張明一，孫元章，黎 雄，徐 箭，廖思陽(yáng)，陸裕富

（武漢大學(xué)電氣與自動(dòng)化學(xué)院，湖北省武漢市 430072）

0 引言

配電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行與人民的生活質(zhì)量息息相關(guān)，相較于點(diǎn)對(duì)點(diǎn)傳輸輸電線(xiàn)路成熟的故障定位技術(shù)［1-4］，配電網(wǎng)更加復(fù)雜的拓?fù)涫蛊涔收隙ㄎ蛔兊美щy。隨著分布式電源（distributed generator，DG）的接入，改變了配電網(wǎng)單一的集中式供電結(jié)構(gòu)，因而配電網(wǎng)的各種保護(hù)與控制設(shè)備無(wú)法做到準(zhǔn)確整定，供電可靠性受到挑戰(zhàn)，故快速、準(zhǔn)確地判斷故障位置并排除故障從而盡快恢復(fù)供電具有重大意義。

目前，學(xué)者針對(duì)配電網(wǎng)故障定位問(wèn)題的研究重點(diǎn)集中在行波法，原理上可分為單端法［5］和多端法［6］，在面對(duì)電纜線(xiàn)路和架空線(xiàn)路混合的線(xiàn)路時(shí)還存在2種線(xiàn)路波速的換算問(wèn)題［7］。配電網(wǎng)復(fù)雜的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)使得行波波頭來(lái)源難以辨識(shí)，因此，需要利用合適的故障區(qū)間尋找算法［8-10］將所研究配電網(wǎng)從復(fù)雜拓?fù)滢D(zhuǎn)化為簡(jiǎn)單拓?fù)?，再使用行波法在故障區(qū)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)精確定位?？梢灶A(yù)見(jiàn)的是當(dāng)拓?fù)涓鼜?fù)雜時(shí)，為達(dá)到較好的精度和魯棒性，勢(shì)必會(huì)增加行波檢測(cè)裝置數(shù)量和故障區(qū)間算法的復(fù)雜性。將僅獲取故障引起的行波波頭到達(dá)時(shí)間擴(kuò)展到對(duì)整個(gè)行波信號(hào)進(jìn)行分析，故障引起的行波信號(hào)能提供更多的信息。

文獻(xiàn)［11］通過(guò)頻域分析將時(shí)域反演（time reversal，TR）概念第1次應(yīng)用到電網(wǎng)，文獻(xiàn)［12］將該理論從頻域推廣到時(shí)域，時(shí)域反演理論在串補(bǔ)輸電線(xiàn)路故障定位［13］、多端高壓直流電網(wǎng)故障定位［14］、高壓直流輸電系統(tǒng)電壓源換流器故障定位［15］、徑向網(wǎng)狀交直流網(wǎng)絡(luò)故障定位［16］等領(lǐng)域得到驗(yàn)證。時(shí)域反演理論嘗試在實(shí)際電網(wǎng)進(jìn)行試驗(yàn)［17-18］，并取得不錯(cuò)的定位效果。以上文獻(xiàn)使用電磁時(shí)域反演時(shí)的一個(gè)重要假設(shè)是在所研究的暫態(tài)過(guò)程中，系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)保持不變，在反演階段建立的仿真模型保持與故障時(shí)線(xiàn)路一致，包括線(xiàn)路拓?fù)?、分布式參?shù)、故障類(lèi)型、過(guò)渡電阻等，要求故障發(fā)生時(shí)不僅需要記錄故障引起的暫態(tài)信號(hào)，還要獲取故障類(lèi)型、過(guò)渡電阻等信息。而在實(shí)際配電網(wǎng)中，不同時(shí)間發(fā)生的故障相關(guān)信息隨時(shí)可能發(fā)生變化。因此，目前對(duì)于時(shí)域反演算法的研究均為驗(yàn)證性仿真或試驗(yàn)，要求配電網(wǎng)參數(shù)已知，適用性較差。

當(dāng)對(duì)嚴(yán)格相等的條件進(jìn)行放寬后，該方法能達(dá)到更好的定位效果，因此文中提出改進(jìn)的時(shí)域反演算法。該方法進(jìn)一步擴(kuò)展時(shí)域反演算法的選相特性，解決實(shí)際故障時(shí)故障類(lèi)型和過(guò)渡電阻未知的問(wèn)題，在10 kV含分布式電源配電網(wǎng)線(xiàn)路上進(jìn)行仿真驗(yàn)證，并在復(fù)雜拓?fù)湎聦?shí)現(xiàn)良好的故障定位效果，對(duì)線(xiàn)路參數(shù)誤差具有一定的魯棒性。最后，在10 kV配電網(wǎng)線(xiàn)路上針對(duì)不同的過(guò)渡電阻和不同長(zhǎng)度及參數(shù)的線(xiàn)路進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)帶電試驗(yàn)。

1 時(shí)域反演算法原理分析

時(shí)域反演如式（1）所示。

式中:T為時(shí)間窗；s為信號(hào)；x為位置；t為時(shí)間。

時(shí)域反演變換僅僅是參考系的變換，是時(shí)間軸的擬鏡像反射。為了使分析更加直觀，對(duì)時(shí)域反演技術(shù)的數(shù)學(xué)建模采用頻域公式推導(dǎo)，時(shí)域反演在頻域上相當(dāng)于共軛，如式（2）所示。

式中:τ=?t；ω為角頻率；F［·］代表傅里葉變換；X(s)為故障信號(hào)；*代表共軛。

時(shí)域反演技術(shù)根據(jù)時(shí)域反演不變性，將時(shí)域信號(hào)進(jìn)行反演處理并傳回系統(tǒng)［19］，信號(hào)波將自動(dòng)在故障源處實(shí)現(xiàn)時(shí)間-空間的同步聚焦。參考文獻(xiàn)［20］，時(shí)域反演算法可以有n個(gè)信號(hào)記錄裝置，即端點(diǎn)，實(shí)際中端點(diǎn)一般為變電站的二次側(cè)。在xf處發(fā)生故障，端點(diǎn)ri接收到故障信號(hào)，并對(duì)信號(hào)進(jìn)行時(shí)域反演，在長(zhǎng)度為L(zhǎng)的線(xiàn)路上定義S1，S2，…，SM等M個(gè)猜測(cè)故障位置（guess fault location，GFL），測(cè)量時(shí)域反演信號(hào)反向注入線(xiàn)路上M個(gè)GFL處的信號(hào)，根據(jù)所得的M個(gè)信號(hào)的能量最大值判斷故障位置。暫態(tài)信號(hào)時(shí)域反演后在故障點(diǎn)處實(shí)現(xiàn)能量聚焦的證明如式（3）所示。

式中:E為能量；G(Sk，ri，s)為Sk與端點(diǎn)ri之間的傳遞 函 數(shù)。等 式 的 成 立 條 件 為:G(Sk，ri，s)=G(xf，ri，s)。

由式（3）可以看出，故障源產(chǎn)生的故障信號(hào)經(jīng)由端點(diǎn)時(shí)域反演后，在故障點(diǎn)處信號(hào)能量值最大，實(shí)現(xiàn)能量的聚焦。時(shí)域反演算法的能量聚焦特性主要與故障暫態(tài)信號(hào)傳播過(guò)程及故障信號(hào)X有關(guān)，而與反演階段GFL的故障類(lèi)型、過(guò)渡電阻等設(shè)置無(wú)關(guān)，即反演階段GFL的故障類(lèi)型、過(guò)渡電阻等設(shè)置不會(huì)影響故障定位的結(jié)果。因此，可以在反演階段針對(duì)GFL相關(guān)設(shè)置進(jìn)行改進(jìn)。

2 改進(jìn)的時(shí)域反演算法

在對(duì)時(shí)域反演算法進(jìn)行改進(jìn)之前，首先對(duì)時(shí)域反演算法對(duì)高頻信號(hào)的依賴(lài)進(jìn)行研究。以某一無(wú)分支線(xiàn)路為例進(jìn)行分析，在長(zhǎng)度為L(zhǎng)的線(xiàn)路xf處發(fā)生故障，故障信號(hào)為Uf(s)。變電站用一個(gè)較大的阻抗等效［19］，變電站二次側(cè)安裝一套信號(hào)記錄裝置。該裝置將時(shí)域反演的信號(hào)反向注入傳遞至GFL的故障電流信號(hào)，如式（4）所示［14］。

式中:Z為變電站等效的阻抗；γ為均勻傳輸線(xiàn)的傳播常數(shù)；x'f代表GFL；ρ1為某端的反射系數(shù)。

利用MATLAB對(duì)時(shí)域反演算法進(jìn)行仿真分析，建立了一條總長(zhǎng)度L=10 km的線(xiàn)路，在xf=8 km處發(fā)生了故障。變電站等效阻抗Z=100 kΩ，采用階躍函數(shù)來(lái)模擬故障信號(hào)Uf(s)=（1/（jω））V/（rad·s?1）。線(xiàn)路無(wú)損耗，單位長(zhǎng)度電容 和 電 感 分 別 為7.10×10?12F/m和1.56×10?6H/m。每隔10 m設(shè)置一個(gè)GFL，應(yīng)用式（4）計(jì)算使用單端測(cè)量時(shí)GFL處的電流，然后計(jì)算與流經(jīng)每一個(gè)GFL的電流信號(hào)相對(duì)應(yīng)的故障電流信號(hào)能量（fault current signal energy，F(xiàn)CSE），故障電流信號(hào)能量E1如式（5）所示。

式 中:xf，m代表某 個(gè)GFL；Ig(i)為xf，m處 的 故 障 電流信號(hào)Ig的第i個(gè)元素；N為矩陣Ig包含的數(shù)據(jù)量。

針對(duì)所有GFL的FCSE，以最大的FCSE為基準(zhǔn)進(jìn)行了歸一化，之后的FCSE均指歸一化的FCSE，如式（6）所示。

式中:m=1，2，…，M；E2(?)代表歸一化后的FCSE。

計(jì)算結(jié)果如附錄A圖A1所示，圖A1（a）顯示了直流至1 MHz頻率范圍內(nèi)的歸一化FCSE。從圖A1（a）可以清楚地看出，當(dāng)GFL與實(shí)際故障位置一致時(shí)，If的能量達(dá)到最大值。當(dāng)頻率上限逐漸從1 MHz降至1 kHz時(shí)，時(shí)域反演算法無(wú)法定位出故障位置。因此，高頻信號(hào)對(duì)時(shí)域反演算法故障定位能力貢獻(xiàn)較大，高頻信號(hào)減少會(huì)削弱時(shí)域反演算法的定位能力。

相較于無(wú)損線(xiàn)，線(xiàn)路損耗的影響主要導(dǎo)致線(xiàn)路傳播的暫態(tài)信號(hào)衰減和傳播速度的改變。配電網(wǎng)故障定位應(yīng)用時(shí)域反演算法時(shí)，傳播速度的改變比振幅的衰減更為關(guān)鍵［21］，無(wú)損線(xiàn)的傳播速度為光速，而有損線(xiàn)的傳播速度會(huì)降低。對(duì)于配電網(wǎng)故障，若反演階段采用無(wú)損線(xiàn)進(jìn)行計(jì)算，會(huì)導(dǎo)致傳播速度不匹配，無(wú)法準(zhǔn)確定位，而反演階段采用和故障時(shí)配電網(wǎng)線(xiàn)路參數(shù)相同的有損線(xiàn)，傳播速度相匹配，損耗的影響僅為暫態(tài)信號(hào)的衰減，而衰減后的暫態(tài)信號(hào)產(chǎn)生的所有貢獻(xiàn)將在故障位置同相累加，使得故障點(diǎn)處積累的能量最大，從而實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的故障定位。

考慮總長(zhǎng)10 km的10 kV無(wú)分支配電網(wǎng)針對(duì)過(guò)渡電阻不同的觀測(cè)點(diǎn)獲取的電流信號(hào)高頻信號(hào)含量，使用總諧波畸變率（total harmonic distortion，THD）這一指標(biāo)進(jìn)行衡量。THD是指不大于某特定階數(shù)H的所有諧波分量有效值Gn與基波分量有效值G1比值的平方和，總諧波畸變率h如式（7）所示。

過(guò)渡電阻為0、50、100、500、1 000Ω時(shí)，THD分別 為1 373.41%、525.58%、384.98%、176.50%和124.34%。當(dāng)過(guò)渡電阻值增加時(shí)，觀測(cè)點(diǎn)獲取的信號(hào)高頻量明顯衰減。目前，針對(duì)時(shí)域反演算法的研究中，為保證反演階段的拓?fù)渑c故障發(fā)生時(shí)的拓?fù)湟恢?，在反演階段過(guò)渡電阻的電阻值和實(shí)際故障發(fā)生時(shí)的電阻值一致，這樣處理會(huì)帶來(lái)2個(gè)問(wèn)題:①實(shí)際情況下電網(wǎng)發(fā)生故障時(shí)，過(guò)渡電阻值未知，需要采用合適的算法計(jì)算過(guò)渡電阻值［22］，故需要測(cè)量額外的參數(shù)；②當(dāng)反演階段使用相同的過(guò)渡電阻時(shí)，會(huì)造成暫態(tài)信號(hào)的二次衰減，從而對(duì)定位精度造成一定的影響。因此，當(dāng)反演階段使用接近于0的過(guò)渡電阻時(shí)，既可以避免暫態(tài)信號(hào)的二次衰減又可以避免過(guò)渡電阻的測(cè)量計(jì)算過(guò)程，提高時(shí)域反演算法的定位精度及實(shí)用性。

電力系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，故障相較非故障相電流增大，在使用時(shí)域反演算法進(jìn)行故障定位時(shí)，觀測(cè)點(diǎn)獲取的故障引起的暫態(tài)信號(hào)包含了三相電流的信號(hào)特征。根據(jù)第1章的結(jié)論，對(duì)任一故障類(lèi)型，均將反演階段GFL處的故障類(lèi)型設(shè)置為三相故障。在GFL處仿真得到的三相故障電流信號(hào)保留了觀測(cè)點(diǎn)暫態(tài)信號(hào)的特征，三相故障電流中故障相的信號(hào)能量值明顯高于非故障相，具體如表1所示，從而可以實(shí)現(xiàn)故障定位的選相功能，使得時(shí)域反演算法在故障類(lèi)型未知時(shí)得以應(yīng)用。

表1 各種故障類(lèi)型的選相特征Table 1 Phase selection characteristics of different fault types

改進(jìn)的時(shí)域反演算法的故障定位流程如圖1所示，分3步執(zhí)行:①故障發(fā)生時(shí)在單個(gè)觀測(cè)點(diǎn)記錄故障產(chǎn)生的電磁暫態(tài)信號(hào)，并將電磁暫態(tài)信號(hào)進(jìn)行時(shí)域反演處理；②人工設(shè)定GFL，獲取網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浜途€(xiàn)路參數(shù)，將過(guò)渡電阻設(shè)為0，將故障類(lèi)型設(shè)為三相短路，利用上述參數(shù)搭建反演階段仿真模型；③將時(shí)域反演處理后的暫態(tài)信號(hào)反向注入網(wǎng)絡(luò)模型中，模擬不同GFL處的電流信號(hào)，通過(guò)在仿真模型中確定與反向注入時(shí)域反演故障暫態(tài)信號(hào)相關(guān)的最大FCSE來(lái)評(píng)估故障位置。

圖1 故障定位流程圖Fig.1 Flow chart of fault location

3 仿真驗(yàn)證

3.1 選相特性

在Simulink中搭建電壓等級(jí)為10 kV的配電網(wǎng)線(xiàn)路，拓?fù)湟?jiàn)附錄A圖A2，其中0代表觀測(cè)點(diǎn)，為變電站的二次側(cè)，每隔1 km設(shè)置一個(gè)GFL，GFL的標(biāo)號(hào)為1，2，…，16。故障類(lèi)型為A相接地故障，故障發(fā)生在標(biāo)號(hào)4處，在線(xiàn)路分支末端10和16處接有分布式電源，線(xiàn)路分布式參數(shù)如表2所示。其中，過(guò)渡電阻為30Ω、Z為阻抗、B為電納。

根據(jù)現(xiàn)有文獻(xiàn)的方式［17-19］，將反演階段的過(guò)渡電阻設(shè)為與故障時(shí)相同的30Ω，與現(xiàn)有文獻(xiàn)仿真模型唯一的變化是反演階段故障類(lèi)型設(shè)為三相短路，以擴(kuò)展時(shí)域反演算法的選相特性。定位結(jié)果如圖2所示，每個(gè)GFL有3個(gè)編號(hào)，分別代表三相。從圖2中可以看出，A相的值明顯高于B、C兩相，因此判斷為A相接地故障，并且編號(hào)為22的GFL的FCSE值最大，與實(shí)際故障位置4不相符，無(wú)法實(shí)現(xiàn)故障定位，僅能判斷故障相。

表2 線(xiàn)路分布式參數(shù)Table 2 Distributed line parameters

圖2 單相接地故障定位結(jié)果Fig.2 Location results of single-phase-to-ground fault

3.2 過(guò)渡電阻特性

采用3.1節(jié)的仿真模型對(duì)時(shí)域反演算法進(jìn)行改進(jìn)，在反演仿真階段GFL處使用接近于0的過(guò)渡電阻，本次仿真為1×10?5Ω，則故障定位結(jié)果如圖3所示。

圖3 改進(jìn)方法的定位結(jié)果Fig.3 Location results of improved method

與圖2相比，定位在編號(hào)10處，準(zhǔn)確定位出故障位置，并且具有選相能力。因此，實(shí)際故障發(fā)生時(shí)，使用時(shí)域反演算法進(jìn)行故障定位，可以無(wú)須考慮過(guò)渡電阻的大小而在反演階段建模時(shí)使用一個(gè)接近于0的過(guò)渡電阻即可。文中對(duì)于多種不同的過(guò)渡電阻值進(jìn)行了驗(yàn)證，均滿(mǎn)足這一規(guī)律。

3.3 復(fù)雜拓?fù)浞治?/h3>

考慮改進(jìn)的時(shí)域反演算法對(duì)配電網(wǎng)復(fù)雜拓?fù)涞倪m用性，參考IEEE 34節(jié)點(diǎn)標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)算例的拓?fù)湟?jiàn)附錄A圖A3，圖中0為觀測(cè)點(diǎn)、電壓為10 kV，線(xiàn)路分布式參數(shù)如表2所示，每隔1 km設(shè)置一個(gè)GFL，A相接地故障發(fā)生在編號(hào)為21的GFL處，全長(zhǎng)31 km，故障定位結(jié)果如圖4所示?？梢?jiàn)能準(zhǔn)確定位出故障位置，并能實(shí)現(xiàn)選相功能，準(zhǔn)確找到故障相為A相，每個(gè)GFL有3個(gè)編號(hào)，分別代表三相，其中，A相在圖4中位置編號(hào)為3n?2，B相位置為3n?1，C相位置為3n，n為GFL編號(hào)，如圖4所示，故障點(diǎn)定位至編號(hào)為21的GFL處，即圖4中位置61處。改進(jìn)的時(shí)域反演故障定位方法對(duì)于復(fù)雜的拓?fù)渚哂休^好的適用性。

圖4 復(fù)雜拓?fù)湎碌墓收隙ㄎ唤Y(jié)果Fig.4 Fault location results in complex topology

時(shí)域反演算法進(jìn)行故障定位需要對(duì)實(shí)際線(xiàn)路進(jìn)行建模，但是獲取的線(xiàn)路參數(shù)很難與實(shí)際線(xiàn)路的參數(shù)完全一致，存在一定的測(cè)量或計(jì)算誤差，因此需要考慮該算法對(duì)于參數(shù)誤差的魯棒性。參考文獻(xiàn)［14］和式（4），第1章中故障點(diǎn)與端點(diǎn)的傳遞函數(shù)G如式（8）所示。

時(shí)域反演后的故障點(diǎn)與端點(diǎn)的傳遞函數(shù)G?如式（9）所示。

反演階段的故障點(diǎn)與端點(diǎn)的傳遞函數(shù)G'如式（10）所示。

式中:ρ'1為反演階段的反射系數(shù)，配電網(wǎng)線(xiàn)路參數(shù)不準(zhǔn)使得其與ρ1值存在一定偏差。

如式（4）所示，GFL處的電流主要受傳遞函數(shù)G?和G'的影響，變電站等效的阻抗Z和故障信號(hào)Uf(s)固定不變。將G?和G'相乘，如式（11）所示。

考慮線(xiàn)路相關(guān)參數(shù)時(shí)，傳播速度是一個(gè)關(guān)鍵參數(shù)，其在故障和反演階段保持不變，必須保證線(xiàn)路長(zhǎng)度盡可能準(zhǔn)確，這樣實(shí)際網(wǎng)絡(luò)中可能出現(xiàn)的不連續(xù)的所有貢獻(xiàn)將在實(shí)際故障位置處同相累加。第1章已證明，在x'f=xf時(shí)信號(hào)能量值最大，將x'f=xf代入式（11），如式（12）所示。

采用第2章的數(shù)據(jù)，考慮ρ'1=(0.8～1.2)ρ1，所得結(jié)果如附錄A圖A4所示。無(wú)損線(xiàn)路ρ'1的誤差變化對(duì)于傳遞函數(shù)大小的影響很小，圖中紅點(diǎn)為反演階段對(duì)ρ1的無(wú)誤差估計(jì)的結(jié)果。

對(duì)于有損線(xiàn)路，考慮附錄A圖A3所示的復(fù)雜配電網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，將故障類(lèi)型設(shè)為A相接地，人工將線(xiàn)路參數(shù)誤差設(shè)置為5%，所得結(jié)果如圖5所示。改進(jìn)的時(shí)域反演故障定位方法仍能保證很好的定位效果，并具有選相功能，故障相為A相，故障點(diǎn)定位至編號(hào) 為21的GFL處，即圖5中位置61處，與 實(shí)際相符。

圖5 考慮參數(shù)魯棒性的故障定位結(jié)果Fig.5 Fault location results considering parameter robustness

4 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

在中國(guó)長(zhǎng)沙市進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，所開(kāi)發(fā)的故障定位系統(tǒng)如附錄B圖B1所示，可分為測(cè)量單元、數(shù)據(jù)獲取單元、故障定位單元3個(gè)部分。測(cè)量單元基于自研的寬頻電磁傳感器用以測(cè)量故障引起的暫態(tài)信號(hào)（見(jiàn)圖B2），傳感器為無(wú)源傳感器，輸出信號(hào)為模擬信號(hào)，分別安裝在故障相和非故障相。

數(shù)據(jù)獲取單元主要通過(guò)示波器完成，將傳感器輸出的信號(hào)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，所用示波器型號(hào)為T(mén)ektronix MDO4054-3，帶寬為500 MHz，上升時(shí)間為700 ps，采樣率為每秒采集2.5×109個(gè)點(diǎn)。利用故障發(fā)生時(shí)電流幅值突然增大的原理采用邊沿觸發(fā)獲取故障發(fā)生時(shí)的暫態(tài)信號(hào)。數(shù)字示波器裝置自身具備通用串行總線(xiàn)（USB）接口，可連接U盤(pán)將數(shù)據(jù)以CSV格式存儲(chǔ)。將CSV文件存儲(chǔ)的波形數(shù)據(jù)采用自適應(yīng)濾波算法去除工頻信號(hào)，該濾波算法可提高定位精度，經(jīng)時(shí)域反演后作為信號(hào)源在仿真模型進(jìn)行仿真定位。

試驗(yàn)線(xiàn)路的供電示意圖如附錄B圖B3所示，傳感器安裝在斷路器2S01右側(cè)，即變壓器的二次側(cè)，在桿塔3-4處設(shè)有隔離開(kāi)關(guān)，用以接入10 kV接地試驗(yàn)電阻柜，如附錄B圖B4所示。每個(gè)綠管電阻值為2 kΩ，通過(guò)對(duì)電阻的串并聯(lián)實(shí)現(xiàn)多種接地電阻，線(xiàn)路連通接地電阻后經(jīng)過(guò)三相開(kāi)關(guān)與地線(xiàn)相連，本次試驗(yàn)所用的接地電阻為200Ω。

如附錄B圖B3所示，首先合上斷路器370和斷路器380，再合上隔離開(kāi)關(guān)3361和336A，故障類(lèi)型為A相接地故障。然后將電壓升為10 kV后，連接隔離開(kāi)關(guān)3041給架空線(xiàn)路通電，通電一段時(shí)間使電壓保持穩(wěn)定后連接隔離開(kāi)關(guān)3341，A相接地故障狀態(tài)保持2 s。最后斷開(kāi)隔離開(kāi)關(guān)3341，切斷A相接地故障，降壓后將試驗(yàn)線(xiàn)路斷電復(fù)原。所得波形如圖B5所示。

將附錄B圖B5所示的信號(hào)數(shù)據(jù)導(dǎo)入工控機(jī)中基于改進(jìn)的時(shí)域反演算法進(jìn)行故障定位，GFL的定義為:斷路器2S01右側(cè)安裝傳感器，編號(hào)為0，之后每1 km定義一個(gè)GFL，故障位置在5 km處，編號(hào)為13、14和15（對(duì)應(yīng)A、B、C三相）。所得的故障定位結(jié)果如圖B6所示，可以看出，雖然相比于前述的仿真結(jié)果精度有所下降，但是仍能準(zhǔn)確定位出故障位置，B、C相數(shù)值相同是因?yàn)闇y(cè)量時(shí)考慮絕緣問(wèn)題，配電柜空間較小，三相線(xiàn)距離較近，傳感器距離過(guò)近可能會(huì)在高電壓下絕緣擊穿，因此非故障相只測(cè)一相，實(shí)際上B、C相數(shù)值本身差別也不大。

考慮200、500、1 000Ω三種過(guò)渡電阻，并在桿塔1-4處接入2 km的地下電纜，考慮架空線(xiàn)路和地下電纜混合的情況，所得結(jié)果如表3所示。從表3可以看出，各種情況下均能準(zhǔn)確定位出故障相，并且定位精度均在300 m以?xún)?nèi)，而過(guò)渡電阻值的增大和線(xiàn)路混合會(huì)降低故障定位的精度。

表3 試驗(yàn)定位結(jié)果Table 3 Location results of test

5 結(jié)語(yǔ)

本文通過(guò)對(duì)時(shí)域反演算法實(shí)現(xiàn)故障定位的原理進(jìn)行分析，反演階段GFL處故障類(lèi)型、過(guò)渡電阻等設(shè)置不會(huì)影響故障定位的結(jié)果。信號(hào)的高頻量對(duì)時(shí)域反演算法定位性能影響較大，過(guò)渡電阻對(duì)信號(hào)的高頻量具有衰減作用，因此反演階段使用接近于0的過(guò)渡電阻既可以省去獲取過(guò)渡電阻值的過(guò)程又可以提高定位精度。在反演階段采用三相短路故障類(lèi)型，可以實(shí)現(xiàn)時(shí)域反演算法故障定位的選相功能，并使得時(shí)域反演算法能在故障類(lèi)型未知時(shí)得以應(yīng)用。改進(jìn)的時(shí)域反演故障定位方法對(duì)于長(zhǎng)線(xiàn)路、復(fù)雜拓?fù)涞呐潆娋W(wǎng)具有較好的故障定位效果，并且具有良好的參數(shù)魯棒性。本文將改進(jìn)的時(shí)域反演算法應(yīng)用于實(shí)際的配電網(wǎng)，并對(duì)試驗(yàn)過(guò)程進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)明，綜合考慮200、500、1 000Ω三種過(guò)渡電阻及6 km架空線(xiàn)路、6 km架空線(xiàn)路和2 km地下電纜混合的情況，結(jié)果表明改進(jìn)的時(shí)域反演算法均能實(shí)現(xiàn)故障定位，定位誤差均小于300 m。

本文解決了時(shí)域反演算法中故障類(lèi)型和過(guò)渡電阻未知的問(wèn)題，并擴(kuò)展其選相特性。但是所改進(jìn)的時(shí)域反演算法仍然需要獲取網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浜途€(xiàn)路參數(shù)，網(wǎng)絡(luò)的基本拓?fù)淇梢詮牡乩硇畔⑾到y(tǒng)（GIS）等獲取，從數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控（SCADA）等系統(tǒng)獲取線(xiàn)路中開(kāi)關(guān)狀態(tài)等信息以獲取線(xiàn)路實(shí)時(shí)拓?fù)?，而線(xiàn)路的數(shù)據(jù)可以從臺(tái)賬等系統(tǒng)獲取，隨著能量管理系統(tǒng)（EMS）、微型相量測(cè)量單元（PMU）等系統(tǒng)的發(fā)展，為本文所提方法提供了數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。下一步將結(jié)合配電網(wǎng)的信息系統(tǒng)開(kāi)展進(jìn)一步研究，以提高配電網(wǎng)模型參數(shù)的準(zhǔn)確性，進(jìn)而提高所提方法的實(shí)用性。

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