（电力系统及其自动化专业论文）中压配电网单相接地故障定位的研究与实现.pdf

华北电力大学博士学位论文摘要 a 1 3 s t r a c t t h em i d d l e 1 0 wv o l t a g ed i s t r i b u t i o nn e t w o r k sm o s t l ya d o p tn e u t e rp o i n tn o t v a l i d g r o u n d i n g ( b es oc a l l e dt ot h es m a l lc u r r e n tg r o u n d d i n gs y s t e m ) t h ed i s t r i b u t i o nw i r ef a u l t ， p a r t i c u l a r l yt h ef a s ta n da c c u r a t el o c a t i o nt h a tt h es i n g l eg r o u n d i n gf a u l t n o to n l yt ot h er e p a i r w i r ea n dp r o m i s ed e p e n d a b l ep o w e rs u p p l y ，a n dc i r c u l a t et ot h es a f es t a b i l i t ya n de c o n o m y t h a tp r o m i s e st h ew h o l ee l e c t r i cp o w e rs y s t e mt oa l lh a v eav e r yi m p o r t a n tf u n c t i o n i n t r o d u c e dr e s u l to fs m a l lc u r r e n ts y s t e mt og r o u n d i n gc h o o s i n gl i n ea n dr e s e a r c hc a r e e r f i r s t ，t h et e c h n i q u ep r o b l e mt h a tc h o o s e sl i n ew a sb a s i ct oh a v ea l r e a d yb e e nr e s o l v e c h o o s i n gl i n ec u r r e n t l yi fa p p e a rap r o b l e mi sm a n a g eap r o b l e m t h em i d d l ev o l t a g e d i s t r i b u t i o nn e t w o r k ss i n g l eg r u o n d i n gf a u l tl o c a t i o ni sc a r r i e do nar e s e a r c ht oc o m b i n et ob e p r a c t i c a lt h er e s e a r c hr e s u l tt ot u r n t h em a i nc o n t e n t si nt h ef a u l tl o c a t i o n ： ( 1 ) p u tf o r w a r dct y p et r a v e l l i n gw a v el o c a t i o nm e t h o da n dt h el o wf r e q u e n c ya c l o c a t i o nm e t h o dt oc o m b i n et o g e t h e r a n dc a r r yo u tt h a tm e t h o d t r a v e l l i n gw a v em e t h o dt o c a r r yo nt h i c kl o c a t i o nw i t ht h ect y p et r a v e l l i n gw a v ef i r s t ，t h ea s s u r a n c ef a u l td i s t a n c e p o s i t i o na ne i r o rm a r g i ni n3 0 0m e t e r si n s i d e t h e na d o p tt h el o wf r e q u e n c ya cm e t h o dt o c a r r yo nat h i nl o c a t i o n ，i n j e c ti n t ot h ea c6 0h zs i g n a lt ot h ef a u l tw h i l eh a v eap o w e rf a i l t h ea p p e a r a n c em u t u a l l y ，h o l dt h es i g n a ld e t e c t o rb yh a n da g a i nt oe x a m i n et h e6 0h zl o w f r e q u e n c ys i g n a li nt h e3 0 0m e t e r ss c o p eo ft h ee r r o rm a r g i n ，m a k es u r et h ef a u l tp o s i t i o n ( 2 ) a tw e a k n e s sp o i n t e do u tact y p et r a v e l l i n gw a v em e t h o da f t e r ，p u tf o r w a r dt h ed c f a u l tl o c a t i o nm e t h o d 、a n dc a r r yo u tt h a tm e t h o d t h ed cf a u l tl o c a t i o nm e t h o di st oh a v ea p o w e rf a i lo no f f - l i n e ，t oi n j e c ti n t ot h ed cs i g n a l ，t h e nh o l dt h ed cs i g n a ld e t e c t o rt of o l l o w c i r c u i tt oe x a m i n et h a td cs i g n a l ，m a k es u r ef a u l tc o n c r e t ep o s i t i o n t h em a i na d v a n t a g eo f t h ed cs i g n a lm e t h o di st h ei n f l u e n c et h a ti n j e c ti n t os i e n a lt ob ef r e ef r o mt ow i r e d i s t r i b u t i n gc a p a c i t a n c e ，s ot h el o c a t i o ni sa p a r tf r o me f f e c t i v e l yi o n g a tt h ed cs i g n a le x a m i n a t i o na s p e c t p u tf o r w a r dak i n do fa p p l yi nt h ed cf a u l t l o c a t i o no ft h ew i r e l e s s d a t ad e l i v e rs y s t e m 。t h eh a r d w a r et h a td e s i g n e das i n g l es l i c et h e m a c h i n ec 8 0 51f 310a n d 砌强2 4 01 c h i p sc o n n e c t sap e o p l e s e l e c t r i cc i r c u i t g i v et h e h a r d w a r ee l e c t r i cc i r c u i to ft h es y s t e md e s i g nt od e s i g na n ds o f t w a r e ，m a k ed cd e t e c tp a r t a n ds h o wt h ep a r ts e p a r a t e st oa t t a i nas a f e t yo fp u r p o s e ( 3 ) g i v et h e d i s t r i b u t i o nn e t w o r k sw i r e d i s t r i b u t i n gc a p a c i t a n c et ot h ei n f l u e n c e c a l c u l a t i o nf o r m u l ao ft h ea cl o c a t i o nm e t h o d ，p u tf o r w a r dt h ea cs i g n a lm e t h o do nt h i s f o u n d a t i o no ft h ec h o i c em e t h o do fi n j e c tc u r r e n ta n dt h es i g n a lf r e q u e n c y ，m a k es u r et h e a p p l i c a t i o no ft h ea cs i g n a lm e t h o d a n dc a r r yo u tt h a tm e t h o d ( 4 ) p u tf o r w a r dt h ed cf a u l tl o c a t i o mm e t h o da n dl o wf r e q u e n c yl o c a t i o nm e t h o d c o m b i n et o g e t h e ro fi n t e g r a t i o nl o e a t i o nm e t h o d ，a n dc a r r yo u tt h a tm e t h o d t h ea d v a n t a g eo f t h ea cs i g n a lm e t h o di sas i g n a lt oe x a m i n ee a s i l y t h ew e a k n e s si sw i r e d i s t r i b u t i n g c a p a c i t a n c ei n f l u e n c eb i g ，b u tt h ed cm e t h o di se x a c t l yt h eo p p o s i t e ，t h ea d v a n t a g eo ft h ed c m e t h o di sf r e ef r o mt ow i r ed i s t r i b u t i n gc a p a c i t a n c ei n f l u e n c e t h ew e a k n e s si sas i g n a ln o t e a s ye x a m i n a t i o n ，c o m b i n et o g e t h e rt w ok i n d so fm e t h o d st oc a r r yo u ta d v a n t a g et or e p a i rt o m a k et h ed i s t r i b u t i o nn e t w o r k sf a u l tl o c a t i o nc o m et oaw i t he a c ho t h e rp r a c t i c a lr u m d e g r e e ( 5 ) p u tf o r w a r dt h ep h a s eo nl i n ef a u l tl o c a t i o nm e t h o d ；p u tf o r w a r dt h ee l e c t r i cw i r ep o s t c u r r e n te x a m i n a t i o nf a u l tl o c a t i o nm e t h o d t h ed cl o c a t i o nm e t h o da n di n t e g r a t i o nl o c a t i o n m e t h o db e l o n g st ot h eo f fl i n el o c a t i o nm e t h o dw i ma l lb u tp h a s el o c a t i o nm e t h o da n dt h e e l e c t r i cw i r ep o s tc u r r e n ttm e a s u r em e t h o dt ob e l o n gt ot h eo nl i n el o c a t i o nm e t h o d u s e z e r oo r d e rc u r r e n td e t e c t o rd e t e c tt h ep h a s eo ff a u l tp o i n tf o r e a n d a l rc u r r e n tt ol o c a t ef a u l t k e y w o r d s ：f a u l tl o c a t i o n , t r a v e l l i n gw a v el o c a t i o nm e t h o d 1 0 wf r e q u e n c y a cl o c a t i o nm e t h o d ，d cl o c a t i o nm e t h o d ，i n t e g r a t i o nl o c a t i o nm e t h o d 声明尸 只月 本人郑重声明：此处所提交的博士学位论文中压配电网单相接地故障定 位的研究与实现，是本人在华北电力大学攻读博士学位期间，在导师指导下， 独立进行研究工作所取得的成果。尽我所知，除文中已经注明引用的内容外， 本学位论文的研究成果不包含任何他人享有著作权的内容。对本论文所涉及的 研究工作做出贡献的其他个人和集体，均已在文中以明确方式标明。 签名：趣日期：渺 关于学位论文使用授权的说明 本人完全了解华北电力大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保管、 并向有关部门送交学位论文的原件与复印件；学校可以采用影印、缩印或其它复制手 段复制并保存学位论文；学校可允许学位论文被查阅或借阅；学校可以学术交流为 目的，复制赠送和交换学位论文；同意学校可以用不同方式在不同媒体上发表、传播学 位论文的全部或部分内容。 ( 涉密的学位论文在解密后遵守此规定) 作者签名： 华北电力大学博七学位论文 第一章引言 从事配电网故障定位研究的专家学者很多，发表了大量的文章，但配电网故障 定位始终没有达到实用化水平。原因是： 1 配电网故障定位确实是个难题，这是主要原因。配电网线路复杂，分支繁 多，最短的线路只有几千米，般在城市里。最长的线路可达1 0 0 千米，比如在广 大的郊区和农村，尤其是在内蒙。所以很难有一种定位手段能够解决所有地区的问 题。人们在自己的文章里尽情的描述该定位方法如何先进，却很少给出该定位方法 的应用范围和有效定位条件。 2 研究人员缺乏实验条件，故障定位必须到实际的线路上去做实验，有些问 题可以在实验室解决，但大量的问题需要现场实验。有人可能不同意这个观点，会 说我们的研究做过很多次现场实验。不错，是做过很多次，不幸的是定位实验要在 不同地区，不同线路，不同条件下做成百上千次实验才能有说服力，才能找到故障 的特点和规律。作者及其课题组曾经在北京、辽宁、黑龙江、河北、内蒙等地区做 了近百次实验，仍然还有很多问题需要继续做实验加以解决。实验开销之大，现场 配合之艰难，实验过程之辛苦，足以让普通的研究者退步。 3 对接地故障本身不了解，缺乏统计，有很多研究人员从来没有见过真正的 故障，研究定位时或者假设金属性接地，或者假电阻性接地，把故障理想化。即使 是找到了几次宝贵的实验机会或者在某次实验表演上，制造的故障也只是几只固定 电阻接地。遗憾的是，真正的故障很少有金属性接地，更不是固定电阻接地。2 0 0 7 年1 月6 日作者在保定北部的一个小镇郊外见到一次真正的故障，一根铁丝挂在导 线靠近电杆处，铁丝的另一端搭在横担上，横担经水泥杆接地。这就是真故障，是 真真切切的故障，而且很多故障就是经水泥杆接地，比如瓷瓶破裂、绑线松动、绝 缘损坏等，这是比例最高的接地故障，经树枝接地和金属性接地的故障很少。 以上三条是配电网故障定位很难实用化的原因，找到了问题的根源，再寻找解 决问题的办法，问题就会迎刃而解。针对第一条，本文提出行波一交流粗细综合定 位方法和直流一交流粗细综合定位方法。第二条的难度较大，做几次、几十次实验 容易，做成百上千次实验需要耐心和勇气，作者及其课题组虽然几百次的碰壁，还 是得到了很多电力部门的热情支持和关心，使实验能够一直持续下去。第三条是所 有研究人员的难题，对现场故障的统计不重视。作者经过大量实验研究，终于掌握 了水泥杆的导电特性、电阻特性和故障特性。由此本文设计并实现了多种故障定位 设备，通过模拟真故障实验，定位效果满意，能适应各种复杂的配电网，将配电网 接地故障定位推向了实用化。 第一章引言 1 1 配电网故障定位研究的意义 1 1 1 课题的背景。 我国中低压配电网大多采用中性点非有效接地方式( 俗称为小电流接地系统) ， 配电线路故障，尤其是单相接地故障的快速、准确定位，不仅对修复线路和保证可 靠供电，而且对保证整个电力系统的安全稳定和经济运行都有十分重要的作用。当 发生非永久接地( 也称瞬间接地) 故障时，接地点电弧大都能自行熄灭，线路绝缘 不会破坏，不需要断开线路就能恢复正常，运行可靠性高。小电流接地电网运行中 有两个关键问题需要解决：一是当发生永久接地时需要选出故障线( 以下简称选 线) ；二是对选出的故障线进行故障定位( 以下简称定位) ，找出接地故障点，以 便对故障进行处理。 传统的方法是逐次拉路选出故障线，再由人工巡线目测法找出接地故障点。拉 路选线造成非故障线用户的不必要供电中断。目测巡线定位耗费大量的人力物力， 延误定位时间。这两种方法与现代电网的高度自动化极不适应。几十年以来，无数 的电力工作者为解决选线和定位自动化问题进行了大量工作，研究工作从未停止 过。通过众多专家、学者的努力，选线问题取得了重大突破，新型选线装置的选线 正确率不低于9 5 ，可以满足配电网运行对选线的要求。但配电网的单相接地故障 定位问题则没有多大进展，一直还采用人工目测巡线的老办法，严重影响配电网供 电的可靠性。选线问题解决之后，中压配电网的单相接地故障定位问题就提到日程 上来了。 1 1 2 社会需要 保持可靠地持续供电是电力系统运行的基本要求。随着电力系统的发展，用户 对供电可靠性要求越来越高，准确的故障定位是保证电网安全可靠运行的重要条 件，具有重大的社会效益和经济效益。 1 1 3 生产上需要 课题组多年从事小电流接地电网单相接地故障选线研究工作，到过很多现场， 所到之处都说：“选线固然很重要，但定位更需要，希望你们早点动手研究定位问 题。 社会和生产需要是科学研究的第一推动力。在社会需要和生产需要的强力推 动下，在圆满完成小电流选线研究之后，课题组立刻动手研究中压配电网的单相接 地故障定位问题，并取得了重大进展。 1 1 4 选线和定位是公认的难题 选线和定位都是公认的难题。“选线是个难题 这个命题对不对呢? 请看课题 组的研究历程。从1 9 8 5 年开始研究，直到现在，经历了2 2 年；几经挫折，取得了 2 华北电力大学博士学位论文 基本成功，成功表现在三方面：是选线正确率达到了9 5 ；二是在局部地区( 主 要是辽宁省) 占领了市场；不但技术上有突破，管理上也有突破。圆满解决了选线 失败之谜。课题组的成果得到辽宁省科技进步二等奖。人们的付出和取得的成果都 足以说明选线是个难题。 选线技术在辽宁省得到了推广，先进的选线技术并未在全国得到推广，这说 明课题组的选线研究尚任重而道远。 说定位是个难题，依据是什么呢? 国内外研究定位的人很多，文章也很多，但 都未取得重大突破。在国内尚未见到实用化成果( 产品) ，定位技术的实用化在国 内还是一个空白。国外只有日本有这方面的产品，但技术性能尚不能令人满意。研 究工作持续了几十年，尚未推出性能先进的实用化成果，这足以说明定位更难解决。 1 2 国内外现状 1 2 1 阻抗法 阻抗法的故障测距原理是假定线路为均匀传输线，在不同故障类型条件下计算 出的故障回路阻抗或电抗与测量点到故障点的距离成正比，从而通过计算故障时测 量点的阻抗或电抗值除以线路的单位阻抗或电抗值得到测量点到故障点的距离：文 献 1 9 对利用最小二乘法进行测量阻抗参数估计进行了初步探讨，以解决线路阻抗 参数在距离保护中不够准确的问题：文献 2 0 对利用故障分量电流的阻抗法进行研 究，以提高阻抗法故障测距的精度。阻抗法具有投资少的优点，但受路径阻抗、线路 负荷和电源参数的影响较大，对于带有多分支的配电线路，阻抗法无法排除伪故障 点心1 。所以阻抗法不能适用于配电网故障定位。 1 2 2 行波法 根据行波传输理论实现故障定位，一般可分为a 、b 、c 型几类。a 型行波法是 利用故障点产生的行波，根据测量点到故障点往返一次的时间和行波波速来确定故 障点的位置：b 型行波法是利用故障点产生的行波到达线路两端的时刻并借助通信 联系实现故障定位；c 型行波法是在故障发生后由装置发射高压高频或直流脉冲信 号，根据高频脉冲从装置至故障点往返时间进行定位n 们。文献 6 0 提出了一种综合 利用故障初始电流、电压行波线模分量实现配电线路双端测距的方法。文献 1 7 通 过对故障产生的暂态行波进行检测、分析来实现故障定位。文献 6 1 提出了在线检 测电压行波的双端故障测距方法。配电网只能采用c 型行波法进行单端定位，靠注 入高压脉冲反射时间判断故障距离，但是由于配电网故障时的接地电阻较大，经过 水泥杆接地时过渡电阻在l o kq 左右，而导线的阻抗在3 0 0 , - - - 4 5 0q 之间，因此反 射不明显，无法对故障进行有效定位，所以行波法不能适用于配电网故障定位。 第一章引言 1 2 。3s 信号注入法 s 信号注入法的原理是通过母线p t 向接地线的接地相注入s 信号电流，其频率 处于工频r 1 次谐波与n + 1 次谐波之间，大多数选择2 2 0 h z ，然后利用专用的信号电 流探测器查找故障线路和故障点阳引。文献 7 考虑到线路停电后绝缘可能恢复，在基 于注入信号法的基础上，提出了一种离线故障定位新方法，该方法首先通过；4 ) j n 直 流高压使接地点处于保持击穿状态，然后注入交流检测信号，通过寻踪注入的交流 信号找出故障的准确位置。s 注入法在接地过渡电阻较小的情况下，有较高的定位 精度。注入信号电流后，沿接地线路进行探测，注入信号电流消失点，即接地点。 对于有分支线的情况，只要离开分支点6 m ，对每一分支进行探测，探测到信号电流 的分支即接地点所在分支哺羽。 s 注入法的缺点在于，注入信号的能量有限，而且受导线分布电容影响较大， 如果故障点经很大电阻接地，如经水泥杆接地，或者故障点距离线路始端很远，那 么信号将很微弱无法准确测量。所以s 信号注入法不能适用于配电网故障定位。 1 2 4 脉冲信号注入法 脉冲信号注入法是日本采用的技术，达到实用化水平，目前在我国已有使用。 脉冲信号注入法的原理是向故障相注入高压脉冲，电压最高可达1 5 k v ，脉冲周期为 6 秒。然后用手持脉冲信号检测器沿线路检测该脉冲信号，检测时检测人员必须登 杆检测，将手持脉冲信号检测器挂在导线上，其绝缘杆长度大约两米。当检i i i ! i 脉 冲信号时，检测器就会发出响声，说明故障点在下游，若没有响声说明故障点在上 游，在分支点处也用同样的办法检测，有响声的是故障分支，没响声的不是故障分支。 脉冲注入法受导线分布电容影响较大，因此测量距离为5 k m ，当线路长度超过5 k m 时，注入信号点也要向前移动。脉冲信号注入法可以适用于配电网故障定位。只是 检测时的工作量较大。 1 2 5 加信传递函数法阻1 文献 6 5 提出在故障出线处加方波诊断信号，根据故障后电路拓扑结构的变化， 用频域分析进行定位的单端测距算法。该方法基于频谱分析的原理和线路的分布参 数模型，从线路首端施加方波激励信号源，在首端测量时域的零序电压和电流数据， 计算得到频域传递函数，根据各分支端口传递函数频谱的频率、相位和波形特征实现 接地故障定位。文献 2 8 详细推导了三相配电线路接地故障定位的传递函数表达式， 而文献 2 9 则给出了依据传递函数波形的频率、相位和幅值特征进行故障定位的判 据，文献 3 0 通过试验进一步验证了利用传递函数法实现配电网故障定位的可行性 和有效性，为了实现多分支线路的故障定位，文献 3 1 在利用系统传递函数做为故障 分析的基本方法的基础上，提出了解决多分支配电网接地故障定位的特征向量法，它 4 华北电力大学博士学位论文 是通过数字信号处理手段获得传递函数频谱特性，结合对网络结构以及波过程的分 析，对一个分支的传递函数频谱特征做出总结和归纳，并通过与其它分支得到的频谱 特征比较，选择合适的特征值来构造不同分支的分支特征向量和故障距离特征向量， 利用分支特征向量判定故障所处的分支，利用故障距离特征向量获得故障距离传递 函数法对中性点不接地系统具有测距结果不受负载参数变化影响的优点。但由于其 取地模网络做为故障定位信息依据，不能解决只存在线模分量的相间短路故障的定 位问题，其在理论上可行但在实用化方面还存在不少困难和限制，不能适用于配电网 故障定位。 1 2 6 端口故障诊断法比1 文献 3 2 将模拟电路故障诊断理论应用于分布参数传输网故障诊断，提出利用 单相接地后的故障电压和电流的特点进行测距和定位，从端口方程出发，通过施加音 频正弦信号，以比较传输网可测端口故障前后测试信号的变化量为依据，实现自动在 线定位故障分支。文献 3 3 详细描述了端口故障诊断法的原理及算法。端口故障诊 断法的优点是故障诊断工作量小，适用于较大网络的故障诊断，缺点是分支上的故障 点位置只能归结为分支与主支的联接点，确切故障距离无法确定，且采用线路两侧信 息，需要数据通信，实用性不强。 1 2 7 故障指示器 “故障指示器”技术引：该技术的原理是在变电站向故障相母线注入信号电流， 该信号电流由变电站发送，经故障路径通过接地点流入大地返回信号源。挂在故障 路径的故障指示器检测到该信号立即给出指示( 翻牌) 。挂在非故障路径上的指示 不动( 不翻牌) 。指示器翻牌表示接地点在该指示器的下游，在分支点，根据指示 器的动作与否，判断出哪一分支是故障分支。运行人员按指示器的引导向前巡视， 直至找到故障分支和接地故障点。最早的故障指示器用于寻找短路故障分支和短路 故障点。随后故障指示器推广应用到小电流接地电网单相接地故障选线，称为接地 故障指示器。接地故障指示器和短路故障指示器在我国中压配电网都有所应用。故 障指示器的优点是结构和原理简单，价格便宜，安装容易，用户反映短路故障指示 器的实用效果还是比较好的。而接地故障指示器的使用效果则不很理想，j 下确率不 高，电网发生单相接地故障时常常没有反应。可见，接地故障指示器技术不能圆满 解决配电网故障定位问题。 1 3 本文的主要贡献和创新点 本文的主要贡献： 1 给出了水泥杆的电阻特性； 第一章引言 2 将c 型行波定位法应用于配电线路； 3 将低频交流定位法推向实用化； 4 将交流定位方法从经验提高到理论； 5 将直流定位法推向实用化。 本文的创新点： 1 提出了直流定位法； 2 提出了直流检测方法； 3 提出了低频交流定位方法。 6 华北电力大学博士学位论文 第二章行波法用于配电网接地故障定位 2 1 行波法原理8 4 1 3 6 1 刚 2 。1 1 行波在波阻抗不连续节点上的折射与反射过程 配电网故障定位实用化方法只能是c 型行波方法。通常线路都是一段一段连接 而成的，有时相邻两段导线的波阻抗会不相同，行波在线路上传播过程中在波阻抗 不连续处会产生全部或部分反射，图2 1 是行波在两个波阻抗不相同的导线连接处 产生的折射和反射。 导线波阻抗为z ：，甜。口为入射波，地，为反射波，“2 。为越过波阻抗不连续点的透射波。 前行电压波。自电源向节点a 传播，到达节点a 遇到波阻抗为z ：的线路，在节点a 反射电压，自节点a 沿线路z 。返回传播，折射电压波则自节点a 沿线路z ：继续向 前传播。此时折射电压波也就是线路z ：上的前行电压波，以“：。表示。通过下面分析， 我们假设折射电压波甜：。尚未到达线路z ：的末端，即线路z 2 上尚未出现反射电压 r 甜l 剐1 q 栅l j = 屯+ ， 弋“。= 印钆 对于线路z ：，因为z 2 上的反射电压波“：，= 0 ，所以有： 丁；等9 第二章行波法用于配电网接地故障定位 彳耋- 2 仁3 ， l 5 2 ( 2 3 ) 于是有。r 一“l g + 铭l ，剐2 9 卜+ l 。l f - = 1 。2 q 乙，z c r 。，因此式3 1 4 可以简化并去掉不合 理的减号： 弘坐譬墼= 瓜= 悟诣1 0 1 0 8 l x 1 0 1 0 - 3 3 1 3 3 4 ( 卿 所以当线路长度为无穷大，假设注入电压为l o k v 时，电容电流为： l = 菇1 0 0 面0 0 = 3 1 9 l ( 彳) ( 3 - 1 6 ) 当线路长度不等于无穷大，在l o o k m 以内时，设线路长度为，其等效电路如图 3 6 所示。 z = c 1 图3 6 交流定位集中参数电路 毒( 毒伽纠喁刁 ：4 尘- ：2 竺l i c i l 壶2 + 生 o c i ：l ! ：l i c c o rc 。q ， 、， 由式3 1 8 计算出的阻抗值和电容电流如表3 3 所示。其中：电压l o k v ，频率 5 0 h z ，分布电容c = 0 0 1 ll af k m ，分布电感l 。= 1 0 8 m h k m ，分布电阻= o 2 6 2 5q k m 。 表中容抗与电压无关，电流与电压有关，这里电压选择l o k v 线电压来计算电容电流， 实际上这时计算的电容电流没有意义，只起到观察趋势的作用。 从表3 3 看到，线路越长容抗越小，线路3 0 公里时容抗为9 6 5 k q ，如果这时的 接地电阻也是9 6 5 kq ，则故障电流和电容电流相等，这是交流定位法极限应用，即 华北电力大学博士学位论文 认为此时交流法能够有效定位，当接地电阻继续增大，其电流小于电容电流时，交流 定位法不能有效定位，这就是导线分布电容对交流定位法的限制。当线路长度为1 0 0 公里时，其容抗只有2 8 9 k q ，这时还使用交流法定位，它所允许的接地电阻也只有 2 8 9 k q 。当然这是交流5 0 h z 的情况。如果采用其它频率结果会不同。 表3 3 配电网对地容抗与线路长度的关系 线路长度( k m )线路阻抗( kq )电容电流( a ) 39 6 5 1o 1 0 4 55 7 9o 1 7 3 1 02 8 。90 3 4 5 2 01 4 4 7o 6 9 1 3 0 9 6 51 0 3 6 4 0 7 2 31 3 8 2 5 0 5 7 91 7 2 8 6 0 4 8 22 0 7 5 7 04 13 2 4 2 1 8 0 3 6 12 7 6 8 9 0 3 2 13 1l6 1 0 02 8 93 4 6 4 3 4 交流定位方法的频率特性 本文说的交流定位法是在停电离线状态下向故障相注入交流信号，然后再手持 交流信号检测器沿线路检测该交流信号，因此研究导线分布电容电流与频率的关系 非常重要。 当线路为无限长时， z 。= 线路阻抗由式3 1 4 决定，即： z 。厄瓦云 2 父沉定位法的频翠一股远弹在2 0 2 2 0 h z 之j 司，在这个范围内： z c = = i 二i f = 6 5 8 ( 尬) 。 们i 2 x3 1 4 x 2 2 0 0 0 1 l 1 0 - 6 、 7 z = 磁l = 2 3 1 4 x2 2 0 x1 0 8x1 0 3 = 1 5 q ，所以z c z l ，z c 蜀 和一z l + 4 z l 2 + 4 z l z c = 厢；厝：藤3 1 3 3 4 ( 嗡 l = 器硼9 l ( 第三章交流定位方法的应用范围 3 1 9 l 安培，与频率无关。 当导线的长度在l o o k m 以内时，线路的输入阻抗仍然由式3 1 8 决定，其阻抗 与频率有关，如何选择注入交流信号的频率呢，为了尽量减少导线分布电容的影响， 交流法的注入信号频率选择6 0 h z 。如果注入频率选择4 0 h z ，分布电容的影响就会 更小，但是此时同样功率的输出变压器体积就会增加，因此注入交流频率选择6 0 h z 比较理想，这一频率的选择既能与工频信号区分开来又能最大限度减少分布电容的 影响。 注入信号的频率确定以后，再确定注入信号的电流。注入电流的确定与交流信 号探测器的性能有关，实验数据表明，当流入故障点的电流达到l o o m a 以上时，定 位效果比较理想，因此就选择故障点电流l o o m h 。为了探测器能分辨出故障电流， 所以流入分布电容的电流最大也应该是l o o m a ，由于故障电阻与分布电容是并联关 系，则注入电流是4 1 0 0 2 + 1 0 0 2 = 1 4 1 m a 。实际定位时注入1 5 0 m h 。这就是本文对注 入能量的选择。 决定分布电容电流大小的还有个因素就是注入电压。当接地电阻为2 0 kq 时， 希望注入故障点的交流信号达到l o o m a ，则注入电压u ，= 1 0 0 2 0 ：2 0 0 0 v ，事实上， 注入电压的选择并不重要，注入能量以电流为准，电压值只是根据电流和电阻折算 出来的。同时选择注入信号的频率为6 0 h z ，分布电容取0 0 1 luf k m ，分布电感取 1 0 8 m h k m ，分布电阻取0 2 6 2 5q k m ，根据式3 1 8 得到表3 4 。 由于此时的注入电压为2 0 0 0 v ，故障点电流l o o m a ，从表3 4 中可以看出，当 线路长度为1 2 k m 时，电容电流达到l o o m a ，交流定位法能够有效定位。当线路长度 超过1 2 k m 时，电容电流就会超过l o o m h ，交流探测器很难区分故障电流和电容电流， 交流定位法就会失败，这正是交流法的局限所在。 有效定位长度1 2 k m 是在接地电阻2 0 kq 时的定位范围，如果接地电阻下降， 则定位有效长度就会增加。即使是1 2 k m 的有效定位长度，也可以应用于很多场合， 其应用如下： 1 应用于城市架空配电网线路，因为城市内架空线路很短，一般不会超过1 2 k m ， 而且分支极少。 2 应用于移动定位法，所谓移动定位法就是注入信号点不是在变电站的出口， 而是不固定，用车载式交流信号源，可在线路的任何地点注入信号，称为移动定位 法。当在某一点注入信号，就在该注入点附近1 2 k m 范围内查找故障点，如找到就 中止，如没有找到故障点，就再移动到下一点，继续注入交流信号，继续查找，直 到找到故障为止。 事实上移动式定位方式已经被人们所接受，这与电力部门的管理机制有关，查 找线路故障的任务属于线路工区，如果他们要进入变电站注入信号就必须与变电工 区协调，为了减少与其他工区的协调工作量，就宁愿使用移动式定位方式，将交流 2 8 华北电力大学博士学位论文 信号的注入点选择在变电站之外。 表3 4 接地电阻2 0k q ，注入电压2 0 0 0 v ，电容电流与线路长度的关系 线路长度( k m ) 线路阻抗( kq )电容电流( a ) 38 0 4 20 0 2 5 54 8 2 50 0 4 l 83 0 20 0 6 6 1 02 4 1 30 0 8 3 1 2 2 0 10 0 9 9 2 01 2 0 60 2 4 9 3 08 0 40 3 7 3 4 06 0 30 4 9 8 5 04 8 20 6 2 2 6 04 0 10 7 4 7 7 0 3 4 40 8 7 2 8 030 9 9 7 9 02 6 71 1 2 3 1 0 02 41 2 4 9 为了加大交流定位法的有效定位长度，只能是希望接地电阻小一些。当接地电 阻为l o kq ，仍然希望故障点电流l o o m a ，允许电容电流也是l o o m a ，所需要的注入 电压为l o o m a 1 0k q = 1 0 0 0 v ，频率仍然是6 0 h z ，结果如表3 5 所示。可见接地电 阻l o kq ，6 0 h z 低频交流法有效定位线路长度为2 4 k m 。 如果用加大注入电压的方法，那么故障点的电流会增加，但是电容的电流也会 增加，探测器的分辨率并没有提高，所以，用加大注入电压的办法来扩大交流法的 有效定位长度是不可能的。只要手持探测器能识别即可。 还有一个数字是我们关心的，就是3kq 的接地电阻。这是很重要的阻值，大 于3kq 的接地故障就成为高阻接地，小于l kq 的接地故障成为低阻接地，接地 电阻在1 3k q 时，是行波定位法的不确定区，可能成功定位也可能不成功，所 以要关心3kq 的接地电阻。 当接地电阻为3 kq ，仍然希望故障点电流l o o m a ，允许电容电流也是l o o m a ， 所需要的注入电压为l o o m a 3kq = 3 0 0 v ，频率仍然是6 0 h z ，结果如表3 6 所示。 可见接地电阻3 kq 时，6 0 h z 低频交流法有效定位线路长度为8 0 k m 。这是很理想的 数字，夏天的水泥杆电阻一般在3k q 左右。 第三章交流定位方法的应用范围 表3 5 接地电阻1 0kq ，注入电压1 0 0 0 v ，电容电流与线路长度的关系 线路长度( k m )线路阻抗( kq )电容电流( a ) 38 0 4 2o 0 1 2 54 8 2 5 o 0 2 1 83 0 2 0 0 3 3 1 02 4 1 3 0 0 4 l 1 2 2 0 10 0 4 9 2 0 1 2 0 60 0 8 3 2 41 0 0 5 0 0 9 9 3 08 0 4 0 1 2 4 4 0 6 0 30 1 6 6 5 0 4 8 20 2 0 7 6 04 0 l 0 2 4 9 7 03 4 4 0 2 9 1 8 03 0 3 3 2 9 02 6 7 0 3 7 4 1 0 0 2 4 0 4 1 6 线路长度( k m )线路阻抗( kq ) 电容电流( a ) 3 8 0 4 20 0 0 3 7 54 8 2 5 0 0 0 6 2 l o2 4 1 3 o 0 1 2 4 2 01 2 0 6 0 0 2 5 3 08 0 4 0 0 3 7 4 06 0 3 o 0 5 5 04 8 2 0 0 6 2 6 0 4 0 10 0 7 5 7 0 3 4 40 0 8 7 ， 8 0 3 0 1 9 02 。6 7 0 1 1 2 1 0 02 4 0 1 2 6 3 0 华北电力大学博士学位论文 由于接地故障大都是通过水泥杆接地，而水泥杆在冬天和夏天的阻值差别很 大，而且击穿电压也不一样，冬天电阻最高可达2 0kq ，夏天则在3kq 左右，而 接地故障也经常发生在雨季，因此交流信号法在雨季的定位长度是令人满意的， 8 0 k i n 的有效定位长度，可以适合任何地区。 l k q 的接地电阻也同样值得关注，当接地电阻小于i kq 时，几乎任何一种定 位方法都能有效定位，如行波法和s 信号法。在这种情况下，低频交流法又会怎样 呢? 当接地电阻为1 kq ，仍然仍然希望故障点电流l o o m a ，允许电容电流也是1 0 0 m a ， 所需要的注入电压为1 0 0 m a 1k q - - - 1 0 0 v ，频率仍然是6 0 h z ，结果如表3 7 所示。 可见接地电阻i kq 时，6 0 h z 低频交流法有效定位线路长度为2 4 0 k m 。 表3 7 接地电阻1k q ，注入电压l o o v ，电容电流与线路长度的关系 线路长度( k m )线路阻抗( kq )电容电流( a ) 38 0 4 2 0 0 0 1 54 8 2 50 0 0 2 1 02 4 1 3 0 0 0 4 2 01 2 0 60 0 0 8 3 0 8 0 4o 0 1 2 4 06 0 30 0 1 7 5 04 8 20 0 2 1 6 04 0 10 0 2 4 7 03 4 4 0 0 2 9 8 03 0 0 3 3 9 0 2 6 70 0 3 7 1 0 0 2 40 0 4 2 1 2 0 20 0 5 1 4 01 70 0 5 9 1 6 01 4 9 0 0 6 7 1 8 01 3 2 0 0 7 6 2 0 0 1 1 90 0 8 4 2 4 0 0 9 80 1 s 信号注入法是交流注入法的一种，注入