配電網(wǎng)電纜線路行波故障定位的點散式測量分析

楊 維（國網(wǎng)湖南省電力公司益陽供電分公司，湖南益陽413000）

配電網(wǎng)電纜線路行波故障定位的點散式測量分析

楊 維（國網(wǎng)湖南省電力公司益陽供電分公司，湖南益陽413000）

由于當(dāng)前我國配電網(wǎng)建設(shè)規(guī)模較大，其運行更加復(fù)雜，因此故障頻出，若不及時處理，會造成較大的經(jīng)濟(jì)損失。為此，需要采用適宜的方法實現(xiàn)對故障的準(zhǔn)確度定位。本文以配電網(wǎng)電纜線路行波故障為例，依據(jù)不同配電線路的特性和結(jié)構(gòu)采用不同的雙端行波故障過渡電阻、配電網(wǎng)混合線路，對故障興波信號獲取等一系列問題進(jìn)行了分析，供相關(guān)人士參考。

配電網(wǎng)電纜線路；行波故障定位；點散式測量

1 引言

因為電纜線路的占地面積較小，且出現(xiàn)故障的可能性較低，所以被廣泛運用于城市建設(shè)中。但是因為城市建設(shè)中配電網(wǎng)的接線比較復(fù)雜，且分支較多，所以配電網(wǎng)線路發(fā)展故障時發(fā)出的信號不容易被捕捉到。當(dāng)前對于配電網(wǎng)電纜故障點的查找一般是采用離線測距法。此方法的使用能夠取得較好的效果，但是定位操作的實施比較繁雜，且會受到周圍環(huán)境的影響，線路停電時間較長，會在不同程度上造成電纜線使用壽命的縮短。為此，需要提高配電網(wǎng)電纜線路故障定位的精確度。近年來檢測技術(shù)不斷發(fā)展，而使用雙端行波原理對配電網(wǎng)電纜線線路故障進(jìn)行三點式測量適用性較高。

2 配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)和故障信息獲取

中低壓配電網(wǎng)采用環(huán)式結(jié)構(gòu)，大多采取開環(huán)運行狀態(tài)，如圖1所示。環(huán)網(wǎng)柜連接主干線路并且引出分支線路，發(fā)生故障時可以隔離故障區(qū)段，分支電纜時由電纜分接箱引出。隨著饋線自動化水平不斷提高，環(huán)網(wǎng)柜、電纜分接箱的跟蹤監(jiān)測成為了未來的主要發(fā)展趨勢。在其中安裝溫度、濕度、電流等傳感元件，通過無線通信方式上傳遞信息，日常監(jiān)測線路運行狀態(tài)，在發(fā)生故障時需要及時向上級反饋故障信息，這樣就能夠及時了解故障的詳細(xì)信息，從而能夠制定有效的解決措施。羅氏線圈是一種理想的信號測量元件，當(dāng)其和GPS、高速采樣模塊結(jié)合之后，可以通過無線通信模塊就可以提供每一個安裝節(jié)點的同步故障行波信號。

圖1 典型10kV電纜環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)圖

3 各測點數(shù)據(jù)準(zhǔn)備以及編號原則

3.1 測點排序依據(jù)

如圖2的配電網(wǎng)電纜網(wǎng)絡(luò)中，故障點發(fā)出的行波信號能夠借助電力系統(tǒng)向外傳播，在通過若干的折返之后會到達(dá)各個分支點以及測量點。因為電纜線有依頻效應(yīng)，折返之后的信號會出現(xiàn)不同程度的削弱，在眾多波阻出現(xiàn)之后的反抗也會使得行波信號更加微弱。故障點和測量點之間的距離不斷增加之后，行波信號也會增長，若測點距離故障點和測量點之間的距離不斷增加，行波信號就會變強(qiáng)。若測點距離故障點之間間隔距離較小，故障波形中就會出現(xiàn)頻率較高的暫態(tài)分量，且間隔距離會擴(kuò)大。所以，在進(jìn)行測點排序時會利用此原理進(jìn)行合理排序。

圖2 多分支配電網(wǎng)電纜網(wǎng)絡(luò)

3.2 暫態(tài)含量系數(shù)

在出現(xiàn)故障之后的一個周期，故障暫態(tài)信號逐漸衰減，在故障的后半段就會表現(xiàn)得十分強(qiáng)烈。所以，在故障后半段進(jìn)行信號采樣。可借助Hilbert譜對IMF分量進(jìn)行表述，將一些暫態(tài)故障波形表示出來。一方面，瞬時頻率系數(shù)，測量信號的暫態(tài)分量在故障之后出現(xiàn)變化較大時，就會對頻率的敏感程度較高。所以，可以對瞬時頻率系數(shù)進(jìn)行瞬時概念的定義和表征，充分反饋故障殘留信號。另外一方面，瞬時幅值系數(shù)，在發(fā)生故障時暫態(tài)信號變化能夠明顯感知，幅值會隨著暫態(tài)信號不斷變化，若信號減弱，幅值也會減少。所以，可以直接計算出瞬時幅值，進(jìn)而得出瞬時幅值系數(shù)，所以，可以利用HT中的瞬時幅值概念構(gòu)建瞬時幅值系數(shù)。

3.3 排序過程和測點編號序列

需要統(tǒng)一編號全網(wǎng)測點，刪除殘缺的少數(shù)信號數(shù)據(jù)。可以借助相關(guān)公式對測點進(jìn)行編號，再進(jìn)行排序。因為耦合現(xiàn)象出現(xiàn)在三相電路之間，可以使用凱倫貝爾矩陣將信號解耦支模空間。利用線模量對領(lǐng)模量以及頻變效應(yīng)進(jìn)行耦合，并測量出信號。對于單相故障的判斷，可以借助行波特征比較顯著的線模量進(jìn)行分析比較，從而獲得進(jìn)一步的行波信息。先按照瞬時頻率系數(shù)絕對值，進(jìn)行編號。在排序時，需要先計算出每一個測點的瞬時頻率系數(shù)，以減少計算工作量。若利用兩個參數(shù)確定測定點的順序，則經(jīng)瞬時幅值系數(shù)進(jìn)行排序，再完成編號和排序的工作，最終形成最后的故障測點。

4 故障分支與定位區(qū)段

將Ra中和各端測定點無關(guān)的數(shù)據(jù)信息刪除，再對端點Rt序列進(jìn)行編號。監(jiān)測的故障區(qū)域選出Rt之前的3個測點網(wǎng)絡(luò)，并且將采集到的波形作為瞬時頻率突變點，將其作為波頭到達(dá)時刻。再帶入數(shù)據(jù)并通過三端測距公式進(jìn)行計算，明確故障點的位置：

如果獲得的測距結(jié)果顯示為同一個支點，那么就說明該支點或者是支點附近有意外情況出現(xiàn)。了解分支點之外的其他情況可以輔助工作人員確定距離O2的1000m處的故障點f1的情況，下面對該工作進(jìn)行具體說明。

4.1 測距結(jié)果中僅有一個定位于分支點

如圖3（a），若端點測點選擇的結(jié)果分別為C、D、E，那么其波頭到達(dá)的時間點分別為 T1、T2、T3、L1o、L2o、L3o依次為3點到O3點電纜長度，V21、V31、V32依次為3次計算所使用的實時計算波速。計算得出的故障點和三端長度之間的距離依次為X1f、X2f、X3f。這時，也就是結(jié)果和分支點幾乎重合，μ是預(yù)置的正數(shù)闕值一般都是分支點所處區(qū)段長度的5～10%。X1f和X3f為比較正確的測距結(jié)果；X2f指示故障點處于分支點位置，如出現(xiàn)此種情況，可將其認(rèn)定為無效測距。由此可以看出故障發(fā)生在O3～O2之間。

4.2 3個測距結(jié)果都定位于分支點

如圖3（b），如果端點測點選擇結(jié)果分別為D、E、F，其波頭到達(dá)時間點可以分別記為 T1、T2、T3，L1o、L2o、L3o分別為3點到O3點電纜長度。如果3個測距結(jié)果指向不同的分支點，那么這時選擇的3個測點肯定會位于故障點的一邊，這就意味著測距結(jié)果是無效的。從Rt序列中選出第4個測點C的測量信息，更替D點，再選出故障區(qū)域，這時其計算結(jié)果和前面的情況一致，這時可以將故障判斷位于O3～O2之間。如果3個測距結(jié)果都指向同一個分支，那么需要根據(jù)其他分支點的測控溫度判斷箱內(nèi)接頭是否出現(xiàn)故障。如果為非接頭故障，那么同樣要替換測點。

圖3 分支定位情況

對于第二種情況，需要選擇Rt序列中的測點，替換三端，再按照上述流程進(jìn)行，最后可以獲得符合第一種情況的結(jié)果，確定故障的大概位置。分支區(qū)段判斷步驟如圖4所示。

5 故障測距

由于電路的長度有所不同，且會因為波形存在畸變的可能性，所以在使用雙端測距原理時，其精度會因為故障點導(dǎo)致測量位置的變化。當(dāng)故障點和測量端重點距離較小時，測量數(shù)據(jù)就會更加準(zhǔn)確。所以，在獲得故障點的相關(guān)信息之后，需要依據(jù)故障點的具體位置，根據(jù)故障點附近且受到波形畸變較小的3個測量點計算出波速并進(jìn)行測距。需要注意的是，在選擇測點時，需要盡量選擇和兩個測點中間位置相近的點。

圖4 故障分支、區(qū)段定位流程圖

6 結(jié)束語

綜上所述，需要使用雙端行波測距原理對配電網(wǎng)的復(fù)雜結(jié)構(gòu)進(jìn)行簡化，而點散式的測量可以削弱信號編號對于精確度的影響，使得測量結(jié)果不能達(dá)到質(zhì)量要求。點散式測量方法的應(yīng)用可以準(zhǔn)確定位故障點，由此可見，點散式測量方法的應(yīng)用價值。

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TM762.2

A

2095-2066（2016）05-0034-02

2016-1-20

楊 維（1982-），男，工程師，本科，主要從事配電線路運行、檢修實驗等方面的工作。