配電線路暫態行波和接地選線的思考

張程杰

（國網山東省電力公司蘭陵縣供電公司,山東臨沂，277700）

配電線路暫態行波和接地選線的思考

張程杰

（國網山東省電力公司蘭陵縣供電公司,山東臨沂，277700）

本文對配電線路進行了暫態行波和接地選線的分析，希望可以為相關人員進行配電線路暫態行波和接地選線的研究提供參考。

配電線路；暫態行波；接地選線

0 引言

目前，國內外的研究學者都將接地選線的研究方向放在了暫態行波上。基于此，本文先是分析了暫態行波以及暫態行波中的小波變換，然后闡述了配電線路使用暫態行波進行接地選線的依據，最后構建了線路模型，分析結果顯示，將暫態行波理論用于配電線路的接地選線，可以得到準確的結果。

配電線路出現單相接地故障時，接地電流的數值非常小，這對檢測信號以及接地線路的判斷造成了阻礙，而且，配電線路的參數與結構沒有一一對應，這就使得電力系統在正常運行時，會出現不平衡的零序電流，這種電流會將接地電流掩蓋，導致接地電流的特征不能被捕捉，這在很大程度上阻礙了故障相關信息的提取。這兩方面的阻礙致使配電線路的單相接地選線問題得不到很好的解決，而暫態行波理論為接地選線提供了新的方向。

1 配電線路暫態行波的分析

1.1 暫態行波的分析

在單母線N回出線的配電線路中，中性點是一種非有效接地方式，可以通過開關將中性點設置為通過消弧線圈接地、通過電阻接地以及不接地等多種不同的接地方式。如果配電線路中出現單相接地故障的時候，配電線路會受到故障附加電源的影響，從而產生暫態行波。其中，暫態行波會從接地點往接地線路的兩邊進行傳播，如果暫態行波到達了母線，就會出現折反射現象，接地線路上的入射波以及反射波會在這條線路上疊加在一起，這就是接地線路的初始行波；初始行波可以通過折射進入到非接地線路，這種行波被稱作非接地線路的初始行波。通過某種變換，可以將暫態行波分解成線模分量以及零模分量。其中，線模分量又可以分為α模分量以及β模分量。

通常情況下，配電線路的母線都會接入很多的出線回路，通過公式計算可知，如果某一條出線上的中性點出現了單相接地故障，非接地線路上的波阻抗會遠大于母線上的等效波阻抗，因此，接地線路上的暫態初始行波幅值會遠遠超過非接地線路，而且，暫態行波的極性與非接地線路的不一致，每一條非接地線路上的初始行波幅值大小幾乎相同，極性也一致。這就說明：暫態初始行波和中性點的接地方式沒有關系。

1.2 暫態行波的小波分析

因為接地故障出現時的暫態行波屬于一種瞬時值，并不能進行有效的接地選線，而信號小波變化可以去除噪音，進行信號奇異性的檢測，還可以研究分析迅速變化的信號。所以，小波變化可以找到暫態行波的奇異點，同時，小波的模極大值點與暫態行波的波頭之間存在對應的關系。本文選用小波變換以及小波的模極大值來表示暫態行波的故障特征，以此來提取有價值的接地暫態行波消息，從而為接地選線提供有效的依據[1]。

為了明確小波變換的作用機理，本文構建了一種線路模型，其中，線路模型中一共有四回線路，這四回線路的中性點采取了不同的接地方式，將第四回線路上和母線距離21千米的位置設定為C相單相接地；然后使用ATP-EMTP軟件對該模型進行了分析，主要使用不同尺度的小波變換進行了暫態行波中的模分量以及零模分量的分析，通過分析的結果了解接地線路的暫態行波模量特點以及非接地線路的暫態行波模量特點，并將兩者進行對比，以此來明確所有回線路的故障特點。軟件分析的結果顯示：小波變換以及小波的模極大值可以將暫態行波的到達時間、幅值以及極性等特點進行準確地描述，同時，小波變換可以有效提取故障的相關信息。

另外，通過軟件的分析結果可以總結出暫態行波模量的特點，具體包括以下幾方面的內容：第一，暫態行波的線模分量以及零模分量中的第一個模極大值點，就是暫態初始行波的波頭，它能夠展現出暫態行波從接地點到母線之間的傳播時間、暫態行波的幅值以及暫態行波的極性等特征，而且，第一個模極大值點的特征非常清晰，也很容易提取；第二，配電線路的中性點接地方式不會對暫態初始行波造成影響；第三，接地線路暫態初始行波的β模分量的模極大值要比非接地線路的大，而且，這兩者的極性不相同，零模分量也是如此；第四，非接地線路的所有暫態初始行波中的β模分量極性是一致的，而且模極大值的幅值也比較接近，零模分量也是如此；第五，當配電線路在同一個位置的同一個時間出現了單相接地故障，暫態初始行波中的β模分量會先被檢測出來，然后才會檢測出暫態初始行波中的零模分量；第六，當母線出現單相接地故障的時候，所有出線的暫態初始行波線模分量以及零模分量的極性是一致的，而且，模極大值的幅值也非常接近。

2 配電線路接地選線的依據

從上述分析可知，接地線路以及非接地線路的暫態初始行波均具有非常顯著的特性差異，因此，在進行接地選線時，可以依據以下思想：首先通過小波變換的模極大值將暫態初始行波在所有回線上的幅值以及極性展示出來，然后根據模極大值之間的差異找出接地線路。

2.1 單相線路的接地選線依據

不同頻段的暫態行波信息可以通過不同尺度下的小波變換來表示，可以將不同尺度作為接地選線的依據，不同尺度可以得到不同的選線結果，但是，由于21尺度下的小波變換存在比較多的數據誤差，結果的可信度以及可靠性非常低。所以，使用22、23以及24尺度下的小波變換作為接地選線的依據，對于三個選線結果，使用最簡單的三選二的方法來找到最終的接地線路[2]。

2.2 三相線路的接地選線依據

目前，我國電力系統都是三相線路，各相的暫態行波在線路中是相互耦合的，所以不能使用單相線路的接地選線方法。需要先將三相線路進行相模變換，這樣所有模量就可以相互獨立，然后就可以使用單相線路的接地選線依據來選線。三相線路的接地選線依據如下。

第一，如果電力系統中安裝了零序CT，就可以通過零模分量來進行接地線路的選擇；第二，如果電力系統中的電流互感器沒有B相，就可以創造一個新的暫態行波模量——模量，然后通過模量來進行接地線路的選擇[3]。

3 配電線路暫態行波和接地選線的仿真分析

本文對上述理論進行了仿真分析，首先構建了線路模型，該模型中有一條母線，母線上共有四回出線，這四回線路的長度為10.3千米、20千米、21千米以及23千米，使用通過消弧線圈接地的模式進行系統中性點的連接，在第二回線路上和母線距離12千米的位置，出現了B相經100Ω電阻的單相接地。

然后使用ATP-EMTP軟件對該模型進行了計算分析，觀察第二回線路以及四條非接地線路的電流行波、22尺度下的模極大值波形以及小波變換的波形可知：在22尺度下，四回出線的初始電流暫態行波的零模分量具有顯著的模極大值以及小波變換特性，第二回線路的初始暫態行波具有最大的模極大值，而且，第二回線路模極大值的極性與接地線路相反。因此，可以判斷出第四回出線是接地線路。

最后，使用同樣的辦法，進行23以及24尺度下的波形分析，分析的結果和22尺度下的結果相同。按照三選二的原則，可以判斷出該線路模型的接地線路是第四回線路，而且，該線路的接地電阻為100Ω。

4 結論

綜上所述，暫態行波可以準確判斷出配電線路的接地線路。分析可得，通過對配電線路暫態行波和接地選線的思考可知，暫態行波中含有非常多的故障信息，還不會受到配電線路中接地電流過小的影響，使用暫態行波進行接地選線，可以彌補傳統辦法的不足，從而促進接地選線技術的發展。

[1]張鑫,牟龍華.配電線路暫態保護故障行波特征的研究[J].電力系統保護與控制,2013,4112:1-8.

[2]姜博,董新洲,施慎行.基于單相電流行波的配電線路單相接地故障選線方法[J].中國電機工程學報,2014,3434:6216-6227.

[3]姜博,董新洲,施慎行.配電網單相接地故障選線典型方法實驗研究[J].電力自動化設備,2015,3511:67-74.

The reflection of the transient and grounding line of the distribution line

Zhang Chengjie
（Lanling county power supply company, shandong electric power company, Linyi Shandong, 277700）

This paper analyzes the transient and ground selection of power distribution lines, and hopes to provide references for the research of the transient wave and ground selection of power distribution lines.

distribution line; Transient wave; Grounding line selection