配电网故障定位综述

1、配电网故障定位研究技术综述1配电网故障定位研究的意义随着我国经济的发展，电力系统规模逐渐加大，网络结构逐渐复杂，而 且，用户对供电稳定的要求也越来越高。这就要求一方面，在系统正常运行过 程中要防止故障的发生；另一方面，在系统发生故障后，要快速、准确地找到 故障位置，迅速排除故障，确保电力系统安全运行，提高供电可靠性，将损失 最小化。我国大多数配电网均采用中性点非直接接地系统，即小电流接地系统。随 着国民经济的发展，在配电网系统中，出现了既有架空线又有地埋电缆，还存 在有架空线和地埋电缆混合敷设的情况。架空线上发生的故障中单相接地故障 占80%以上，当小电流接地系统发生单相接地故障时，由于单相接

2、地不形成短 路回路，故障线路流过的电流为所有非故障线路对地电容电流之和，故障电流 远小于负荷电流，使得故障定位比较困难，不能快速、准确地进行故障定位。 虽然由于电力电缆具有比架空线路可靠性高、占用空间少、受恶劣天气影响较 小、有利于工厂布局和城市规划等优点，但是由于机械损伤、绝缘受潮、绝缘 老化、水树等因素的影响，长时间运行的电力电缆也会发生故障。再加上由于 电力电缆多埋于地下或铺设在电缆沟中，故障发生后，很难迅速、准确地测出 故障地点的确切位置，不能及时地排除故障恢复供电，往往会造成停电停产的 重大经济损失。因此，如何确保配电网的安全可靠运行，快速有效地查出故障 线路及故障点位置，具有非常重

3、要的意义。2配电网故障定位技术的发展现状多年来，国内外研究人员及学者对于小电流接地系统故障定位方法的作了许 多研究工作，尤其是对单相接地故障定位的研究，也提出了不少使用方法。根据 架空线路和电力电缆自身的特点，配电网故障定位方法主要分为适用于电力电 缆的故障定位方法、适用于架空线路的故障定位方法和适用于架空线与电力电 缆混合敷设的故障定位方法。2.1电力电缆的故障定位方法2.1. 1阻抗法阻抗法通过测量故障发生后故障点到测量端之间的阻抗，然后利用线路参数 建立故障定位方程，求解得到故障距离。这种方法多以线路集中参数模型为基础， 由于原理简单，容易实现，所以一直得到人们广泛的关注。电桥法是阻抗法

4、故障测距中比较广泛使用的一种。电桥法包括电阻电桥法和 电容电桥法两种。电阻电桥法仅适用低阻抗的测量，要求故障点的电阻不得超过100千欧，最 高不得超过500千欧，一般以2千欧为宜。其基本原理为：将被测电缆末端非故 障相与故障相短接，电桥两输出臂分别接故障相和非故障相，调节电桥臂上的调 节电阻，当电桥平衡后，根据电桥平衡原理计算出故障距离。电容电桥法可以用于电缆断线故障的测量，其原理与电阻电桥法类似。电桥法的优点是：方便、简单。但缺点是不适合测量高电阻和闪络性故障。 因为故障电阻较高的情况下，电桥回路中电流很小，一般电流检流计灵敏度很低， 很难检测出电桥是否平衡。电桥法的另一缺点是需要知道电缆的

5、准确长度等原始 材料，当一条电缆线路是由两种以上导体材料或不同截面积的两段以上的电缆组 成时，还需进行换算。还有电桥法不能测量三相短路故障。这种阻抗法是以线路集中参数模型为基础进行计算的，当故障电阻比较大， 就无能为力了。为此，文献6 提出了一种适于测量高电阻故障的阻抗法，这 种方法以分布参数为基础，建立参数方程，并计算出故障距离。其基本原理是： 对带有高电阻故障的电缆施加正弦高压信号，使高阻故障点闪络，此时故障点的 高电阻故障变为电弧故障。因为电弧故障成电阻性，流过故障点的电流和故障点 两端的电压同相位，通过采集系统，将流过线路的电流和线路两端的电压采集到 后，根据分布参数理论就可以求出沿线

6、路各点的电压和电流，从而实现故障定位。2.1.2行波法行波法也是电力电缆故障测距中一种比较常用的方法。行波法故障定位具有 速度快、精度高等优点，具体包括：A、B、C和D型行波测距法。A型行波测距故障点发生故障后，产生的行波就会在在故障点与测量端来回传播，可以通 过行波往返故障点与测量端一次的时间和行波波速来确定故障点的距离。这种方 法不受过渡电阻和对端负荷阻抗的影响，此原理简单，所用装置较少，且可以在 理论上达到较高的精度。多年来，由于没有深入地了解故障点产生的行波特性以 及传播特性，再加上需要高速采样系统和精准时间计时系统等条件，所以一直没 得到广泛应用。近年来，比较常用的A型行波测距方法主

7、要有：脉冲电流法和脉 冲电压法。脉冲电流法是80年代初发展起来的一种测试方法，该方法具有安全、可靠 和接线简单等优点。其原理是：通过线性电流耦合器测量电缆故障击穿时产生的 脉冲故障电流信号。它实现了仪器和高压回路的电耦合，省去了电容与电缆之间 串联的电容和电感，简化了接线，而且还易于分辨传感器耦合出的脉冲电流信号。脉冲电压法，又称为冲击闪络法。该方法原理为：首先利用直流高压和脉冲 高压信号把电缆故障点击穿，然后通过放电电压脉冲在测量端与故障点之间往返 一次的时间来测距。其优点是不需将高阻和闪络性故障击穿，直接利用故障击穿 产生的瞬时脉冲信号，测试速度比较快，测量过程简便。其缺点是：在利用此方

8、法测距时，高压电容对脉冲信号呈短路状态，需要串联一个电阻或电感产生电压 信号，这样就增加了接线的复杂性，且降低了电容放电时加在故障电缆的电压， 使故障点难以击穿；还有在测量过程中，分压器耦合的电压波形变化不明显，难 以分辨。B型行波测距B型行波测距的基本原理是：只利用故障点行波产生的第一个行波波头信 号到达电缆两端的信息，并借助于通信通道进行故障测距的。此方法的优点在于 只利用第一个波头，因而故障点的反射波和透射波不会限制此方法的应用。但此 方法仍需要精确的故障行波到达测量端的时间。C型行波测距C型行波测距的基本原理：电缆发生故障时，将该电缆与电网断开，通过脉 冲发射装置向故障电缆发射高频脉冲

9、，然后计算脉冲信号在装置与故障点之间的 来回时间，从而计算出故障距离。目前，常用的C型行波测距方法主要有低压脉冲反射法和二次脉冲法。低压脉冲反射法2 ，又叫雷达法。主要用于电缆的低阻（或短路）故障及 断路故障的测距。这种方法比较简单直观，通过观察故障点反射脉冲与发射脉冲 的时间差来进行测距。不同的故障性质具有不同的反射波,如果发射脉冲是正极 性的，回波脉冲也是正极性的，表示是断路故障或终端头开路，即电压不能馈至另 一端的故障;如果回波是负极性脉冲，则是短路接地故障，表示电缆故障点绝缘电 阻低于该电缆的特性阻抗，甚至为零的故障。低压脉冲反射法的优点是简单、直 观，不需要详细的电缆原始资料，还可以

10、根据反射脉冲的极性分辨故障类型。缺 点是不能用于测量高电阻与闪络故障。（电力电缆故障现场测距方法的研究与应 用）二次脉冲法：2.1.3电弧燃烧法2.1.4声测法声测法的基本原理是利用电力电缆故障点放电时产生的声音信号进行定点， 声音传感器在电力电缆上方将声音信号检测出来，声音最大的地方为故障点所 在的位置5。对于电缆护层己经被烧穿的故障，往往可以在地面上用人耳直 接听到故障点的放电声。但是对于电缆护层未被烧穿的电缆故障或者是埋深的电 缆故障，都有可能使故障点放电声音减小，需要用高灵敏度的声电转换器，如拾 音器或压电晶体，将地面上微弱的地震波转换为电信号并由相关仪器对信号进行 放大处理，然后用耳

11、机还原成声音，或通过显示装置显示声音的强度，以此来找 出放电声音最大的位置。该方法主要用于电力电缆高阻故障的定点。（电力电缆 故障现场测距方法的研究与应用）2.1.5音频电流感应法如果电缆发生了低阻故障，例如故障电阻小于10。，就很难利用声测法检 测到故障点放电的声音或者根本没有放电声音6，因此低阻故障不能使用声测 法进行故障定位。这时可以使用音频电流感应法通过检测地面上磁场的变化来确 定故障点的位置。其基本原理是用115 kHz 7的音频信号发生器向被测电缆 中通入音频信号电流，由于电磁耦合的作用，在大地中会产生感应电流，从而形 成地面磁场，然后在地面上用探头沿着电缆敷设路径接收音频信号，并

12、将接收 到的音频信号送入接收机进行放大并送入耳机。根据耳机中响声的变化可探测故 障点的位置，在故障点的上方音频信号最强，当探头继续前移时，音频信号逐 渐降低，则音频信号最强处即为故障点。音频感应法一般用于探测故障电阻小于10的低阻故障。用音频感应法对 两相（三相）短路或两相（三相）短路并接地故障进行测量都能获得满意的效果， 一般测得的故障点位置绝对误差为1-2m。（电力电缆故障现场测距方法的研究 与应用）2.1.6跨步电压法跨步电压法，就是应用“电位差”原理，对直埋电缆外护套故障及低电压电 缆故障进行精确定位。2.1.7声磁同步法声磁同步法需要测试仪与高压信号发生器相配合，适用于探测电力电缆的

13、高 阻和闪络性故障，并可在定点的同时探测电缆的路径。在向电缆施加冲击高压信 号使故障点放电时，会在电缆的外皮与大地形成的回路中感应出环流来，这一环 流在电缆周围产生脉冲磁场。由于一般环境的电磁干扰与电缆故障放电的脉冲磁 场相比弱得多，仪器能够可靠地检测出磁场信号。如在听到声音信号的同时，接 收到脉冲磁场信号，即可判断声音是由故障点放电产生的8。实际测试时，通 过对脉冲磁场波形识别，通过对声磁延时时间值的检测判定来排除环境噪声和磁 场干扰，由此反复探测直至找到故障点。2.1.8基于高速光电传感技术的电缆故障测距2.1.9基于GPS的电缆双端测距2.1.10基于小波分析的故障定位2.1.11实时专

14、家系统专家系统（expert system, ES）是一个具有大量的专门知识与经验，通过推 理来模拟通常由人类专家才能解决的各种复杂的、具体的问题，达到与专家具有 同等解决问题能力的计算机智能程序系统。文献28 - 29 中采用建立专家系 统的方法，利用TC进行故障定位。算例表明，专家系统能够提高判断的准确性和快 速性。文献30 中介绍了一种建立在地理信息系统（geographic information systems, GIS）基础上的配电网故障定位ES,它充分利用配电网GIS的地理信息设 备管理、网络拓扑结构，然后结合ES的规则库进行动态搜索、回溯推理，最终确定 故障区段。但ES的专家知

15、识库都是针对特定的一个配电网建立的，维护工作繁琐， 往往知识库的维护不到位会使得ES不能及时适应网络结构变化。（配电网故障区 段定位）2.1.12基于贝叶斯频谱估计的故障定位2.1.13基于Hilbert-Huang变换的故障定位2.1.14电力电缆的在线监测三次脉冲法：三次脉冲法是在二次脉冲法和多次脉冲法的基础上经过进一 步改进发展而来的，其参考波形是用一个独立于脉冲反射仪之外的专门的脉冲发 生器产生1 000 V或200 V的测试脉冲，在不击穿被测电缆故障（静态）的情况 下得到的，1 000V或200V的脉冲幅值可有效地减小干扰。紧接着高压脉（16/32 kV）击穿电缆故障产生燃孤，在燃孤

16、电压降低到4 kV时，自动触发中压脉冲来 稳定和延长燃孤至50 ms，系统捕捉到燃孤峰值电流后，自动触发1 000 V或200V的低压脉冲，从而得到准确的故障波形。两条波形自动叠加后的波形的不同 点就是故障点。三次脉冲法是目前世界上最先进的电缆高阻故障预定位技术。直流三次脉冲法：直流三次脉冲法结合了三次脉冲法图形清晰、定位准确的 优点，以及燃孤电压高、定位有效性高的优点，成为电缆故障定位的又一利器。 直流三次脉冲法的燃孤电压高达80 kV，这也是世界上基于脉冲反射原理的预定 位方法中测试电压等级最高的，因而对阻值极高以至于其他定位方法无法击穿 的故障尤为适用。当我被上帝造出来时，上帝问我想在人

17、间当一个怎样的人，我不假思索的说， 我要做一个伟大的世人皆知的人。于是，我降临在了人间。我出生在一个官僚知识分子之家，父亲在朝中做官，精读诗书，母亲知书答 礼，温柔体贴，父母给我去了一个好听的名字：李清照。小时侯，受父母影响的我饱读诗书，聪明伶俐，在朝中享有“神童”的称号。小时候的我天真活泼，才思敏捷，小河畔，花丛边撒满了我的诗我的笑，无可置 疑，小时侯的我快乐无虑。“兴尽晚回舟，误入藕花深处。争渡，争渡，惊起一滩鸥鹭。”青春的我如同 一只小鸟，自由自在，没有约束，少女纯净的心灵常在朝阳小，流水也被自然洗 礼，纤细的手指拈一束花，轻抛入水，随波荡漾，发髻上沾着晶莹的露水，双脚 任水流轻抚。身影

18、轻飘而过，留下一阵清风。可是晚年的我却生活在一片黑暗之中，家庭的衰败，社会的改变，消磨着我 那柔弱的心。我几乎对生活绝望，每天在痛苦中消磨时光，一切都好象是灰暗的。 “寻寻觅觅冷冷清清凄凄惨惨戚戚”这千古叠词句就是我当时心情的写照。最后，香消玉殒，我在痛苦和哀怨中凄凉的死去。在天堂里，我又见到了上帝。上帝问我过的怎么样，我摇摇头又点点头，我 的一生有欢乐也有坎坷，有笑声也有泪水，有鼎盛也有衰落。我始终无法客观的 评价我的一生。我原以为做一个着名的人，一生应该是被欢乐荣誉所包围，可我 发现我错了。于是在下一轮回中，我选择做一个平凡的人。我来到人间，我是一个平凡的人，我既不着名也不出众，但我拥有一

19、切的幸 福：我有温馨的家，我有可亲可爱的同学和老师，我每天平凡而快乐的活着，这 就够了。天儿蓝蓝风儿轻轻，暖和的春风带着春的气息吹进明亮的教室，我坐在教室 的窗前，望着我拥有的一切，我甜甜的笑了。我拿起手中的笔，不禁想起曾经作 诗的李清照，我虽然没有横溢的才华，但我还是拿起手中的笔，用最朴实的语言， 写下了一时的感受：人生并不总是完美的，每个人都会有不如意的地方。这就需要我们静下心来 阅读自己的人生，体会其中无尽的快乐和与众不同。“富不读书富不久，穷不读书终究穷。”为什么从古到今都那么看重有学识之 人？那是因为有学识之人可以为社会做出更大的贡献。那时因为读书能给人带来 快乐。自从看了丑小鸭这篇童话之后，我变了，变得开朗起来，变得乐意同别 人交往，变得自信了因为我知道：即使现在我是只“丑小鸭”，但只要有自信， 总有一天我会变成“白天鹅”的，而且会是一只世界上最美丽的“白天鹅” .我读完了这篇美丽的童话故事，深深被丑小鸭的自信和乐观所折服，并把故 事讲给了外婆听，外婆也对童话带给我们的深刻道理而惊讶不已。还吵着闹着多 看几本名着。于是我给外婆又买了几本名着故事，她起先自己读，读到不认识的 字我就告诉她，如果这一面生字较多，我就读给她听整个一面。渐渐的，自己的 语文阅读能力也提高了不少，与此同时我也发现一个人读书的乐趣远不及两个人 读的乐趣大，而两个人读书的乐趣远不及全家一起