（内蒙古巴彦淖尔电业局后旗分局 内蒙古 015500）
摘要：电力系统的中性点接地有中性点非有效和有效接地两种方式，国内的10kV配电网通常应用的是中性点非有效接地方式，即认为是小电流接地系统，其单相接地的故障也叫小电流接地故障。本文采取节点特征波能量变化值比较的办法判断故障区段，结果设计应用的C型行波故障定位装置在仿真应用中效果良好，通过这一研究对供电可靠性以及电力系统的稳定性会产生一定的帮助。
关键词：10kV配电线路；单相接地故障；C型行波
1C型行波故障定位
行波法故障定位依据的是行波遇到波阻抗非连续点反射回的信号实现的，以下将就本文应用C型行波在10kV配电线路故障定位的优点以及相关知识进行分析。
1.1行波的反射与折射
一般情况下某条线路是由分段组成的，段与段间的线路波阻抗可能不会一样，非连续点即为一段线路到另一段线路波阻抗的过渡点，而行波在线路传播时就会产生反射与折射，研究表明行波在金属性接地点处会产生负全反射，在断线处会导致正全反射，而行波遇到电阻接地故障时则电压行波只会发生部分反射。行波的反射与折射是故障点定位的基本依据，也是行波法的基础。
1.2行波法测距的问题
（1）行波信号的获取
数字仿真表明：故障时线路上的一次电压与电流的行波现象很明显，包含丰富的故障信息，但需要通过互感器进行测量。关键是如何用一种经济、简单的方式从互感器二次侧测量到行波信号。一般来说，电压和电流的互感器的截止频率要不低于10kHz，才能保证信号不过分失真。用于高压输电线路的电容式电压互感器(CVT)显然不能满足要求。利用故障产生的行波的测距装置，最好能做到与其他的线路保护(如距离保护)共用测量互感器，否则应用难以推广。为了达到一个杆塔(小于1km)的测距精度，二次侧信号上升沿时间应该在几微秒之内。实验研究表明，电流互感器(CT)的暂态响应特性能满足如此高的响应速度。所以，行波测距装置可以与其他保护装置共用电流互感器，因而易于被推广使用。
（2）故障点反射波的识别
故障点反射波的正确识别是能否准确可靠的进行故障测距的关键技术问题。线路上存在大量特性与故障点的反射波极为相似的干扰。正常运行情况下较大的干扰主要来自断路器和隔离开关的操作，任何上述操作都会产生剧烈的电压变化。在故障发生后，行波沿输电线传播时，也会出现干扰。例如线路的换位点和其他线路的交叉跨越点处都会因波阻抗的变化出现干扰，更增加了识别的难度。故障点反射波识别除了排除线路干扰外，关键还在于区分出反射波是来自故障点还是线路对端母线。早期行波法测距的终端设备受当时技术条件的限制，其结构与使用十分复杂，如B型法的同步装置，C型法中的高频和直流脉冲发生装置等，这些终端设备和操作上的实时自动化要求增加了行波法测距的技术复杂性和成本，阻碍了行波法测距的更广泛应用。
1.3C型行波定位
行波法故障检测一般有两种：故障自身给出的行波实现单端或双端的方法；人工向故障线路发出行波信号，由发射回来的信号实现定位。行波法故障定位快、精度高，一般分为A、B、C、E等4种行波法，本文应用C型行波法进行故障定位。C型行波法在对高压输电线路（无分支结构相对简单）检测只需要检测到故障点就会反射信号，完成接地故障准确定位。然而10kV配电线路分支多，行波会在分支点不断折反射，不易检测到故障点，检测时需要对10kV多分支配电线路进行具体分析，才能明确故障点。
1.4应用的C型行波定位
本文研究应用的C型行波法是在线路故障后，人工向线路给出行波信号，依据实际的强度与种类定位，这一方法能较好地处理在线定位行波信号较弱的问题。应用的C型行波能在离线状态下反复对线路发出行波信号，确保行波信号的采集准确性，在10kV多分支配网线路中能实现重复判断故障点位置。然而C型行波是一种单端测距计算故障距离实现检测的方法，实际应用中杂波干扰明显，本文应用节点特征波能量变化值比较的办法判断故障区段，完成金属性接地故障与经电阻接地故障的检测。
2 故障定位
2.1确定故障距离
C型行波法应用的是行波反射与折射的相关原理，当线路出现故障后人工向故障线路给出一行波信号，行波信号通过线路波阻抗非连续点产生折射与发射，非连续点有节点、端点以及故障点，其中第一次反射返回检测点的行波认定为特征波，其余称为杂波。依据识别故障点特征波的往返一次的时间与波速就能得出故障距离，图1为故障点行波信号测距的示意图。
2.2判断故障区段
一旦线路当中存在分支点，则还要判断故障区段（相邻两节点和相邻节点域端点间的线路定为区段），在检测点发射回行波信号后，首先检测的会是第一分支点行波信号，而后是其他非连续点的反射波。各行波返回的时间显然不同，依据线路距离可得反射波返回检测点时间，以及网络结构线路固定的特点，一旦有故障点就会导致故障点后方的特征波能量（波阻抗非连续点特征波对应的波形面积）产生变化，然而行波在节点间可能会发生来回的折射，导致虚故障点的出现，此时可应用节点特征波能量变化值进行比较的方法处理。故障区段依据网络拓扑结构固定依据波速与距离间的关系得到的，其计算难度不大，只要处理好虚故障点就能比较确定。
2.3定位装置
故障定位的装置基本是由：高压脉冲信号发生器、信号采集卡以及PC机构成，如图2所示。PC机对高压脉冲信号发生器控制，在线路出现故障时，向配电线路发出高压脉冲信号，由信号采集卡获得反射回来的信号，最后返回到PC机。利用PC机的软件计算、分析，可以确定故障点位置。应用这一定位装置，经过仿真分析和实际应用，这一装置在单相接地故障点的确定方面效果良好，是一个相对简易比较适合10kV配网定位故障的设计。
3 结论
本文基于10kV配电线路分析了行波的反射与折射、行波法测距的问题、C型行波定位以及应用的C型行波定位等故障原理，最后就本文应用的故障定位分析了确定故障距离、判断故障区段，给出了应用效果较好的定位装置。10kV配电线路分支多，实际应用本文的定位装置时还需要对PC机的相关波形比较进行全面处理，另外本文应用在网络拓扑结构基本不变的前提下，使用时需要基于这一因素进行选择。
参考文献：
[1]江小燕.浅谈10kV配电线路单相接地故障分析及预防措施[J].中国城市经济，2011，(15)：353.
[2]蒋凯.试述10kV配电线路常见故障及防治措施[J].中小企业管理与科技(上旬刊)，2011，(04)：290.
作者简介：
柴向荣（1982.07.20），男，内蒙古乌拉特后旗人，华北电力大学电气工程及自动化，单位：内蒙古巴彦淖尔电业局后旗分局，研究方向：10kv配电线路。
邢磊（1981.10.4），男，内蒙古临河人，华北电力学院电气工程及其自动化，单位：内蒙古巴彦淖尔电业局后旗分局，研究方向：10kv配电线路。
论文作者:柴向荣,邢磊
论文发表刊物:《电力设备》2017年第3期
论文发表时间:2017/4/26
标签：故障论文; 线路论文; 反射论文; 信号论文; 区段论文; 装置论文; 节点论文; 《电力设备》2017年第3期论文;