基于暂态行波的中性点非有效接地配电系统故障定位方法

摘要

本发明公开了一种基于暂态行波的中性点非有效接地配电系统故障定位方法，本方法只在线路两端安装设备，就能够获得所需行波信号，检测可靠性相对较高。根据现场实际情况，在变电站内安装非接触式电磁场传感器获取故障暂态电压、电流行波，利用线路末端配电变压器传变电压行波解决线路末端电压行波信号获取问题，并利用变压器二次侧记录到的故障行波的幅值和极性特征快速识别线路故障发生类型；提出一种新的基于时间中点的故障搜索算法，解决架空线、电缆波速度不连续的问题。因此，本方案不需要额外增加系统一次设备，也不需要线路停电即可实现装置安装运行，既节约了费用又降低了工程复杂程度，实际运行表明，该方法可以将故障定位到±100m以内。

主权项

1.基于暂态行波的中性点非有效接地配电系统故障定位方法，其特征在于：包括下述步骤：第一步在配电线路的两端分别安装暂态行波信号检测装置、GPS时钟同步装置及传递暂态行波数据的通讯装置，并安装故障测距主站；①检测变电站内母线出线处故障行波的方法：对于母线为单出线配电系统，通过在变电站内母线出线处安装非接触式电场传感器测量与地面保持水平方向的电场，获得故障暂态电压行波线模分量，利用以下方法确定平行于地面母线附近最佳检测点；在与三相导线垂直的平面内建立直角坐标系统，设导线A、B、C的坐标为(X_k，Y_k)，k＝a，b，c；测量点位置坐标为P(x，y)；在与三相导线垂直的平面内，三相导线在平面内P点产生的暂态水平方向电场强度表示为：$E_x=\left[\begin{array}{ccc}{Q}_a& Q_b& Q_c\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{u}_a\\ u_b\\ u_c\end{array}\right]$式中：u_a、u_b、u_c为三相导线A、B、C中的瞬时电位，[Q_a Q_b Q_c]＝[H_a H_b H_c][λ]^-1，λ为各导线的自电位系数及互电位系数，k＝a，b，c，ε₀为真空介电常数；根据Karrenbauer变换，将系统变为模分量系统，暂态水平方向电场强度表示为：E_x＝Q₀u₀+Q₁u₁+Q₂u₂式中：Q₀＝Q_a+Q_b+Q_c；Q₁＝Q_a-2Q_b+Q_c；Q₂＝Q_a+Q_b-2Q_c；u₀为故障暂态电压行波零模分量，u₁、u₂为故障暂态电压行波线模分量；当测量点P位于母线正下方时，满足Q₀＝Q₁＝0，可以得到，E_x＝Q₂u₂，即暂态水平方向电场强度的变化与故障暂态电压行波线模分量成比例关系，因此测量该点处的暂态水平方向电场强度即可获得故障暂态电压行波线模信号；对于母线为两出线或多出线的配电系统，通过在变电站内母线出线处最佳检测点安装非接触式磁场传感器测量与地面保持垂直方向的磁场，获得故障暂态电流行波线模信息，利用以下方法确定垂直于地面母线附近最佳磁场检测点：在与三相导线垂直的平面内，暂态垂直地面方向磁场B_y与三相电流的关系为：$B_y=\left[\begin{array}{ccc}{W}_a& W_b& W_c\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{i}_a\\ i_b\\ i_c\end{array}\right]$式中：i_a、i_b、i_c为三相导线A、B、C中的瞬时电流，k＝a，b，c，μ₀为空气的磁导率；根据Karrenbauer变换，将上式变为模分量系统，暂态垂直地面方向磁场B_y表示为：B_y＝W₀i₀+W₁i₁+W₂i₂式中：W₀＝W_a+W_b+W_c；W₁＝W_a-2W_b+W_c；W₂＝W_a+W_b-2W_c；i₀为故障暂态电流行波零模分量，i₁、i₂为故障暂态电流行波线模分量；当测量点位于母线正下方时，满足W₀＝W₁＝0，可以得到，B_y＝W₂i₂＝3W_ai₂；即暂态垂直地面方向磁场的变化与故障暂态电流行波线模分量成比例关系，因此测量该点处的暂态垂直地面方向磁场即可获得故障暂态电流行波线模信号；②检测配电线路末端故障行波的方法：在配电线路末端，利用配电变压器低压侧的三个相电压信号、或以b相为参考相的两个线电压信号u_ab、u_cb、或以a相为参考相的两个线电压信号u_ab、u_ac、或以c相为参考相的两个线电压信号u_ac、u_bc，实现对线路各种类型故障电压行波线模分量信号的有效获取；并根据配电变压器二次侧记录到的故障波形的幅值和极性特征，快速识别线路故障类型；第二步线路发生故障时，故障点将产生向线路两端传播的电压、电流行波，当行波信号到达线路两端瞬间，暂态行波信号检测装置被触发记录故障行波到达的准确时间和故障波形；并利用GPRS通讯方式，将线路两端暂态行波信号检测装置获得的行波到达时刻和故障波形信息传递给故障测距主站的中央处理计算机；第三步中央处理计算机根据故障行波波头分别到达配电线路两端的时间点，计算故障位于配电线路一端的距离，计算方法如下：首先定义行波信号到达线路两端时间相等的点为线路的时间中点T_O，从时间中点T_O开始根据故障搜索方向搜索故障点，L_O为配电线路的距离中点，即L_O点到线路两端距离相等；T_O为时间中点，即行波从T_O点出发到达线路两端的时间相等；算法实现步骤：①确定配电线路的结构、各段线路长度以及架空线和电缆的波速度v₁、v₂；②确定线路的时间中点T₀；设配电线路M、N两端检测到的行波波头到达时间分别为T_M、T_N，定义Δt＝T_M-T_N，则Δt＝0的点即为T_O点；③确定故障搜索方向：发生故障后，若Δt＜0，则从T_O点开始向M端搜索故障点；若Δt＞0，则从T_O点开始向N端搜索故障点；若Δt＝0，则T_O点即为故障点；④确定故障点：行波从T_O点沿故障搜索方向运动Δt/2时间，在搜索过程中，遇到架空线就采用行波在架空线中的波速度v₁，遇到电缆就采用行波在电缆中的波速度v₂，计算到达点即为故障点。