配电架空电缆混合线路接地故障检定技术研究

王烨闻

摘要：在实际运行中，经常发生单相接地故障，特别是在雨季、大风和雪等恶劣天气条件下，单相接地故障更是频繁发生，占整个配电线路故障率的70%以上，严重影响了变电设备和配电网的安全、经济运行，影响农业生产，对农民的生命和财产造成严重的威胁。本文就农电10kV 配电线路单相接地故障发生的原因、处理办法以及采取的新技术、新设备等方面进行分析。

关键词：配电线路;单线接地;故障原因;判断

行波在通过输电线路为架空—电缆混合线路甚至架空一电缆多次混合后的线路时，有不同的传播速度。行波测距法中所利用的测距信号为一波速度稳定的高频暂态行波分量，其波速度可以根据线路参数计算或通过实际测量而获得，且传播时不会受到故障点电阻、阻抗不匹配点等因素的影响，因此行波测距法具有很高的测量精度。由此看来，在混合线路中行波测距法将无法应用;如果用一平均值来代替两种不同的波速度，则会由于故障点位置的不确定及行波在架空线和电缆线中的传播速度相差很大等因素的影响使测距精度无法得到保证;因此，一直以来混合线路是行波测距法所面临的一个难题。本文根据行波在混合线路中的不同传播速度，探讨基于等价法的双端D型测距法来解决架空一电缆混合线路的故障测距。

一、行波测距法四种类型的基本原理

现代行波测距法主要有基于单端A型、双端D型121、重合闸E 型和故障分闸F型四种类型：

1.单端A型测距法

单端A型测距法标准模式是通过在测量端感受到的第一个行波浪涌与其在故障点反射波之间的时延和行波波速计算测量点到故障点之间的距离;其扩展模式是利用线路故障时在测量端感受到的第一个行波浪涌与经过故障点透射过来的故障初始行波浪涌在对端母线反射波之间的时延和行波波速计算对端母线到故障点之间的距离。

2.双端D型测距法

双端测距方法利用线路内部故障产生的初始电压或电流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。

3.重合闸E型

E型测距法的标准模式是利用在线路测量端感受到的由本端重合闸初始行波浪涌形成的第一个行波浪涌与其在故障点反射波之间的时延和行波波速计算测量点到故障点的距离;扩展模式是利用在线路测量端感受到的由对端重合闸初始行波浪涌透过故障点到达本端时产生的第一个行波浪涌与其在故障点反射波之间的时延和行波速计算测量点到故障点之间的距离。

4.故障分闸F型

F型测距法的标准模式是利用在线路测量端感受到的由本端分闸初始行波浪涌形成的第一个行波浪涌与其在故障点反射波之间的时延和行波波速计算测量点到故障点的距离;扩展模式是利用在线路测量端感受到的由对端分闸初始行波浪涌透过故障点到达本端时产生的第一个行波浪涌与其在故障点反射波之间的时延和行波波速计算测量点到故障点之间的距离。

以上四种现代行波测距法中，行波波速都是唯一、恒定的，因此当在混合线路中出现两个波速度时，现代行波测距法将不再适用。为此本文介绍一种在现代行波测距法的基础上利用等价原理的方法解决混合线路的行波测距。

二、等价法

等價法是将混合线路等价成为一种线路，具体方法如下：首先根据线路的参数计算出混合线路各自的行波波速度，再根据行波的波速度比将电缆线等价为行波传播时间相等的架空线，在此长度下应用现代行波测距法测量出测量点到故障点的距离，此距离为架空线距离，然后再将相应的架空线等价回电缆线即可。

1. 行波的波速度

行波的波速度可通过线路参数准确地计算出来，但在三相线路中，由于各相之间存在电磁耦合而不能相互独立，求解过程相当复杂。实际运算时通常将其变换成相互独立的模分量。本文根据Clark 变换，将三相分量分解成相与相之间运动的线模分量以及在线路的相与大地之间运动的地模分量。

2. 选择测距方法

单端的 A 型测距除了需要在测量端精确的测量出故障初始电压或电流行波浪涌到达测量点的时间外，还要分析后续波形的性质及其到达测量端的时间，区分出后续波头是来自故障点还是来自线路对端母线的反射波。而对于架空一电缆混合线路，在混合点处将出现阻抗不匹配点，行波在各个阻抗不匹配点的折射和反射现象使的初始行波波头之后的波形变得十分复杂，很难识别。因此单端A型测距法将不适合于架空一电缆混合线路，同理E型、F型测距方法也受到同样的影响，无法满足要求而利用双端D型测距原理法可以最大限度降低上述因素的影响。双端行波测距法只需检测故障产生的初始行波波头到达两端测量点的时间，不需要考虑后续的反射与折射行波，原理简单，测距结果可靠。

三、仿真试验

利用ATP-EMTP和Matlab6.5进行仿真试验，对基于等价法的双端D型测距法在架空一电缆混合线路上的可行性进行验证。

四、配电网混合线路故障行波定位方法

配电网电缆-架空混合线路的出线端口繁多，波阻抗不连续，故障特征行波的传输过程较为复杂，较适宜采用双端故障特征行波定位算法，只需要考虑故障特征行波到达线路两个终端的具体时间即可。由图3所示，将单相接地故障的发生点作为分界点，将线路划分为两个区段，即MF区段和NF区段，两个区段的行波采集器所记录的故障特征行波到达时间分别定义为集合MF和NF，取其中任意一组数据Twe和TNe，再结合线路具体接结构形式，即可实现故障的定位。

对于一条已知结构的电缆-架空混合线路，其故障特征行波在线路中的传输速度也是确定的，要知道线路中任意一故障点Q的具体位置，只需要知道故障特征行波从终端到Q点的走行时间即可。首先将线路中故障点产生的故障特征行波传输到线路两侧终端的时间做差，若差值为零，则定义此点为时差零点。先对线路MN进行分析，得到每段电缆和架空线的线路长度和故障特征行波波速，得到线缆 MN的时差零点To。

结束语

本文着重对配电网电缆-架空混合线路选线与定位技术进行了研究，分析了故障特征在配电网混合线路中的特性，提出了基于智能融合算法的配电网电缆一架空混合线路单相接地故障选线与定位方法，通过搭建仿真模型进行仿真算例分析，验证了所提出新方法的合理性、有效性、可行性。

本文所提出的方法还有所欠缺，需要从以下几个角度展开深入研究：适用于配电网故障特征的高精度检测方法的实现;完善故障定位与具有智能化自调整功能的重合闸装置;故障进行智能隔离后，网络重新构建问题，实现配电网故障自修复功能。

参考文献：

[1]刘顺桂，李勋，张宏钊，邹世明，一种采用时间判别法的混合线路故障行波定位方法[J].电力系统保护与控制，2017，4（9），9-11.

[2]朱建刚，魏佩瑜，刘澍存，马庆玉.基于时差比较的配电网含分支混合线路行波故障定位研究[J].山东电力技术，2017，（13）：24-28.

[3]孟莉，孙允，丛伟.小电流系统单相接地全故障电流计算方法[J].华北电力技术，2016，（6）：64-68.