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配电网电缆故障行波测距技术研究发布时间：2023-06-09T08:01:39.055Z 来源：《新型城镇化》2023年11期作者：白杨[导读] 根据变压器中性点接地方式的不同，中性点运行方式可划分为小电流接地系统（中性点不接地系统或经过消弧线圈接地系统）和大电流接地系统（中性点直接接地系统或经小电阻接地系统）。
内蒙古电力（集团）有限责任公司呼和浩特供电分公司内蒙古呼和浩特 010010摘要：由于电缆都埋在地下或者沟内，一旦出现故障，就需投入大量人力及经济投入才能找到故障点。
由于配电网络是一个复杂的系统，在其运行过程中可能会出现各种情况，如短路、断线等事故。
当遇到这些情况时，必须对电网进行停电检修或更换设备。
若能通过技术迅速找出故障点，则可大大缩短故障时间和提高供电可靠性。
因此，对配电网电缆故障定位方法进行研究，具有十分重要的理论与实际意义。
关键词：配电网；电缆故障；行波测距技术1配电网电缆故障行波测距技术根据变压器中性点接地方式的不同，中性点运行方式可划分为小电流接地系统（中性点不接地系统或经过消弧线圈接地系统）和大电流接地系统（中性点直接接地系统或经小电阻接地系统）。
我国6～35kV中低压配电网以中性点不接地系统和经消弧线圈接地系统为主，少部分经高电阻接地系统，都是小电流接地系统。
当前配电网出现的故障种类中约有80%是单相接地，单相接地故障的发生率远远高于两相短路，两相接地和三相短路。
因此，本文主要研究小电流接地系统中电缆线路的单相接地故障。
国内外专家学者对配电网单相接地故障测距进行了一系列的研究，主要包括：故障分析法、注入法和行波法。
1.1故障分析法故障分析法是以配电网线路模型为基础，重点关注故障时线路的故障特征与边界条件，选取合适的等效网络与故障量，并推导出故障量与故障距离之间的关系。
故障分析法主要包括阻抗法及其改进方法、网络拓扑矩阵法。
将配电网中各条母线及分支线路视作网络节点，根据电路原理建立起网络拓扑阻抗矩阵或导纳矩阵。
D型现代行波故障测距基本原理D型现代行波故障测距原理为利用故障暂态行波的双端测距原理，它利用线路内部故障产生的初始行波浪涌到达线路两端测量点时的绝对时间之差值计算故障点到两端测量点之间的距离。
设线路MN故障产生的初始行波浪涌以相同的传播速度v到达M端和N端母线的绝对时间分别为TM和TN，则M端和N端母线到故障点的距离可以表示为：式中：L为线路MN的长度。
为了准确标定故障初始行波浪涌到达两端母线的时刻，线路两端必须配备高精度和高稳定度的实时时钟，而且两端时钟必须保持精确同步。
另外，实时对线路两端的电气量进行同步高速采集，并且对故障暂态波形进行存储和处理也是十分必要的。
D型早期行波故障测距装置采用载波方式实现线路两端测距装置的时间同步，因而难以获得较高的测距精度。
D型现代行波故障测距原理采用内置全球定位系统(GPS)接收模块的电力系统同步时钟实现精确秒同步，这使得线路两端的时间同步误差平均不超过1μs，而由此产生的绝对测距误差不超过150m。
2 D型现代行波故障测距原理的准确性分析D型现代行波故障测距原理利用线路长度、波速度和故障初始行波浪涌到达故障线路两端母线时的绝对时间之差值计算故障距离。
因此，能否获得准确的线路长度、波速度和故障初始行波浪涌到达时刻，将直接影响测距准确性。
严格来讲，无论是传统的故障测距原理，还是行波故障测距原理，其测距结果表示故障点到线路末端的实际导线长度。
但巡线时往往将测距结果当作地理上的水平距离并以此作为查找故障和计算测距误差的依据，而并不考虑线路弧垂的影响。
同样，线路全长也是以水平距离的形式预先给定。
当线路较长时，计及弧垂影响后的实际导线长度与导线水平长度相差较大。
D型行波故障测距原理需要利用线路全长，因而其测距误差往往比其它不需线路全长的行波故障测距原理(如A型原理)的测距误差要大。
比较理想的做法是利用线路设计数据计算出不同温度条件下沿线各档距内的实际导线长度，进而获得实际线路导线的总长度(用于D型测距)，并最终将故障测距结果换算为故障所在档距或杆塔号。
行波测距操作说明行波测距原理分为单端测距和双端测距，单端为线路一端装有行波测距装置，双端为两端都装。
现本站可以实现双端测距，条件为与对端变电站董家变通讯正常，已实现互相调取数据进行分析，通讯采用东北调度数据网。
本装置分为GPS,XC21和工控机三大部分。
一．GPS装置正常情况下失步监视灯灭，时间正常。
二．Xc211. 装置的前面板装置的前面板包括数码显示器(LED)、控制按键、指示灯、EEPROM写保护。
数码显示器(LED)用于显示装置的时间、日期、定值输入菜单与键入值，装置运行状态与装置内部故障信息。
控制按键共有四个，从左到右分别是“Menu”、“→ ”、“+”、“ 回车”，可完成定值整定、波特率设置、时间修改等功能，具体使用详见第4节。
指示灯包括电源指示灯、GPS指示灯、DAU指示灯等。
上电后电源指示灯常亮；GPS指示灯正常时一秒钟闪烁一下，如不闪烁则表示装置的GPS时钟的1PPS未接入；DAU指示灯常亮。
2.装置的后面板装置的后面板包括电源开关、保险丝、PC机接口(COM2)、GPS接口(COM1)和接线端子排。
接线端子排包括电源输入、GPS秒脉冲输入、中央信号或保护出口信号输入、装置异常输出、装置启动输出、线路电流输入等端子。
具体接线及功能见下节。
后面板图见附录B。
3.装置的接线端子图1.接线说明1）模拟量输入端子：上方第一排端子从左至右的第1～48端子为8回线路A、B、C三相电流输入，按Ic8，Ib8，Ia8；Ic7，Ib7，Ia7；Ic6，Ib6，Ia6；Ic5，Ib5，Ia5；Ic4，Ib4，Ia4；Ic3，Ib3，Ia3；Ic2，Ib2，Ia2；Ic1，Ib1，Ia1顺序排列，见附录B。
2）TEST1、TEST2口：是两个测试口。
TEST2口用于测试第一～第四回线路的启动情况；TEST1口用于测试第五～第八回线路的启动情况。
见附录C。
3）串口COM1、COM2、COM3：COM1是GPS时钟接口,插座为九针插座，符合RS485标准，波特率从1200、2400、4800、9600可选，默认为2400bps，用配件中的RS232串口线将它与T-GPS时钟的RS485/422连接即可；COM2为PC机接口,插座为九针插座，标准232接口，波特率从1200、2400、4800、9600、19200可选，默认为19200bps；COM3为备用接口。
行波测距技术在超高压输电线路中的应用现代电力电网的正常运行离不开可靠准确地得到输电线路的故障点的定位。
当超高压输送电线路出现故障时，故障点产生的行波将沿着输电线路向故障点两边进行传播。
行波动作快速，但可以根据行波的特点对其进行距离测量，从而找到故障所发生的位置。
本文将首先简析行波故障测距所使用的物理学机理，并结合具体案例来说明其在超高压输电线路中的应用。
标签：超高压输电；故障测距；行波。
我国经济的高速发展驱动着电力系统朝着更大、更稳定的方向发展。
超高电压输电技术是应时代发展要求应运而生，更高的电压意味着更低的线路损耗和更大的能量传输。
高压输电线路作为电力系统的大动脉，是最容易和最频繁发生故障的部位。
由于输电线路全部在户外，除了恶劣的自然环境，本身的老化等都会导致故障的发生，而由于超高电压输电在远距离输电才更有经济优势，以上原因导致当输电线路发生故障时，极难查找出故障点。
准确快速的故障测距可以有效帮助修复线路，保证线路可靠稳定供电，从而保证整个电网的安全稳定运行，最大限度降低线路故障对整个电力系统造成的威胁和对国民经济和人民生活带来的综合损失。
1、电力输电线路测距现状基于工频电气量的工频阻抗法是当前电力系统使用较多的定位故障点的方法，其主要是通过测量故障输电线的电压电流等量并计算出系统故障回路的阻抗值来估算故障点的距离。
但阻抗法极易受输电线路本身阻抗、负载电荷等的干扰，测距的精度没法得到保证。
高频数字量采集和电磁暂态理论的进步推动了基于行波的测距技术的发展，其测距精度相较传统工频阻抗法有了大大提高。
2、行波测距的物理学释义及实际应用方法根据叠加原理将发生故障的输电线分为正常状态和附加故障状态的叠加。
由工程经验知，一般故障点和地短接使得故障点的电压变为0V。
输电线正常工作时，定义该点电压为U。
由叠加原理易知，假定叠加的故障时，定义该点电压为-U，这样叠加之后故障点的电压为0V。
假定的叠加故障状态中-U电压将使得高压输电线产生由故障点向线路两端传播的前进波，即故障行波。
1.背景行波测距在输电网中有着广泛的应用，对于快速定位故障，缩短故障恢复时间有着重要意义。
本文对行波测距的基本原理以及实现方案进行分析，以期对相关装置的开发以及算法研究有所帮助。
2.行波测距原理2.1 行波的特性输电线路如果忽略传输损耗（忽略分布电阻以及对地电导） ，则可以认为是由大量的分布电感和电容组成的。
假设一段线路始端为M，末端为N，在线路中间某一点P发生对地故障，则相当于在P点接入一个等效电源，其电压与此点故障前电压大小相等，方向相反。
假设在t=0时发生故障，则对于分布参数的传输线，故障等效电源会给线路电容充电，在导线周围建立电场并相邻电容充电，线路的分布电容被依次充电，这一过程如同一个电压波在按照一定的速度沿线传播。
同时随着电容的充放电，将有电流流过线路分布电感，也会有一个电流波沿线传播。
因此通过以上分析，线路故障后，会从故障点开始有电压行波和电流行波向线路两端传播。
行波的波速与线路本身的特性有关，速度公式如下，其中L和C为线路单位长度的电感与电容，线路行波的波速只与其绝缘介质的性质有关，与导体的材料和截面积无关。
例如架空线路的行波速度为294km/ms，纸绝缘电缆线路的行波速度为160km/ms，交联聚乙烯电缆的行波速度为170km/ms。
行波在波阻抗发生变化的分界点处会发生反射和折射，例如上图中的N如果为母线，N有几条出线，则在N处会发生反射和折射。
2.2 单端行波测距单端行波测距是在线路的一端安装测量设备，利用线路故障时测量到的第一个行波与反射的第二个行波的时间差计算测量点和故障点之间的距离。
例如下图,在M点安装行波测量设备，M点测量到的第一个行波为i1，i1在M点和故障点F发生两次反射，再次被M点测量到，那么这个时间差为两倍MF距离，因此上面考虑的是故障点距离M点比较近的情况，实际上如果F点距离N点比较近，那么测量到的第二个行波应该是i5。
假设MN的距离为L，则可以计算出如果F点距离M点小于L/2时，第二个行波为i3，否则第二个行波为i5,这两种故障距离的计算公式是不同的。
基于行波法的电力线路测距电气工程及其自动化 关永昌指导教师 王艳松摘要：中性点非有效接地是配电网中性点的典型接地方式，这种接线方式的系统可靠性高，在发生单相接地后，接地相的接地电流很小，但是故障定位比较困难。
因此，小电流接地系统故障的快速自动定位对于提高供电可靠性、减少停电损失具有重要的意义。
本文介绍了利用电压行波分别对无分支线路和有分支线路进行故障测距的单端行波测距方法。
对故障电压波形进行离散平稳小波分解或应用数学形态学，根据信号的奇异性检测原理找出行波波头，由行波在故障点及母线之间往返一趟的时间或线模与零模速度差来确定故障距离。
关键词：故障定位；行波；离散平稳小波分解；数学形态学一、前言我国的中低压配电网大多采用中性点非有效接地方式。
配电线路发生单相接地故障后，快速、准确的定位出故障点，不仅对快速修复故障线路，保证供电可靠性及减少停电损失，而且对保证整个系统的安全稳定及经济运行都有十分重要的作用[1]。
目前，单相接地故障测距方法主要可分为行波法、阻抗法、及注入信号法。
行波法具有不受系统运行方式变化、不稳定电弧、系统参数、串补电容、线路不对称及互感器变换误差的影响，以及故障测距快速准确等优点，其在输电线路上已得到成功应用，因此利用行波法实现配电线路故障测距具有重要的研究意义。
对于无分支线路，根据波头极性区分反射波，从而确定故障距离；针对配电线路多分支的情况，本文根据单端行波测距法，通过小波分解或多分辨形态梯度分析故障信号，利用行波特征波确定故障区段，利用线模与零模速度差来确定故障距离。
二、无分支线路测距原理 单端行波定位方法：在线路发生故障时，故障点产生的电压（电流）行波在故障点与母线之间来回反射，根据行波在测量点与故障点或对端母线之间往返一次的时间和行波的波速来确定故障点的距离。
行波在无分支线路中的折反射可用图1所示的行波网格图说明。
第一个电压行波到达母线M 端时，M 端的电压波形应 图1 故障暂态行波传播过程是： 1()()()m F m m F m u t u t u t τατ=-+-（1） 当故障点位于母线M 端到线路中点之间时，第二个从故障点方向来的行波必然是故障点的反射波。
蒙古330kV输变电项目曼达勒戈壁220kV变电站电流回路二次接地点位置选择摘要：蒙古330kV输电项目是由中、蒙两国总理见签，特变电工与蒙古国能源部签订由特变电工沈阳变压器集团有限公司负责执行的EPC项目。
是“一带一路”和打造“中、蒙、俄经济走廊”的重要工程。
为了保证变电站安全可靠运行，需要对蒙古330kV项目变电站电流互感器接地点进行选择，并予以实施。
关键词：蒙古、一带一路、330kV输变电、电流互感器、接地、选择。
1 简介蒙古330kV输变电项目是由位于乌兰巴托的松根尼变电站经新建一条同塔双回的330kV输电线路与新建的曼德勒戈壁变电站相连，曼德勒戈壁变电站利用原有的220kV同塔双回输电线路与本期扩建的塔温陶勒盖变电站相连，塔温陶勒盖变电站利用原有的输电线路与本期扩建的奥尤陶勒盖变电站相连的工程。
这样形成了乌兰巴托到奥尤陶勒盖的输电链路，为蒙古国南部资源开发和工业体系建设提供足够的电力保障，同时满足蒙古国首都乌兰巴托以及项目沿线150多万人的用电要求，工程意义重大。
2 电流互感器二次绕组接地方案选择此项目是特变电工沈阳变压器集团有限公司承担的EPC项目，由于蒙古国电力部门对电流互感器二次绕组接地没有明确规定，所以我们在项目实施过程中根据中国《国家电网公司十八项电网重大反事故措施》中的规定：公用电流互感器二次绕组二次回路只允许、且必须在相关保护柜屏内一点接地。
独立的、与其他电压互感器和电流互感器的二次回路没有电气联系的二次回路应在开关场一点接地。
因此，本工程二次电流互感器接地点位置应依据上述规定选择。
本文以蒙古330kV输变电项目中曼德勒戈壁（MG）变电站为例，对电流互感器的二次回路提出要求，在施工过程中对电流互感器接地点进行选择，并予以实施,保证变电站的安全运行。
2.1 主变压器保护、测量用电流互感器二次绕组接地方案选择曼德勒戈壁变电站主变压器和输电线路等无论主保护，还是后备保护，判断依据都离不开电流信息，电流互感器也就成了保护中非常关键的设备。
