《新型10kV配电线路综合故障定位方法》
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[摘 要]为提高行波定位的准确性,提出了一种新型配电网故障定位方法.此方法根据C型行波的传播特性和波形特征,应用小波变换良好的时频局部化功能进行波形降噪,同时利用RBF神经网络擅长模式识别的优点,可以实现准确的故障定位.该方法是一种分两步来确定故障点的定位方法：首先利用C型行波法得到故障反射波,运用小波变换进行波形降噪处理以确定故障距离,然后利用RBF神经网络确定故障分支.理论分析和仿真结果表明,该方法能够准确地确定配电网单相接地故障位置.希望通过本文的分析研究,给行业内人士以借鉴和启发.
[关键词]10KV配电线路；故障定位；C型行波法
中图分类号：S62 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2019）06-0311-01
引言
随着用户对供电可靠性的要求越来越高,小电流接地系统单相接地故障定位的重要性日益突出.近年来,各供电企业开始重视新型电力线路故障定位技术的开发与应用,并提出了许多方法,其中一些已经得到了实际应用.计算机的日益普及促进了人工智能方法的应用,在建设智能电网的大趋势下,越来越多的研究人员开始重视此领域.专家系统、随机优化技术和人工神经网络等多种技术已用于解决电力系统中的实际问题.本文提出了基于径向基RBF神经网络的配电网故障定位方法,并配合行波测距法进行故障测距,可以实现快速准确的定位.
1配电网定位的难点与定位方法
1.1配电网定位的难点
配电网故障定位主要有2大难点：一是故障接地电阻比较大.这时的故障信号微弱,加上现场的噪声干扰,很多定位方法会失效,这使得许多方法不能用于配电网故障定位.二是线路分支多.分支点对暂态信号有衰减和畸变作用,返回接收端的暂态信号已经衰减得相当微弱,可能无法检测到故障信号,定位失效.故障定位方法只有解决以上难题,才可能彻底解决配电网故障定位问题.
1.2传统定位方法分析
故障定位方法按原理可以分为阻抗法、注入法、故障指示器法和行波法.阻抗法假定线路为均匀线,利用故障时测量到的电压、电流来计算故障回路的阻抗；根据线路长度与阻抗成正比的关系来估算故障距离.注入法的原理是：系统发生单相接地故障后,通过母线PT向接地相注入电流信号,然后根据该电流信号仅在接地线路的接地相中流动的特点,利用专用的信号探测器检测该电流信号的路径,从而判断出故障分支和故障点.故障指示器方法是将故障指示器固定安装于配电线路上,通过检测配电线路故障电流,指示故障所在的出线、区段和分支.行波法在输电线路的应用已经比较成熟.行波定位方法一般分为A型、B型和C型3种.A型定位原理利用故障点产生的行波,根据测量点到故障点往返一次的时间和行速确定故障点距离.B型定位原理利用故障点产生的行波到达线路2端的时间差来实现定位.A、B型2种定位方法都需要检测线路故障瞬间产生的行波信号,需要在变电站的母线上线路的出线处加设检测装置,投资较大,检测的准确性与故障时间、线路状况等因素有关.C型定位原理与A型定位原理一样,不同的是,它利用的是人工注入的行波信号.如图所示,线路故障后,人工向故障线路发射脉冲信号,然后检测发射脉冲信号的时刻和来自故障点的反射波到达检测点的时刻.设故障点到信号检测点M的距离为XL,则故障点的计算公式为
（1）
C型定位法属于离线定位方法,是在线路因故障退出运行后,再对线路进行故障定位.
2行波-直流综合定位方法
2.1确定故障特征波
线路发生故障后,如果在线路首端向线路发射行波信号,那么,信号将会在线路首端与接地故障点之间往复传播,直至衰减为0.在线路首端检测时,这些往复传播的行波信号可以分为2大类：一类是由波阻抗不连续点产生的到达检测点的第一个反射波,另一类是在线路的节点之间经多次折射、反射后的波.波阻抗不连续点包括线路上的分支点、分支末端点和接地故障点.C型行波法利用第一类波,即行波在波阻抗不连续点产生的第一个反射波来进行故障定位,该波称为节点的特征波.可以利用比较法来确定故障点的特征波.为了比较,先在正常线路上注入脉冲信号,并检测其反射波；线路发生接地故障后,在故障线路上注入脉冲信号,并检测其反射波；对2个信号进行比较.通过比较可以看出：在故障点第一个反射波到达之前,2个信号是完全一样的,之后则不同.据此可知,2个波形的第一个差异点必然是来自故障点的反射波,这个波称为故障特征波.在线路上注入的脉冲信号,经过线路上的波阻抗不连续点返回到检测点时,在时域上为突变性的奇异点.突变点的检测是个难题,小波变换作为一个新兴数学分支为解决这一难题提供了有力工具.作为一种时频分析方法,小波变换具有良好的时频局部特性.信号在时域上的突变奇异点包含丰富的高频信息,信号在小波变换后的模极值对应于突变点,所以,可以利用小波变换奇异性检测理论来得到反射波的位置和时刻.
2.2直流定位法
直流定位法的主要思路与注入法类似,首先在线路首端M向故障相MN注入直流信号.电源的输出电压可调,通过调整电源的电压来控制注入电流的大小,一般将电流控制在100mA左右；然后在故障线路上按区段检测注入的直流信号,最后确定出故障分支.直流定位法的优点是能够很准确地找到故障分支.
2.3行波-直流综合定位方法
针对配电网定位的难题,通过对现行的定位方法进行分析,提出了利用多种信息来进行综合定位的方法,其目的是利用不同方法的互补性来提高故障定位的准确性.将特征波C型行波定位法和直流注入法结合起来的行波-直流综合定位方法,分2步进行故障定位：第一步是在故障线路首端注入高压脉冲信号,利用C型行波法确定故障距离；第二步是在线路首端注入直流信号,利用直流法确定出故障分支.故障距离结合故障分支就可以对带分支的配电线路进行精确的故障定位.行波-直流综合故障定位方法融合了行波法和直流法的优点,弥补了单一使用任意一种故障定位方法的不足,提高了故障定位的准确性.特征波C型行波定位方法的优点是不受故障时刻线路本身产生的行波信号强弱的影响；发射的行形和强度可以人为控制；能够迅速地确定故障距离.直流法的优点是不受线路分支的影响,分支和它的下游若没有接地故障,就相当于开路；也不受故障點接地电阻和对地电容电流的影响.通过调整电源输出电压的大小可以保证直流信号在指定数值范围内,能够准确地确定故障分支.行波-直流综合故障定位方法是2种方法的结合,能够很好地解决前面提出的接地故障定位的2个难点问题.
结语
针对10kV配电线路的特点和故障定位的难点,提出了行波-直流综合故障定位方法.该方法结合了特征波行波定位法和直流注入定位法的优点,利用2种方法的互补性提高了故障定位的准确性.在实际应用中,由于测量设备的精度、气象条件、线路运行状况、数据误差等因素的影响,定位精度会有所下降,这些需要在实际运行中加以检验和改进.对于供电可靠性要求较高的地区,离线的故障定位不能满足用户的要求,以离线综合故障定位方法为基础的在线故障定位方法也有待深入研究.
参考文献
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配电线路引用文献:
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