配电线路暂态保护故障行波特征的研究

1、配电线路暂态保护故障行波特征的研一、前言配电线路区内、外故障时暂态分量频谱能量差异不明显，使得暂态保护原理难以应用于配电线路单端保护。通过行波网格法分析了配电线路区内、外故障行波的传播规律及特点，提出在线路边界处并联接入适当通频带的带通滤波装置，以此强化区内、外故障时故障暂态电压频谱能量差异。目前，配电网单端保护主要采用阶段式工频电流保护原理，但由于配电网线路供电距离短，各段短路工频电流幅值相差较小，故不能构成有效的纵向选择性短路保护系统，发生短路故障常导致越级跳闸事故。自20世纪90年代以来，输电线路暂态保护原理已经在国内外有了广泛的研究。输电线路单端暂态保护为配电线路保护提供了新的解决思路

2、，但存在三个问题：1、输电线路行波保护通常选择的研究时段是故障后12ms，由于供电距离长，因此行波在这段时间内在线路中的折反射次数很少，这样可以只考虑初始行波在线路上的传播，并根据边界阻抗对区内、外故障时初始行波的影响不同构成保护判据；但配电线路供电距离短，在故障后12ms内行波会发生许多次的折反射，传播过程非常复杂，区外故障时电压行波经过线路边界后的衰减是否明显到可以区分区内外故障，这方面的研究尚未开展。2、配电线路一般不装设电力阻波器，无法利用电力阻波器对阻波频带内故障暂态信号的衰减作用构成保护判据。3、配电线路母线等效电容可能较小，仅有200015000pFc这样造成故障电流行波在数百千

3、赫兹的频带内才有较大的衰减，显然，待测信号频率的增加会为检测带来不便。二、故障测距技术研究现状早期的故障测距技术主要应用于高压及超高压输电线路（电压等级为220kV及以上的输电线路），因为高压输电线路绝大多数都为点对点的输送形式，简单的线路结构使各种故障测距技术很便捷应用于其中，而且高压线路通常都应用于远距离输电，线路回路长，高压杆塔的档距大，所以对测距精度的要求相对较低，根据实际运行经验，只要能把故障点定位在一个档距之内便满足要求。然而很多可以适用于高压输电线路的测距方法在配电网输电线路中很难得到有效的应用，尤其是故障分析法，虽然其具备很好的经济性，但受线路参数、线路负荷和供电电源的影响较大

4、，还有对于带分支的配电网输电线路，故障分析法不能很好识别真故障点和伪故障点，因此这种方法仅限于结构比较简单的输电线路。近些年来，无论国内还是国外对于配电网输电线路故障测距技术的研究有很多，但都没有突破性的技术出现，国内的故障测距产品大多都是基于高压或超高压线路而开发的，例如：安徽继远电网技术有限责任公司开发的行波测距装置JD-7110;清华大学研制的HPR-7000系列输电线路故障录波与测距装置；及西安交通大学和山东科汇电气公司联合开发研制的XC系列输电线路故障行波测距装置等，然而在配电网领域尚无成熟的测距仪器的问世。国外故障测距技术的发展跟国内大同小异，大多数的故障测距设备也都是应用于高压输

5、电线路，对于配电网输电线路也仅仅停留在故障区段的定位，而不是在一定的误差范围内准确的测出故障距离。在日本有专门针对于配电网输电线路的故障测距产品，但就其实用性而言还不能令所有用户满意。目前为止，在配电网输电线路领域的众多故障定位方法中，就其快速性和准确性而言都不太尽人意，因此，这个问题还需要进一步研究。三、关于区内外故障的行波传输分析1、约定图1为一简化的配电系统示意图，对线路MNE内、外故障时暂态行波的基本特征进行分析，选取线路单位长度分布参数为R0=0.178Q/km,L0=1.136mH/km,C0=0.167以F/km。约定暂态保护元件BU处的电流正方向为从母线M流向线路MN保护范围为

6、线路MN，k1、k2点分别为区内、区外故障点。在线路边界处并联接入带通滤波装置BPF1BPF4配电网的行波传播过程非常复杂，本文目的是比较区内、外故障时行波传输的差异，因此不影响这种差异的行波可以忽略。对于线路MN的区内、外故障而言，传播至反向边界P后又反射回M的行波传输过程相同；同时，传播至正向边界N或Q后又反射同M的行波传输过程也一致。所以这两类行波对区内、外故障时M点行波的差异没有影响，可不予考虑。2、区内故障区内k1点故障时故障分量系统如图2（a）所示，在故障点处故障行波向线路两端传播，假设初始行波为S0;行波网格如图2（b）所示，图中B怵口FW分别彳t表M点的反行波和前行波，其下标代

7、表传播路径，上标代表到达M点的次数。对于M点而言，需考量的行波为：初始行波S0自故障点k1到达被保护线路首端M形成入射行波（即反行波），并因边界BPF2的存在而发生反射；依此路径在M与k1之间来回反射形成反行波和前行波。四、折、反射系数的分析1、带通滤波装置图1中的带通滤波装置（BPF卜BPF4如图3所示。2、线路边界的折射、反射系数根据行波理论，故障后暂态行波的波形取决于线路波阻抗、故障点位置及波阻抗不连续点的折、反射系数。图4为线路发生短路故障时的故障分量附加电路，线路在N点有n条出线，设各条出线的线路波阻抗相等。图4中，Zc为各线路波阻抗；ZB为在线路边界点N接入的带通滤波装置（BPF»的等效集中阻抗；Zf为故障等效阻抗；uf为故障附加电压源；uE、uR和uT分别为N点入射、反射和折射电压波；iE、iR和iT分别为N点入射、反射和折射电流波。五、结束语本文对配电线路区内、外故障行波的传播特征进行了研究，结论如下：1、配电线路由于供电距离短，因此在故障后的一定时段内，行波在保护安装点会发生多次的折反射，因此不能只考虑初始行波的传播过程。2、虽然配电线路中故障行波的传播过程比较复杂，但通过选取适当的研究频段，并在线路边界处并入恰当参数的