配电网故障区段定位及测距方法.pdf

第 4 l 卷 第 1 期 2 O 1 5 年 1 月 工矿 自 动 化 I nd us t r y a n d M i ne Aut o ma t i o n V0 I ． 4 l NO ． 1 J a n．2 0 1 5 文 章编 号 1 6 7 卜 2 5 1 X 2 O 1 5 0 1 0 0 8 8 0 4 DOI 1 0 ． 1 3 2 7 2 ／ j ． i s s n ． 1 6 7 1 2 5 1 X ． 2 0 1 5 ． 0 1 ． 0 2 2 耿兴旺， 罗艳芳． 配电网故障区段定位及测距方法[ J ] ． 工矿 自动化 ， 2 0 1 5 ， 4 1 1 8 8 9 1 ． 配电网故障区段定位及测距方法 耿 兴 旺 ， 罗艳 芳。 1 ． 冀 中能 源 股份有 限公 司 邢 东矿 ， 河 北 邢 台0 5 4 0 0 0 ； 2 ． 中国矿业大学 信息与电气工程学院， 江苏 徐州 2 2 1 0 0 8 摘 要 针 对 配 电网发 生单相 接地 故 障后 采 用人 工 巡线 定位 故 障 困难 的 问题 ， 提 出 了一种 基 于分 布参数 模 型 的 配 电网故 障 区段 定位 及测 距 方法 。该 方法通 过 对线路 上馈 线终 端 装置上 传 的故 障信 息及数 据进 行 分析 计 算 ， 选择 故 障 区段 ， 然后 在 线计 算该 区段 线路 分布 参数 ， 从 而得 出故 障距 离。仿 真 结果表 明 ， 该方 法 受过 渡 电阻和故障位置等 因素影响小， 能有效 实现故障选线和区段定位， 测距误差在 l 以内。 关键词 配电网；单相接地故障； 故障区段 定位；故障测距；分布参数 ； 馈线终端装置 中 图分 类 号 TD 6 1 1 文献标 志码 A 网络 出版 时 间 2 0 1 5 - 0 1 0 5 1 6 4 2 网络 出版 地址 h t t p ／ ／ www． c n k i ． n e t ／ k c ms ／ d e t a i l ／ 3 2 ． 1 6 2 7 ． T P ． 2 0 1 5 0 1 0 5 ． 1 6 4 2 ． 0 2 2 ． h t ml Fa u l t s e c t i o n p o s i t i o ni n g a n d r a n g i n g m e t ho d o f d i s t r i b u t i o n ne t wo r k GENG Xi n gwa n g ，LU O Ya nf a n g 1 ． Xi n g d o n g Mi n e ，J i z h o n g En e r g y Re s o u r c e s Co ． ，I t d ． ，Xi n g t a i 0 5 4 0 0 0 ，Ch i n a ； 2． Sc hoo l of I n f o r ma t i o n a nd El e c t r i c a l Eng i ne e r i ng，Chi na U ni v e r s i t y of M i ni n g a nd Te c hno l o gy Xu z h o u 2 2 1 0 0 8 ，Ch i n a Ab s t r a c t I n v i e w of pr o bl e m t h a t i t i s d i f f i c ul t t o r e a l i z e f a u l t p os i t i oni ng by us e o f a r t i f i c i a l p a t r o l a f t e r s i n gl e p ha s e gr ou nd i n g f a u l t o c c ur r e d i n di s t r i bu t i o n ne t wo r k， a f a u l t s e c t i o n p os i t i o ni ng a n d r a ng i ng m e t ho d o f d i s t r i but i o n ne t wor k ba s e d o n d i s t r i b ut e d pa r a m e t e r mo de l wa s pr op o s e d．I n t he m e t ho d，f a ul t s e c t i o n i s c ho s e n t h r ou gh a na l y z i ng a nd c a l c ul a t i ng o f f a ul t i nf or ma t i on a n d d a t e u pl o a de d b y f e e de r t e r mi na l u ni t o f l i n e， a nd f a ul t d i s t a n c e i s o bt a i ne d b y on l i ne c a l c u l a t i n g di s t r i bu t e d pa r a m e t e r s of t he s e c 60 n l i ne．The s i m u l a t i o n r e s ul t s s h o w t ha t t he me t h od i S 1 e s s a f f e c t e d b y f a c t or s of t r a ns i t i on r e s i s t a nc e a n d f a u l t 1 o c a t i o n． whi c h c a n e f f e c t i v e l y r e a l i z e f a ul t l i n e s e l e c t i on an d s e c t i o n po s i t i o ni n g wi t h i n 1 r a n gi n g e r r or ． Ke y wor d sd i s t r i b ut i on ne t wo r k； s i ng l e pha s e gr ou nd i ng f a ul t ； f a u l t s e c t i o n p os i t i o ni n g； f a ul t r a n gi n g；d i s t r i but e d pa r a m e t e r ；f e e d e r t e r mi na l uni t 0 引言 小 电流 接地 系统 发 生单 相 接 地 故 障 时 ， 通 过 电 源 侧绕 组 和输 电线 路 对 地 分 布 电容 形 成 回路 ， 所 以 故 障点 产生 的故 障 电流 较 小 ， 且 三相 之 间 的线 电压 仍保 持对 称 ， 对 负 荷 的供 电没有影 响 ， 因此 系统 可在 故 障发生 后继 续运 行一 定 时间 。但长 时 间接地 运行 极 易形 成两 相接 地 短路 ， 弧 光 接地 还 会 引 起 全 系 统 过 电压 l 1 ] ， 因此 实 践 中希 望 尽快 选 出接 地 线 路 ， 并 确定故障位置 ， 及时排除故 障。中国现有配 电网 自 动化系统基本没有小 电流接地故 障定位功能 ， 仍需 采用人 工巡 线 的方法 查找 故 障点 。配 电 网线 路 支路 多 、 距 离远 ， 人 工巡 线 定 位故 障位 置非 常 困 难 ， 不 仅 耗费 大量 人力 和物 力 ， 拉 路 造 成 的短 时停 电还 给用 户带 来较 大 的经 济 损 失 ] 。本 文在 故 障选 线 和故 收稿 日期 2 O l 4 O 5 O 4 ； 修回 日期 2 0 1 4 1 1 1 8 ； 责任编辑 盛男。 作者简介 耿兴旺 1 9 7 4 一 ， 男， 河北冀 州人 ， 工程师 ， 主要从事煤矿生产 、 安全方面的工作 ， E ma i l g e n g x i n g w a n g 1 6 3 ． c o rn。 2 0 1 5年 第 1期 耿 兴 旺等 配 电 网故 障 区段 定位及 测距 方 法 8 9 障 区段 定位 的基 础上 ， 通过 在线 计算 线 路参 数 ， 最终 得出故障距离， 从而使故障定位更加精确 ， 缩短故障 排 除时 间 。 1 分 布 参数 模型 对于实际运行 的线 路来说 ， 其参数 是分 布的。 假 设 均匀 传 输 线 由许 多 无 穷 小 尺 寸 的 电路 单 元 组 成 ， 其 分 布 参 数模 型如 图 1所示 。其 中 【 7 ， j 分 别 为线路 首 端 电压 、 电流 相量 ； 【 7 。 ， j 分别 为 线 路末 端 电压 、 电流 相 量 ； 为从 线 路 首 端 到 电 路 单 元 的 距 离 ； U， i 分别为距离线路首端 处 的电压、 电流 。每 一 电路 单 元 的 长 度 为 d x， 具 有 电 阻 R。 d x和 电 感 L。 d x， 而 每 单 元 两 导 线 间 具 有 电 导 G 。 d x 和 电 容 Cn d x。 x 一 - ． r - ～ 图 1 均匀传输 线分布参数模型 对 每个 电路 单元 可根 据基 尔霍 夫 电压定 律 和基 尔霍 夫 电流 定律 列 出电 路方 程 ， 略 去 二 阶无 穷 小 量 并 约去 d x后 ， 可得 均匀传 输 线方 程为 f aa_ zEu 一 L 。 aai G。 c。 j ∞ L 。 ； y。 为均匀传输线单位长度 的导纳 ， Y 。 一G 。 j c o C o 。 均匀 传输 线 的传播 系数 为 y一 丽 瓦 4 均匀传输线 的波阻抗 为 Z 一 一 5 若 已知线路 首 端 电压 、 电 流相 量u ， I ， 可 知 距 离线路 首端 z处 的电压 、 电流 相量【 7 ， j 为 f D D1 c o s h 7 x一 Z j 1 s i n h T x 弋 j lf l c o s h 一 l j 一 一 若 已知线路末端 电压、 电流相量D ， j 。 ， 可知距 离线 路末 端 -z 处 的电压 、 电流 相量【 7 ， j 为 f 【 7 一 【 7 2 c o s h T x Z j 2 s i n h T x 弋 j ， 一 J 2 c o s h ， U 2 in h ， l j ， 一 ， s in h ， 若 已知D ， j ， 【 7 。 ， j 及 线 路 长 度 l ， 经 推 导 可 得 。 ] √ 篱 ㈣ 1 ， 一{ m。 h 1 2故障 区段选 择 均 匀 传 输 线 的 激 励 源 是 角 频 率 为 山 的正 弦 时 间函数 时 ， 沿线 各 处 的 电压 和 电流 也 是 同 频 率 的 正 弦 函数 。此 时 可应 用 相 量 法 分 析 沿 线 的 电 压 和 电 流 ， 则有 j “ 一 m D e x P ] 2 G表示 A相 发生 接 地故 障 。 尸 j Q P j Q 尸 j Q 图 4 3 5 k V单端辐射状 配电网故 障仿 真模 型 中性点不接地系统单相接地故障发生于不同位 算线路参数， 从而得 出故障距离。仿真结果表明， 该 置、 经不 同过渡电阻接地时的测距结果见表 1 。 配电网故障区段定位及测距方法 的故障选线及故障 表 1 中性点不接地系统单相接 地故障测距结果 故障 k 距 m离 过 渡 阻 区 羹 位故 障 k测m 距 误 差 ／ 0 结 果 I段 I段 I段 Ⅱ段 Ⅱ段 Ⅱ段 Ⅱ段 Ⅱ段 Ⅱ段 Ⅱ段 Ⅱ段 Ⅱ段 Ⅱ段 Ⅱ段 Ⅱ段 5 ． 9 7 9 1 5 ． 9 7 8 5 5．965 0 1 1 ． 9 5 4 0 1 1 ． 9 2 9 8 1 1 ． 9 1 1 3 1 4 ． 9 0 8 9 1 4 ． 8 9 6 9 1 4 ． 8 8 7 O 1 5 ． 8 9 7 0 1 5 ． 8 7 2 9 1 5 ． 8 5 7 8 1 7 ． 8 4 0 3 1 7 ． 8 3 6 3 1 7 ． 8 2 7 7 0 ． 3 4 8 0 ． 3 5 8 o ． 5 8 3 0 ． 3 8 3 o ． 5 8 5 0 ． 7 3 9 0 ． 6 0 7 0 ． 6 8 7 0 ． 7 5 3 0 ． 6 4 3 0 ． 7 9 4 0 ． 8 8 9 0 ． 8 8 7 0．909 0 ． 9 5 7 从 表 l 可 看 出 ， 该 方法 能够 在金 属性 接地 、 低 阻 接 地情 况 下 正 确 识 别 故 障 区 段 ， 测 距 误 差 均 在 1 以内， 能够实现故障准确测距。 5 结语 在配 电网线路 中铺设 F T U 实时获取线路运行 情况 ， 当发生单相接地故障后 ， 通过计算可得各线路 零 序 电压 、 零 序 电流 ， 并 利 用故 障线 路与 非故 障线 路 零 序 电流相位 差 之 间的 区别 ， 选 择 故 障线 路 ， 进 而确 定故障区段 ， 然后根据分布参数模型的特征 ， 在线计 区段定位准确性高 ， 测距 结果受过渡电阻和故 障位 置等 因素影响小 ， 具有较高的测距精度。 参 考 文 献 [1 ] [2 ] [3] [4] [5] [ 6] [ 7] [ 8] [ 9] [ 1 O 3 牟龙华． 接 地保 护与故障点定位[ M] ． 徐 州 中国矿业 大 学 出版 社 ， 2 0 0 0 ． 梁睿 ， 王崇 林 ， 刘建华 ， 等． 基于灰 色关 联 的小 电流接 地选线研究 E J ] ． 电力 系统保 护 与控制 ， 2 0 0 9 ， 3 7 7 17 21 ． 陈禾 ， 陈维贤． 配 电线 路的零 序 电流 和故 障选线 新方 法E J ] ． 高 电压技术 ， 2 0 0 7 ， 3 3 1 4 9 5 2 ． 张 林 利． 小 电 流接 地 故 障定 位 方 法 及 其 应 用 研 究 E DJ ． 济南 山东 大学 ， 2 o 1 3 2 - 3 ． 牟龙 华． 零序 电流 有 功分量 方 向接 地选 线保 护 原理 [ J ] ． 电网技术 ， 1 9 9 9 ， 2 3 9 6 0 6 2 ． 杨鹏 ， 杨 以涵 ， 司冬 梅 ， 等． 配 电 网单 相接 地故 障定位 技术 实 验研 究 E J ] ． 电力 系 统 自动化 ， 2 0 0 8 ， 3 2 9 1 O 4 1 O7 ． 韩笑 ， 宋丽群 ， 朱冬 力． 配 电网广域监测及故 障定位信 息 集 成 方 案 [ J ] ．电力 系 统 自动 化 ， 2 0 1 3 ， 3 7 2 97 1 Ol I 周羽生 ， 周有 庆 ， 戴正 志． 基 于 F Tu 的配 电网故 障区 段 判 断 算 法 [ J ] ．电 力 自动 化 设 备 ， 2 0 0 0 ， 2 0 4 2 5 2 7 ． 郭谋 发 ， 杨耿杰 ， 黄 建业 ， 等． 配 电网馈线 故 障区段定 位 系统[ J ] ． 电力系统 及其 自动 化学报 ， 2 0 1 1 ， 2 3 2 1 8 23 ． 季 涛． 中 性 点 非 有效 接 地 系统 行 波 故 障测 距 技 术 E M] ． 北京 北京理工大学出版社 ， 2 0 0 8 ． 0加∞ 0 ∞ 0 ∞ 0 加的 0 ∞