定位研究項目旨在通過對多端故障前后電氣量的分析，針對35kV系統(tǒng)T接線路和π接線路發(fā)生的故障，判斷故障區(qū)段。在故障區(qū)段定位的基礎上，利用多端綜合組合法測距技術，測量故障距離，為后期故障處理提供可靠的支撐。本項目研究的故障快速定位技術有助于快速故障清除和快速供電恢復，提高運檢效率，對于提高供電可靠性具有重要的意義。

1 故障快速定位原理

當配電網發(fā)生故障時，故障定位可以準確快速地反映故障位置信息，幫助檢修人員迅速確定線路故障的具體位置、減小巡線范圍，從而縮短因配網故障引起的停電時間。

配電網實用化故障定位總體上可分為兩個步驟：故障區(qū)段的確定與區(qū)段內故障測距。故障區(qū)段方面，利用故障后的就地化故障隔離或故障行波信息，實現故障區(qū)段的快速確定；故障測距方面，在判斷故障類型和故障相別的基礎上，采取有針對性的故障測距手段，實現故障位置的準確測量。

在配電線路出現故障后，本方案將根據就地化故障隔離等相關信息快速確定故障區(qū)段，再根據對應區(qū)段保護終端的測量數據判別故障類型及故障相；以此為基礎，有針對性地采用單端阻抗法或雙端行波法等故障測距算法，實現配電網饋線的實用化故障定位。

1.1 故障類型判斷與故障選相

為滿足故障測距算法的實際需要，在故障就地隔離后，須首先根據保護終端的測量數據對配網的故障類型及故障相別進行準確判斷，其基本思路如圖 1所示。

圖 1 故障類型判斷與故障選相示意圖

1.2 故障測距算法

1.2.1 單相接地故障

由于配電網二次繞組采用中性點不接地連接方式，因此在發(fā)生單相接地故障時，三相線路中不會流過大短路電流；在這種情況下，允許線路短時運行，保護不進行動作，此時運檢人員應確定接地故障發(fā)生位置并及時排除故障。

本方案利用故障行波的方向性來確定故障區(qū)段及故障位置，以幫助運檢人員縮小巡線范圍，減小配網不正常運行時間。

其基本思想為：故障發(fā)生后，故障行波從故障點將分別向電源側與負荷側傳播，位于故障前、后的保護終端會分別接收到正向、反向行波信號，利用各終端對行波極性的判斷，即可實現對于單相接地故障區(qū)段的快速確定；隨后，利用故障點兩側的保護終端接收到行波的時間差，可以對單相接地故障位置進行測量。

以玉樹供電公司下轄的結古變線路為例，線路中發(fā)生單相接地故障，如圖2所示。

圖 2 雙端行波測距原理示意圖

當故障點F發(fā)生單相接地故障后，行波信號將以速度v向線路兩端傳播，位于線路兩端E、H的保護終端將分別接收到正向、反向行波信號，據此可以判斷故障發(fā)生區(qū)段；終端檢測到行波將記錄其到達時刻tE、tH，通過該時間差tE-tH即可計算得到故障點位置lEF（或lFH）。

根據上述思路，故障點至兩側測量終端距離的計算方法如下：

1.2.2 兩相（接地）故障

當配網發(fā)生兩相（接地）故障時，兩故障相間形成故障環(huán)路，線路中將流過較大電流，此時保護應迅速動作并實現就地化故障隔離。在根據故障隔離信息確定故障區(qū)段后，本方案將依次進行故障選相與故障測距。

故障區(qū)段確定將根據前述就地化故障隔離結果信息，從而快速判斷兩相（接地）故障的故障區(qū)段。

故障測距方面，根據配電網單電源輻射型的接線特點，在兩相（接地）故障時采用單端阻抗法進行故障測距，方案如下：

首先，利用相電流差突變量等方法提取故障特征，進行故障類型與故障相別的判斷；其次，根據故障選相的結果，利用線路阻抗與線路長度成正比的特點，計算故障環(huán)路的測量阻抗，并通過對故障環(huán)路方程取虛部等方式，減小過渡電阻對測量阻抗的影響，實現兩相（接地）故障的準確故障定位。

如圖3所示，假設玉樹供電公司下轄的結古變線路F點處經過渡電阻RF發(fā)生AB兩相（接地）故障，設故障點至該區(qū)段保護終端距離為lF。

圖3 兩相（接地）故障示意圖

根據故障選相的結果確定故障環(huán)路為：A相電源-A相線路-過渡電阻-B相線路-B相電源。據此，可以得到：

上式中存在故障距離lF和過渡電阻RF兩個未知數，對上式展開，在實部、虛部分別列等式，解此方程即可得到故障距離lF和對過渡電阻RF的估計。

1.2.3 三相故障

當三相故障時，三相相間形成故障環(huán)路，饋線中流過較大短路電流，此時保護將迅速動作并實現就地化故障隔離；根據就地化故障隔離結果，可以快速判斷配電網饋線三相故障的故障區(qū)段。

故障測距方面，根據配電網單電源輻射型接線特點，在三相故障時采用單端阻抗法進行故障測距。當故障類型判斷為三相故障時，三相故障點至保護終端距離的計算思路與兩相故障時基本相同，即選取故障環(huán)路并計算測量阻抗；利用線路阻抗與線路長度成正比的特點，實現三相故障的準確故障定位。

2 復雜拓撲線路故障快速定位原理

由于用戶分布較為分散，玉樹供電公司下轄的35kV供電線路存在大量T接線路和π接線路。這些復雜拓撲線路的故障快速定位需要用到多端信息進行綜合。35kV系統(tǒng)故障快速定位系統(tǒng)包括故障定位終端裝置和后臺兩部分組成。針對35kV系統(tǒng)T接線路和π接線路，終端裝置安裝在變電站線路出口和戶外分支線路與主干線路交匯點。終端裝置通過有線或無線通訊的方式接入主站后臺或調度中心，接受指令并且上傳數據。部署方案示意圖如圖4和圖5所示。

圖4 T接線路故障快速定位系統(tǒng)部署方案

圖5 π接線路故障快速定位系統(tǒng)部署方案

終端裝置的作用主要是采集故障定位必需的電氣量，并進行存儲。在得到后臺的命令后將所需要的數據上傳至主站。在分支線路于主干線路交匯點安裝定位終端裝置，可以提供必要的故障的方向信息，為快速定位故障區(qū)段提供可靠的信息來源?；讷@取到的多端信息，可以實現故障區(qū)段的綜合研判以及故障定位。

2.1 基于多端故障方向信息的故障區(qū)段綜合研判

故障發(fā)生后，系統(tǒng)中的電氣量包含故障的方向信息，這些電氣量包括零模電流行波極性、零序電壓電流相位差、負序電壓電流相位差等等。通過比較多端裝置中的故障方向信息可以確定故障區(qū)段。具體流程如下：

1）根據保護裝置上傳的故障報告信息確定故障發(fā)生時刻，后臺主站下發(fā)指令調取所有終端裝置故障前后一段時間內的工頻電氣信息和行波電氣信息。

2）首先判斷零模電流行波的幅值。當幅值大于定值的時候，判斷線路發(fā)生了接地故障。比較相鄰終端的零模電流行波極性，判斷故障區(qū)間。

3）若零模電流行波的幅值小于定值，則利用相鄰終端的負序故障信息判斷故障區(qū)間。

2.2 基于多端故障信息的組合測距

1）根據上述區(qū)段識別結果，若故障發(fā)生在主干線路上，利用雙端行波法進行測距。

2）若故障發(fā)生在分支線路上，則利用分支線路末端變電站內的信息進行組合法測距。即用阻抗法大致確定故障范圍，再利用單端行波測距精確故障距離。

3 結束語

本文提出的35kV線路故障快速定位策略，能夠使35kV系統(tǒng)故障的處理速度得到極大地提升。故障區(qū)段的準確識別可以縮短巡線排查的范圍，故障測距可以為故障位置的巡查提供重要的參考依據，加快故障排查和處理，縮短停電時間，提高用戶供電的可靠性。