基于單端行波信號分析的配電網故障測距算法

廖彬宇++舒勤

摘要：對于輻射狀配電網其三相線路上發生單相接地故障時，故障點反射的電壓行波和線路末端反射的電壓行波具有相同的極性，僅依靠極性特點無法準確識別出故障點反射波。針對這個問題，對配電網線路末端所連接的配電變壓器進行了分析，發現電壓行波在配電變壓器處的反射具有幅值較大和極性翻轉的特性，利用這一性質，可有效識別第二個行波波頭是來自于故障點還是線路末端，再利用故障線路的電流行波的幅值比較大的特點準確選擇出故障線路，最后利用小波變換模極大值檢測行波波頭到達測量端的準確時刻從而計算出故障距離，基于此可構造針對輻射狀配電網的單端故障測距算法。大量仿真驗證表明，此方法有效，準確，可靠。

關鍵詞：輻射狀配電網；單相接地；線模行波；行波極性

中圖分類號：TM773 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2017）02-0123-04

Abstract：When single-phase-to-ground fault occurs on three-phase power radial distribution network，the voltage traveling wave reflected by the fault point and the voltage traveling wave reflected by the end of the line have the same polarity，it is impossible to accurately identify the reflected wave of the fault point only through polarity. Aiming at this problem， by analyzing the distribution transformer connected to the end of distribution network， it is found that the reflection of voltage traveling wave at the distribution transformer has the characteristics of large amplitude and polarity reversal， by using this property， which can be used to effectively identify the traveling wave from fault point and opposite terminal，and by using the characteristic of the current traveling wave of the fault line to selected the fault line. Finally， the wavelet transform modulus maxima is used to detect the accurate time of the traveling wave arriving the measuring end head to calculate the fault distance， based on this proposed method，for radial distribution， robust and accurate single-ended fault location algorithms can be structured. A large number of EMTP simulation cases were carried out， verifying the validity ，accuracy and reliability of this method.

Key Words：radial distribution network；single-phase-to-ground； identification of traveling wave； polarity of traveling wave

目前，我國的中低壓電壓配電網一般采用中性點非直接接地的運行方式，其主要包括有不接地和經消弧線圈接地，又可以稱為小電流接地系統。配電網的主要網架形式可以分為輻射狀網、樹狀網以及環狀網，其中輻射狀網結構為多條線路連接到一條母線上，如果其中某一條線路發生單相接地故障，就會涉及到故障選線和故障測距等問題。因此對單相接地故障的研究是很有必要的，其中故障選線主要是通過故障線路電流行波的幅值比非故障線路電流行波幅值大的特點來實現的；而目前的故障測距算法主要有阻抗法和行波法，其中行波法又分為單端法和雙端法，而單端測距算法具有成本低，不需要全球定位系統（GPS），不受時間同步等因素的影響等優點，也存在有波頭性質識別困難的缺點[1-4]。

單端行波測距主要是通過對前兩個波頭性質的識別來實現測距的，但是僅通過型波波頭極性的特征有時無法準確識別第二個波頭的性質。目前有很多文獻對單端故障測距進行了研究。文獻[3]利用零模分量和線模分量第二個波頭的正負極性特點，實現對第二個波頭的性質識別，但是因為零模分量在傳播過程中的衰減非常嚴重，所以會降低此方法的可靠性。文獻[4]利用初始反極性波實現對第二個波頭性質的識別，但是如果考慮到非故障線路反射波的影響這種方法就將失效。

本文在對故障行波折、反射過程分析的基礎上，提出了針對配電網輻射狀網絡的單端故障測距算法，首先根據電流行波的幅值大小選出故障線路，再利用電壓行波在故障線路末端配電變壓器的反射特性識別出第二個行波波頭是來自于故障點的反射還是線路末端的反射，從而實現單端故障測距。仿真驗證了該方法的有效性和可靠性。

1 單端故障測距法原理

單端故障測距算法即A型現代行波故障測距原理。它是利用測量端檢測的第一個行波波頭與第一個故障點反射波之間的時間差來計算測量點到故障點的距離的，所以準確的識別出故障點反射波是單端故障測距的關鍵。輻射狀配電網線路上發生故障時，第一個故障點反射行波到達測量端的傳播路徑如圖1所示。

線路末端反射波到達測量端的傳播路徑如圖2所示。

由以上分析可知，第二個行波波頭可能來自于故障點的反射波，也可能是來自于線路末端變壓器的反射波。所以識別第二個行波波頭是來自于故障點還是線路末端是單端故障測距算法的關鍵，以下通過分析行波在故障線路上的折、反射過程和特點，提出了一種第二個行波波頭的識別方法[5]。

5 結語

對于輻射狀配電網測量端母線連有多條線路，根據電流行波的幅值大小特性實現故障選線，再利用電壓行波在線路末端配電變壓器的反射特性，實現對第二個行波波頭的識別，通過對第二個行波波頭的識別，不會受到其他行波波頭的干擾，具有較高的可靠性；再利用小波變換實現對行波波頭幅值和到達測量端時刻的檢測，提高了算法的精度。大量仿真證明本文提出的算法可有效提高輻射狀配電網單端故障測距的有效性，且具有一定實際應用價值。

參考文獻

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