配電線路暫態行波的分析和接地選線研究

武未懷

摘要：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。本文主要分析探討了配電線路暫態行波的分析和接地選線問題，以供參閱。

關鍵詞：配電線路;暫態行波;接地選線

1對暫態行波產生的分析

配電網中的線路有時候會出現故障，例如其中一些線路的單相接地故障，在線路故障的位置會導致電壓為零的現象。由疊加原理可以知道故障現象就如在出現故障的位置加多了兩個方向不同，但電壓大小相同的電壓源，電源電壓則和出現故障以前的電壓值的大小一樣。線路一旦出現故障之后，其電壓源就等于故障前的線路和故障之后的線路的電壓源的疊加。而故障附加線路的出現，是基于故障之后才產生的。故障附加線路的電源等同與發生故障之前的電壓數值大小相同，只是電源的方向相反而已。這種情況下的電路，只是有故障分量的電壓和電源存在而已。當出現故障的時候，故障的位置就等于不經意間增加了一個電壓源，然而就是由這個電壓源的作用，導致暫態行波在系統里面出現了。實際上，又因為配電系統中三相之間有電磁耦合的存在，這樣就使得一旦出現單相接地故障的現象，就會造成暫態行波的生成是相互耦合。暫態行波的相互耦合問題，將會給故障特征的分析和故障信息的獲取帶來一定的技術難度。解決暫態行波的相互耦合問題，可以通過運用相模變換技術進行解耦。例如進行暫態行波分解，可以利用凱倫布爾變換法，把三相線路上的行波分解成零模、α模、β模分量，使得三者之間是獨立的。

2電流行波模量分析

當發生單相接地故障時，在故障附加電源作用下，系統內將產生暫態行波。行波首先由接地點開始向接地線路兩側傳播，其中到達母線的行波在母線處發生折反射，接地線路的反射波和入射波在本線路上疊加，形成接地線路的初始行波;來自于接地點的初始行波經折射進入非接地線路，形成非接地線路的初始行波。實際三相系統中各相行波之間存在耦合，相模變換技術被用于解耦。由上述對單相接地的暫態行波特征分析可知，小電流接地系統發生單相接地故障時，三相線路行波包含線模和零模兩個分量，故障初始行波幅值受接地過渡電阻影響，模分量與線路的波阻抗有關，與線路長度無關。單相接地故障特點是對于穩態而言的，對于單相接地故障的暫態過程，經過上述分析可知，發生單相接地故障時，三相線路行波中仍然出現線模分量，這個結論對于各種類型的短路故障均取參數比較穩定的線模分量實現線路行波故障測距具有重要意義。對于兩相短路故障，只存在行波線模分量，而不存在零模分量。采用相同的分析方法，可以分析三相短路以及兩相接地短路故障行波特征。實際故障中，對于故障行波過程而言，由于三相線路嚴格意義上同時短路的概率很小，一般均為兩相短路后再與第三條線路短路。其初始行波過程由第一次短路故障產生，特征完全等同于兩相短路故障。同理，對于兩相或三相接地并短路故障，其初始行波特征也可等同于單相接地故障或兩相短路故障。

3初始電流行波的小波分析

接地發生后的暫態行波是一突變的瞬時值，難以構成有效的選線判據。信號小波變換具有多分辨率、去噪和檢測信號奇異性等功能，是分析和研究快速瞬變信號的有效工具。小波變換能準確地捕捉到暫態行波的奇異點，其模極大值點和行波波頭具有一一對應的關系。因此，小波變換及其模極大值表示能準確地刻劃暫態行波的故障特征，提取接地的行波信息，進而構成有效的接地選線判據。暫態行波模量的主要特點有：（1）暫態行波各模量的第1個模極大值點，即初始行波波頭表示行波由接地點傳播到母線處的時間、幅值和極性特征，它不受后續折反射行波的影響，具有特征清楚、特性獨立、容易提取等特點。（2）暫態初始電流行波不受系統的中性點接地方式的影響。（3）接地線路初始電流行波模量的模極大值總是大于非接地線路行波模量的模極大值，且二者極性相反;零模分量模極大值具有相同的性質。（4）所有非接地線路初始電流行波模量模極大值幅值接近，極性相同;零模分量的模極大值具有相同的性質。（5）在同一時刻、同一位置發生單相接地時，在母線側先檢測到初始行波模量，后檢測到初始行波零模分量。因行波模量為線模分量，其傳播速度高于零模分量的傳播速度。（6）通過分析知：當母線發生單相接地，所有出線的初始電流行波、模量和零模分量，具有模極大值幅值相等或近似相等、極性相同的特性。初始電流行波的上述諸多特點是中性點非有效接地系統單相接地特征的具體表現，接地線路和非接地線路初始電流行波所具有的幅值和極性特點是構成接地選線原理和算法的重要依據。

4行波接地線判斷和選線

4.1單相系統選線判據

從以上分析可以看出，接地線路和非接地線路的初始暫態行波具有明顯的特性差異，因此，據此提出利用電流行波進行接地選線的思想就是很自然的事情。行波選線思想可以概括為：利用小波變換的模極大值表示初始行波在各回線上所呈現的幅值和極性特性，根據各線路的初始行波的模極大值的幅值和極性差異來確定接地線路。

4.2三相系統中的接地選線判據

電力系統是一個三相的系統，在系統中各相行波的關系則是不獨立的，它們是相互存在聯系的。對于單相線路的選線不能直接的進行套用，而是要經過相模變換之后，模量之間相互獨立了，選線的方法就可以運用單相線路做選線的參考。三相系統的選線判斷依據，主要有三種系統情況：①對于安裝了零序CT的情況下，則進行接地選線時運用的是零模電流行波分量。②當系統安裝的是三相CT，對A相或者B相接地的檢測，可以運用行波α模量進行。而A相或者C相的接地檢測，則可以由行波β模量進行檢測。③對于系統中的電流互感器沒有B相，而是有A相和C相的情況下，進行接地選線則可以構建去一個新的行波模量，把這個模量稱為γ模量。把這個γ模量作為接地線的選擇方法。

結束語

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。

參考文獻

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