配电网故障选线和测距方法综述

配电网故障选线和测距方法综述

陈智

陈智

（成都电业局调度通信监控中心，四川成都610000）摘要：配电网作为连接输电网和用户的中间桥梁，对用户的供电可靠性有着重要影响。本文对配电网故障的选线和测距方法进行了综述。首先从配电网最常见的单相接地故障着手，根据故障稳态信号、暂态信号和特殊信号的特点，对配电网故障选线进行研究。然后按照故障测距原理的不同，将配电网故障测距方法分为故障分析法、行波法以及智能化故障测距法三大类。详细介绍了不同故障选线和测距方法的原理和优缺点，并对其特点和应用效果做了初步探讨。

关键词：配电网；故障选线；故障测距

Abstracts：Asthemiddlebridgeofthetransmissionnetworkandconsumers,thedistributionnetworkhasanimportantimpactonsupplyreliability.Thefaultlineselectionandlocationmethodsinthedistributionnetworkarereviewedinthispaper.Firstly,proceedingfromthecommonsingle-phasegroundfault,thefaultlineselectionmethodsareanalyzedaccordingtothecharacteristicsoffaultsteadysignals,transientsignalsandthespecialsignals.Andthenthefaultlocationmethodsareclassifiedintofaultanalysismethod,thetravelingwavemethodandintelligentfaultmethodbasedondifferentfaultlocationprinciples.Thesemethodsaredescribedindetailincludingtheirprinciplesandtheadvantagesordisadvantages.Andtheircharacteristicsandapplicationresultsarediscussed.

Keywords：electricaldistributionnetwork;faultlineselection;faultlocation

1概述

随着国民经济的不断发展，用户对电力的需求量日益增加，对电能质量的要求也越来越高。配电网作为输电网和用户的中间桥梁，对用户的供电可靠性具有重要的影响。据统计，在用户遭受的停电事故中，90%以上由配电网故障引起。因此，当配电网发生故障后，及时排除故障，恢复用户供电，已成为电力部门关注的主要问题。

我国6~35kV配电网大多采用中性点非有效接地方式，包括中性点不接地和经消弧线圈接地两种类型。当配电网发生两相短路、两相短路接地和三相短路故障时，故障电流超过线路保护装置整定值，保护装置动作，并迅速将故障切除。而当配电网发生单相接地故障时（据统计约占总故障的80%），非故障相对地电压上升至原来的几倍，接地系统的线电压仍然对称，不会影响对用户的连续供电，此时配电网可继续运行1～2h。然而，如果不能及时发现并清除故障，就会对电网绝缘薄弱环节造成严重破坏，长时间运行还会由于弧光的作用造成多点接地短路故障。因此，能否及时准确的查找出配电网单相接地故障点的位置，包括故障线路选取及故障点到测量点的距离研究，对系统的安全运行有着决定性的意义[1]。

然而，配电网属于典型的辐射型网络，分支多，结构复杂，故障信号弱，导致不能准确的实现故障选线以及故障测距。尽管众多故障选线和测距成果在输电网故障定位中得到广泛的应用，但忽略配电网自身的结构特征，直接将其应用于配电网中，将会产生很大的误差，甚至导致错误选线和测距失败。因此，如何能够实现配电网故障点的准确定位，成为国内外研究人员有待解决的重要问题之一。

2配电网故障选线研究

现有配电网单相故障接地的选线方法可分为3类：基于故障稳态信号、基于故障暂态信号和基于特殊信号的选线方法。

2.1基于单相接地故障稳态信号[2-3]

2.1.1零序基波电流幅值比较法。

当中性点不接地配电网发生单相接地时，流过故障相的零序电流等于所有流过非故障相对地电容电流之和，通过比较基波零序电流和对地电容电流就可以识别出故障相。然而，该方法容易受线路阻抗、电网运行方式及过渡电阻的影响，可能存在某条线路的电容电流大于三相电容电流的总和，且该方法不适用于有消弧线圈的配电网。

2.1.2零序基波电流相位比较法。

当配电网发生单相故障时，故障线路上零序电流由线路流向母线，而非故障线路上零序电流由母线流向线路。利用这一特点，可对故障进行选线。然而，当零序电流相位无法准确判定时，该方法将出现较大误差，且不适用于有消弧线圈的配电网。

2.1.3零序电流群体比幅比相法。

将上述两种方法综合在一起，首先对零序电流的幅值进行比较，从中选取幅值较大几条线路作为可能的故障线路，再对其进行相位比较。该方法不能消除过渡电阻的影响，且不适用于含消弧线圈的配电网中。

2.1.4零序电流有功功率方向法。

当配电网中含有消弧线圈或阻尼电阻时，在发生接地故障时，产生的有功分量仅流过故障线路，且方向与非故障线路流过的零序有功电流相反。但实际运行中零序电流有功分量很小，检测困难，同时也容易受CT不平衡的影响。

2.1.5零序导纳法。

在中性点不接地或经消弧线圈接地配电网中，当系统发生单相故障后，故障线路的零序导纳与故障前不同，而非故障线路的零序导纳与故障前相同。利用该特点可进行配电网故障选线。

2.1.6负序电流法。

当配电网发生单相接地故障时，故障线路的负序电流与中性点接地方式无关，故障线路的负序电流大于非故障线路的负序电流，且故障线路与非故障线路的负序电流分量相位相反。

2.2基于故障暂态信号[4-8]

2.2.1首半波法。

假设配电网接地故障发生在相电压接近最大值的瞬间，在首半波的暂态零序电流和零序参考电压之间存在固定的相位关系，故障线路和非故障线路的暂态零序电流方向相反，由此可判定故障线路。然而，当暂态零序电流分量较小时，存在工作死区。

2.2.2暂态能量法。

配电网发生故障后，非故障线路上的能量大于零，而故障线路的能量总小于零，且绝对值等于其他各相线路（包括消弧线圈）之和。

2.2.3小波分析法。

配电网发生单相接地故障时，电流和电压的暂态过程非常短，但却包含了非常多的特征信号，因此选用合适的信号处理手段就可判定故障线路。小波变换可以对信号进行精确的分析，当选用合适的小波基时，就可用来检测突变信号。根据故障线路的暂态电流分量大于非故障线路以及两者特征向量相位相反的特点进行故障选相。

2.3基于特殊信号的选线方法[9]

2.3.1绝缘监视法。

又称为拉线法，当小电流接地故障时在电压互感器开口三角形上将会出现零序电压，利用该电压信号通知电网运行人员发生了接地故障，值班员依次拉合线路，根据断开某线后零序电压是否消失来判断该线路是否发生故障。

2.3.2电流增量法。

自动调谐消弧线圈能够自动跟踪配电网电容电流，正常情况下处于过补偿15%的状态，当发生单相接地故障后，自动调谐到全补偿暂态，以减小接地电容电流。该方法利用调谐前后零序电流的变化量进行故障选线，首先将调谐前后的零序电流折算到同一电压等级，然后比较各条线路的零序电流变化量，变化量最大即为故障线路。

3配电网故障测距研究

3.1故障分析法

该方法是在线路发生故障时，根据电网有关参数和测距点的电压、电流列出测距方程（一般为电压方程），然后对其进行分析计算，求出故障点到测距点之间距离的一种通用方法[10]。它不仅适用于单端量测距，而且适用于双端量测距，二者的区别仅在于前者利用输电线路一端的电压、电流信息；后者利用了线路两端的电压、电流信息。

故障分析法又可分为阻抗法、电压法和解方程法。阻抗法利用故障时在线路一端实测到的电压、电流信号计算出故障回路的阻抗，进而求出故障距离；电压法则是在线路故障时根据电压沿线路分布的特征求出故障点位置。解方程法根据线路参数和电网模型，利用测距点的电压、电流，用解方程的方法，求出故障点位置。解方程法包括解复数方程和解微分方程两种，前者在频域内求解，后者在时域内求解。解方程法既能用于单端量测距，也可用于双端量测距。

3.2行波法

根据行波理论实现的测距方法，可分为单端量法和双端量法两种。前者利用线路一端检测到的暂态行波量，后者利用线路双端电气量实现故障测距。目前，己提出的行波测距法有A型、B型、C型、D型、E型、F型6种，其中A、C、E、F型属于单端量法；B、D属双端量法。目前，A型和D型行波测距法已在我国高压和超高压交直流输电线路上大量应用，测距误差小于500m，取得到显著的社会效益和巨大的经济效益。

3.3其它智能方法

近年来，随着计算机技术的发展，各种人工智能技术，如人工神经网络、卡尔曼滤波、模式识别、概率和统计决策、模糊理论和光纤测距等也日趋成熟。该类方法通过建立知识库、数据库和规则库，可使计算机模拟专家的行为，已逐步应用于电力系统故障定位。该类方法可准确的实现故障定位，但辅助设备成本很高,在一定程度上限制了它的发展。

4结论

本文着重对配电网发生单相接地故障后的故障选线及定位问题进行综述，目的在于利用配电网中有限的信息进行快速的故障处理，及时判别故障类型，根据配电网需求选择性切除故障线路，并及时快速找到故障点并排除故障，为快速准确的故障选线和定位提供重要的理论基础。

参考文献

[1]贺家李，宋从距.电力系统继电保护[M].北京：中国电力出版社，2004.

[2]葛耀中.新型继电保护和故障测距的原理和技术[M].西安：西安交通大学出版社，2007.

[3]王玮，蔡伟，张元芳，等.基于阻抗法的电力电缆高阻故障定位理论及试验[J].电网技术，2001，25（11）：38-41.

[4]陈平，牛燕雄，徐丙垠，等.现代行波故障测距系统的研制[J].电力系统自动化，2003，27（12）：81-85.

[5]张帆，潘贞存，张慧芬，等.树型配电网单相接地故障行波测距新算法[J].中国电机工程学报，2007，27（28）：46-52.

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[8]束洪春，孙涛.电缆架空线混合线路故障行波测距新方法[J].电力自动化设备，2008，28（10）：1-7.

[9]张慧芬.配电系统单相接地点定位仪的研究[J].电力自动化设备，2003，23（6）：33-34.

[10]郜洪亮.一种配电线路单相接地故障测距算法[J].清华大学学报，1999，39（9）：33-36.