基于单端行波信号分析的配电网故障测距算法

廖彬宇++舒勤

摘要：对于辐射状配电网其三相线路上发生单相接地故障时，故障点反射的电压行波和线路末端反射的电压行波具有相同的极性，仅依靠极性特点无法准确识别出故障点反射波。针对这个问题，对配电网线路末端所连接的配电变压器进行了分析，发现电压行波在配电变压器处的反射具有幅值较大和极性翻转的特性，利用这一性质，可有效识别第二个行波波头是来自于故障点还是线路末端，再利用故障线路的电流行波的幅值比较大的特点准确选择出故障线路，最后利用小波变换模极大值检测行波波头到达测量端的准确时刻从而计算出故障距离，基于此可构造针对辐射状配电网的单端故障测距算法。大量仿真验证表明，此方法有效，准确，可靠。

关键词：辐射状配电网；单相接地；线模行波；行波极性

中图分类号：TM773 文献标识码：A 文章编号：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，我国的中低压电压配电网一般采用中性点非直接接地的运行方式，其主要包括有不接地和经消弧线圈接地，又可以称为小电流接地系统。配電网的主要网架形式可以分为辐射状网、树状网以及环状网，其中辐射状网结构为多条线路连接到一条母线上，如果其中某一条线路发生单相接地故障，就会涉及到故障选线和故障测距等问题。因此对单相接地故障的研究是很有必要的，其中故障选线主要是通过故障线路电流行波的幅值比非故障线路电流行波幅值大的特点来实现的；而目前的故障测距算法主要有阻抗法和行波法，其中行波法又分为单端法和双端法，而单端测距算法具有成本低，不需要全球定位系统（GPS），不受时间同步等因素的影响等优点，也存在有波头性质识别困难的缺点[1-4]。

单端行波测距主要是通过对前两个波头性质的识别来实现测距的，但是仅通过型波波头极性的特征有时无法准确识别第二个波头的性质。目前有很多文献对单端故障测距进行了研究。文献[3]利用零模分量和线模分量第二个波头的正负极性特点，实现对第二个波头的性质识别，但是因为零模分量在传播过程中的衰减非常严重，所以会降低此方法的可靠性。文献[4]利用初始反极性波实现对第二个波头性质的识别，但是如果考虑到非故障线路反射波的影响这种方法就将失效。

本文在对故障行波折、反射过程分析的基础上，提出了针对配电网辐射状网络的单端故障测距算法，首先根据电流行波的幅值大小选出故障线路，再利用电压行波在故障线路末端配电变压器的反射特性识别出第二个行波波头是来自于故障点的反射还是线路末端的反射，从而实现单端故障测距。仿真验证了该方法的有效性和可靠性。

1 单端故障测距法原理

单端故障测距算法即A型现代行波故障测距原理。它是利用测量端检测的第一个行波波头与第一个故障点反射波之间的时间差来计算测量点到故障点的距离的，所以准确的识别出故障点反射波是单端故障测距的关键。辐射状配电网线路上发生故障时，第一个故障点反射行波到达测量端的传播路径如图1所示。

线路末端反射波到达测量端的传播路径如图2所示。

由以上分析可知，第二个行波波头可能来自于故障点的反射波，也可能是来自于线路末端变压器的反射波。所以识别第二个行波波头是来自于故障点还是线路末端是单端故障测距算法的关键，以下通过分析行波在故障线路上的折、反射过程和特点，提出了一种第二个行波波头的识别方法[5]。

5 结语

对于辐射状配电网测量端母线连有多条线路，根据电流行波的幅值大小特性实现故障选线，再利用电压行波在线路末端配电变压器的反射特性，实现对第二个行波波头的识别，通过对第二个行波波头的识别，不会受到其他行波波头的干扰，具有较高的可靠性；再利用小波变换实现对行波波头幅值和到达测量端时刻的检测，提高了算法的精度。大量仿真证明本文提出的算法可有效提高辐射状配电网单端故障测距的有效性，且具有一定实际应用价值。

参考文献

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