浅论配电线路单相接地故障行波的定位技术

浅论配电线路单相接地故障行波的定位技术

发表时间：2018-07-02T10:46:42.407Z 来源：《电力设备》2018年第7期作者：孙芳普袁存兵仵泉范亚欣

[导读] 摘要：针对10kV配网中常见的单相接地故障问题，结合单相故障接地特点，提出一种基于行波故障定位方法。

（国网山东省电力公司成武县供电公司山东省菏泽市 274200）

摘要：针对10kV配网中常见的单相接地故障问题，结合单相故障接地特点，提出一种基于行波故障定位方法。首先，根据行波信号在波阻抗不连续点的反射规律，对高压幅值窄脉冲信号反射的故障点特征波形进行采集，并测算到故障距离；其次，利用SVM支持向量机算法对故障区域的能量波特征进行分类，从而判定故障区段。最后综合故障距离和故障区段对故障进行定位，并通过ATP仿真软件对上述方法进行验证，结果表明该定位精度高。

关键词：单相接地故障；定位；SVM；行波信号；ATP仿真

引言

在我国，10kV配网属于中压电网，其接地方式大多也采用中性点非有效接地，属小电流接地方式，而对应的单相接地故障又被人们称之为小电流接地故障。在10kV配电网中，单相接地故障发生率占到了整个配网故障的80%，成为常见的一种故障。但是10kV配网存在线路复杂、分支多等，当配电网中出现单相永久接地故障的时候，很难确认具体线路故障点，同时由于故障点的电流小，通过捕获的电流信号也比较弱，导致对其故障进行定位非常困难。另外，一旦出现单相故障接地，导致线路其他相的电压也相对升高，导致相间短路等问题，造成线路设备被损坏，进一步扩大故障后果。因此，加强对10kV电网单相就接地故障定位方法，对提高配网线路输电的可靠性具有重要的现实意义。目前针对单相故障定位的方法很多，如阻抗法、注入信号寻迹法、零序电流比较法、行波法、相关法、中电阻法、五次谐波法等方法，这些方法都利用故障后的电压特征或电路特征进行分析。而随着计算机技术的发展，人工智能算法开始逐步的被引入到配网故障检测中，如遗传算法、模糊理论等。但是通过研究发现，当前人工智能算法的可操作性不强，大部分还处在理论部分。对此，本文提出一种基于行波法———SVM支持向量机的故障定位算法，通过行波法对故障进行测距，利用SVM对故障区段进行判定，最后综合上述结果对10kV接地故障进行判定。

1 行波理论与定位方法

所谓行波法，其原理是采用人工的模式在电路的首端变电站位置将脉冲信号注入到故障线路中，通过故障位置的放射行波来实施定位（原理如图1）。如图1所示，通过在线路首端（图中Ｍ点）设置对应的设施，检测脉冲信号的发射时刻t1和故障点反射波到达监测点的时刻t2。将故障点到信号监测点的距离设置为XL，v为波速，则可以得出

图1 行波法故障定位示意图

相比于人工沿线检测方法来说，行波定位技术具备很多的优势性特点，包括故障定位速度快、精准性高等。目前，我国现行的行波定位方法有A、B、C、D四种，每种方法的技术内容、定位需求等存在较大的差异。通常情况下，对于单端故障问题可采用A行波定位，双端故障可采用B行波定位，单相接地问题一般采用C行波定位，而D行波定位需要对线路施加合闸电流脉冲，以保障定位效果。

2配电线路单相接地故障行波定位技术分析

2.1ATP软件

为了确保故障定位的精准性，通过ATP软件可对配电线路网络进行模拟，以获得仿真的控制系统，能保障计算结果的准确性。其主要数学模型包括多项分布输电线路、非线性电阻、电感器、开关、电压、电流等。在软件中输入配电线路模块、电源模块等各项参数信息，可建立仿真的数据模型，能直观展现行波的运动情况，有利于探究行波的运动特性。在对10KV配电线路进行故障定位时，需要设计人工脉冲信号的宽度，并合理选取最大峰值，以获得波形图。同时，设定线路总长度为25km，且装置右边线路各段间隔为5km。由于线路长度较短，设定运动时间为0.5ms，固定阻抗值为500Ω，为了保障可视化效果，可在装置与电源端增设200m线路，用以区分反射电压与电源电压的实际情况。但在实际仿真时，会受到各种因素的影响，使得仿真效果受到限制。因此，应合理控制各项影响因素，建立多元化仿真体系，包括线路末端与金属接地仿真、线路中端与金属接地仿真、电阻接地仿真、线路分支仿真、噪声仿真等。另外，为了降低影响因素，可重复注入两到三次脉冲信号，分析各项数据的实际情况，从而定位故障点。

2.2行波定位设计

通过上述分析可知，C行波定位技术能有效确定故障点的位置，保障定位工作的效率。但在实际应用阶段，数据收集工作是非常重要的内容，对定位质量会产生严重的影响。因此，需要做好脉冲信号源数据收集工作，为后续工作提供依据。

第一，在对低压冲击信号进行定位时，需要设计一条高压绝缘导线，对线路接地与不接地情况进行研究。可分别输入冲压信号，以获得波形图，当线路处于正常运行时，两个波形会出现重叠现象，当经过故障点时，两种波形会发生明显的反射变化，导致波形出现畸变情况。因此，需要计算注入电压的时间以及波形出现畸变的时间，从而获得时间差，并与波速进行计算，以获得单相接地故障点的位置。但冲击信号在运动时会出现信号损耗等情况，对数据收集结果会造成影响，导致波形发生畸变的时间存在误差。

第二，在利用低压脉冲信号进行定位时，一般可采用矩形脉冲信号，其具备识别性能好、稳定性强等特点。对此，可在大地与导线之间注入脉冲信号，以比较接地网波形与导线末端开路波形的实际反射情况。两个波形在到达故障点前，其波形信息几乎相同，在到达检测位置后出现畸变情况。因此，通过行波定位公式，可快速算出故障点距离，保障定位效果。相比于低压冲击信号来说，低压脉冲信号具备能量强、衰减小、可视性好等优点，更适用于故障点定位工作中。

第三，在利用高压冲击信号进行定位时，需要借助专业的发射装置，以获得固定的信号幅值和宽度。在导线和大地之间输入高压冲击

信号后，可对导线末端接地以及末端开路的波形变化情况进行分析，能发现高压冲击信号变化十分明显，识别率较高，能摆脱低压冲击信号的限制。但当检测线路过长时，会逐渐增加信号的衰减速度，对数据收集效果会造成影响。

第四，将故障点与接地网直接进行连接时，虽然能有效判断故障点的位置，但与实际情况不相符合，应将线路末端置于地面上再进行信号收集，可获得较为明显的波形变化图。同时，相比于高压冲击信号来说，低压冲击信号、脉冲信号的幅值比较低，在与地面进行连接时，导致地面获得较大的电阻，接地故障不明显。因此，需要分析高低压信号的特点，再判断配电线路接地故障的实际情况，从而提高行波定位效率。

3 结语

本文讨论的故障定位措施具有可靠性与通用性良好的优点，属于一种主动定位法，可用于10KV配电线路单相接地故障的定位，能帮助线路维护人员快速找到故障点。然而由于配电网的线路非常长，并且分支也非常多，分布的电容量也相对较大，电容分流的现象很常见，一旦过渡电阻在3KΩ以上，则该方法不再适用。

参考文献

[1]王凤，康怡.基于脉冲信号注入法的小电流接地选线技术[J].电网技术，2008，32(15):90-93.

[2]王新超，张玉海.零序电流比例增量法在小电流接地故障选线中的应用[J].电力系统保护与控制，2011，39(20):125-130.

[3]赵化时，姚李孝，柯丽芳，等.配电网选线和测距新方法研究[J].电力系统保护与控制，2010，38(16):6-10.

[4]郑州，吕艳萍，王杰，等.基于小波变换的双端行波测距新方法[J].电网技术，2010，34(1):203-207.

[5]季涛，薛永端，孙同景，等.配电线路行波故障测距初探[J].电力系统自