配電網(wǎng)故障定位綜述

1、配電網(wǎng)故障定位研究技術綜述1配電網(wǎng)故障定位研究的意義隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展，電力系統(tǒng)規(guī)模逐漸加大，網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)逐漸復雜，而 且，用戶對供電穩(wěn)定的要求也越來越高。這就要求一方面，在系統(tǒng)正常運行過 程中要防止故障的發(fā)生；另一方面，在系統(tǒng)發(fā)生故障后，要快速、準確地找到 故障位置，迅速排除故障，確保電力系統(tǒng)安全運行，提高供電可靠性，將損失 最小化。我國大多數(shù)配電網(wǎng)均采用中性點非直接接地系統(tǒng)，即小電流接地系統(tǒng)。隨 著國民經(jīng)濟的發(fā)展，在配電網(wǎng)系統(tǒng)中，出現(xiàn)了既有架空線又有地埋電纜，還存 在有架空線和地埋電纜混合敷設的情況。架空線上發(fā)生的故障中單相接地故障 占80%以上，當小電流接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時，由于單相接

2、地不形成短 路回路，故障線路流過的電流為所有非故障線路對地電容電流之和，故障電流 遠小于負荷電流，使得故障定位比較困難，不能快速、準確地進行故障定位。 雖然由于電力電纜具有比架空線路可靠性高、占用空間少、受惡劣天氣影響較 小、有利于工廠布局和城市規(guī)劃等優(yōu)點，但是由于機械損傷、絕緣受潮、絕緣 老化、水樹等因素的影響，長時間運行的電力電纜也會發(fā)生故障。再加上由于 電力電纜多埋于地下或鋪設在電纜溝中，故障發(fā)生后，很難迅速、準確地測出 故障地點的確切位置，不能及時地排除故障恢復供電，往往會造成停電停產(chǎn)的 重大經(jīng)濟損失。因此，如何確保配電網(wǎng)的安全可靠運行，快速有效地查出故障 線路及故障點位置，具有非常重

3、要的意義。2配電網(wǎng)故障定位技術的發(fā)展現(xiàn)狀多年來，國內(nèi)外研究人員及學者對于小電流接地系統(tǒng)故障定位方法的作了許 多研究工作，尤其是對單相接地故障定位的研究，也提出了不少使用方法。根據(jù) 架空線路和電力電纜自身的特點，配電網(wǎng)故障定位方法主要分為適用于電力電 纜的故障定位方法、適用于架空線路的故障定位方法和適用于架空線與電力電 纜混合敷設的故障定位方法。2.1電力電纜的故障定位方法2.1. 1阻抗法阻抗法通過測量故障發(fā)生后故障點到測量端之間的阻抗，然后利用線路參數(shù) 建立故障定位方程，求解得到故障距離。這種方法多以線路集中參數(shù)模型為基礎， 由于原理簡單，容易實現(xiàn)，所以一直得到人們廣泛的關注。電橋法是阻抗法

4、故障測距中比較廣泛使用的一種。電橋法包括電阻電橋法和 電容電橋法兩種。電阻電橋法僅適用低阻抗的測量，要求故障點的電阻不得超過100千歐，最 高不得超過500千歐，一般以2千歐為宜。其基本原理為：將被測電纜末端非故 障相與故障相短接，電橋兩輸出臂分別接故障相和非故障相，調(diào)節(jié)電橋臂上的調(diào) 節(jié)電阻，當電橋平衡后，根據(jù)電橋平衡原理計算出故障距離。電容電橋法可以用于電纜斷線故障的測量，其原理與電阻電橋法類似。電橋法的優(yōu)點是：方便、簡單。但缺點是不適合測量高電阻和閃絡性故障。 因為故障電阻較高的情況下，電橋回路中電流很小，一般電流檢流計靈敏度很低， 很難檢測出電橋是否平衡。電橋法的另一缺點是需要知道電纜的

5、準確長度等原始 材料，當一條電纜線路是由兩種以上導體材料或不同截面積的兩段以上的電纜組 成時，還需進行換算。還有電橋法不能測量三相短路故障。這種阻抗法是以線路集中參數(shù)模型為基礎進行計算的，當故障電阻比較大， 就無能為力了。為此，文獻6 提出了一種適于測量高電阻故障的阻抗法，這 種方法以分布參數(shù)為基礎，建立參數(shù)方程，并計算出故障距離。其基本原理是： 對帶有高電阻故障的電纜施加正弦高壓信號，使高阻故障點閃絡，此時故障點的 高電阻故障變?yōu)殡娀」收?。因為電弧故障成電阻性，流過故障點的電流和故障點 兩端的電壓同相位，通過采集系統(tǒng)，將流過線路的電流和線路兩端的電壓采集到 后，根據(jù)分布參數(shù)理論就可以求出沿線

6、路各點的電壓和電流，從而實現(xiàn)故障定位。2.1.2行波法行波法也是電力電纜故障測距中一種比較常用的方法。行波法故障定位具有 速度快、精度高等優(yōu)點，具體包括：A、B、C和D型行波測距法。A型行波測距故障點發(fā)生故障后，產(chǎn)生的行波就會在在故障點與測量端來回傳播，可以通 過行波往返故障點與測量端一次的時間和行波波速來確定故障點的距離。這種方 法不受過渡電阻和對端負荷阻抗的影響，此原理簡單，所用裝置較少，且可以在 理論上達到較高的精度。多年來，由于沒有深入地了解故障點產(chǎn)生的行波特性以 及傳播特性，再加上需要高速采樣系統(tǒng)和精準時間計時系統(tǒng)等條件，所以一直沒 得到廣泛應用。近年來，比較常用的A型行波測距方法主

7、要有：脈沖電流法和脈 沖電壓法。脈沖電流法是80年代初發(fā)展起來的一種測試方法，該方法具有安全、可靠 和接線簡單等優(yōu)點。其原理是：通過線性電流耦合器測量電纜故障擊穿時產(chǎn)生的 脈沖故障電流信號。它實現(xiàn)了儀器和高壓回路的電耦合，省去了電容與電纜之間 串聯(lián)的電容和電感，簡化了接線，而且還易于分辨?zhèn)鞲衅黢詈铣龅拿}沖電流信號。脈沖電壓法，又稱為沖擊閃絡法。該方法原理為：首先利用直流高壓和脈沖 高壓信號把電纜故障點擊穿，然后通過放電電壓脈沖在測量端與故障點之間往返 一次的時間來測距。其優(yōu)點是不需將高阻和閃絡性故障擊穿，直接利用故障擊穿 產(chǎn)生的瞬時脈沖信號，測試速度比較快，測量過程簡便。其缺點是：在利用此方

8、法測距時，高壓電容對脈沖信號呈短路狀態(tài)，需要串聯(lián)一個電阻或電感產(chǎn)生電壓 信號，這樣就增加了接線的復雜性，且降低了電容放電時加在故障電纜的電壓， 使故障點難以擊穿；還有在測量過程中，分壓器耦合的電壓波形變化不明顯，難 以分辨。B型行波測距B型行波測距的基本原理是：只利用故障點行波產(chǎn)生的第一個行波波頭信 號到達電纜兩端的信息，并借助于通信通道進行故障測距的。此方法的優(yōu)點在于 只利用第一個波頭，因而故障點的反射波和透射波不會限制此方法的應用。但此 方法仍需要精確的故障行波到達測量端的時間。C型行波測距C型行波測距的基本原理：電纜發(fā)生故障時，將該電纜與電網(wǎng)斷開，通過脈 沖發(fā)射裝置向故障電纜發(fā)射高頻脈沖

9、，然后計算脈沖信號在裝置與故障點之間的 來回時間，從而計算出故障距離。目前，常用的C型行波測距方法主要有低壓脈沖反射法和二次脈沖法。低壓脈沖反射法2 ，又叫雷達法。主要用于電纜的低阻（或短路）故障及 斷路故障的測距。這種方法比較簡單直觀，通過觀察故障點反射脈沖與發(fā)射脈沖 的時間差來進行測距。不同的故障性質(zhì)具有不同的反射波,如果發(fā)射脈沖是正極 性的，回波脈沖也是正極性的，表示是斷路故障或終端頭開路，即電壓不能饋至另 一端的故障;如果回波是負極性脈沖，則是短路接地故障，表示電纜故障點絕緣電 阻低于該電纜的特性阻抗，甚至為零的故障。低壓脈沖反射法的優(yōu)點是簡單、直 觀，不需要詳細的電纜原始資料，還可以

10、根據(jù)反射脈沖的極性分辨故障類型。缺 點是不能用于測量高電阻與閃絡故障。（電力電纜故障現(xiàn)場測距方法的研究與應 用）二次脈沖法：2.1.3電弧燃燒法2.1.4聲測法聲測法的基本原理是利用電力電纜故障點放電時產(chǎn)生的聲音信號進行定點， 聲音傳感器在電力電纜上方將聲音信號檢測出來，聲音最大的地方為故障點所 在的位置5。對于電纜護層己經(jīng)被燒穿的故障，往往可以在地面上用人耳直 接聽到故障點的放電聲。但是對于電纜護層未被燒穿的電纜故障或者是埋深的電 纜故障，都有可能使故障點放電聲音減小，需要用高靈敏度的聲電轉(zhuǎn)換器，如拾 音器或壓電晶體，將地面上微弱的地震波轉(zhuǎn)換為電信號并由相關儀器對信號進行 放大處理，然后用耳

11、機還原成聲音，或通過顯示裝置顯示聲音的強度，以此來找 出放電聲音最大的位置。該方法主要用于電力電纜高阻故障的定點。（電力電纜 故障現(xiàn)場測距方法的研究與應用）2.1.5音頻電流感應法如果電纜發(fā)生了低阻故障，例如故障電阻小于10。，就很難利用聲測法檢 測到故障點放電的聲音或者根本沒有放電聲音6，因此低阻故障不能使用聲測 法進行故障定位。這時可以使用音頻電流感應法通過檢測地面上磁場的變化來確 定故障點的位置。其基本原理是用115 kHz 7的音頻信號發(fā)生器向被測電纜 中通入音頻信號電流，由于電磁耦合的作用，在大地中會產(chǎn)生感應電流，從而形 成地面磁場，然后在地面上用探頭沿著電纜敷設路徑接收音頻信號，并

12、將接收 到的音頻信號送入接收機進行放大并送入耳機。根據(jù)耳機中響聲的變化可探測故 障點的位置，在故障點的上方音頻信號最強，當探頭繼續(xù)前移時，音頻信號逐 漸降低，則音頻信號最強處即為故障點。音頻感應法一般用于探測故障電阻小于10的低阻故障。用音頻感應法對 兩相（三相）短路或兩相（三相）短路并接地故障進行測量都能獲得滿意的效果， 一般測得的故障點位置絕對誤差為1-2m。（電力電纜故障現(xiàn)場測距方法的研究 與應用）2.1.6跨步電壓法跨步電壓法，就是應用“電位差”原理，對直埋電纜外護套故障及低電壓電 纜故障進行精確定位。2.1.7聲磁同步法聲磁同步法需要測試儀與高壓信號發(fā)生器相配合，適用于探測電力電纜的

13、高 阻和閃絡性故障，并可在定點的同時探測電纜的路徑。在向電纜施加沖擊高壓信 號使故障點放電時，會在電纜的外皮與大地形成的回路中感應出環(huán)流來，這一環(huán) 流在電纜周圍產(chǎn)生脈沖磁場。由于一般環(huán)境的電磁干擾與電纜故障放電的脈沖磁 場相比弱得多，儀器能夠可靠地檢測出磁場信號。如在聽到聲音信號的同時，接 收到脈沖磁場信號，即可判斷聲音是由故障點放電產(chǎn)生的8。實際測試時，通 過對脈沖磁場波形識別，通過對聲磁延時時間值的檢測判定來排除環(huán)境噪聲和磁 場干擾，由此反復探測直至找到故障點。2.1.8基于高速光電傳感技術的電纜故障測距2.1.9基于GPS的電纜雙端測距2.1.10基于小波分析的故障定位2.1.11實時專

14、家系統(tǒng)專家系統(tǒng)（expert system, ES）是一個具有大量的專門知識與經(jīng)驗，通過推 理來模擬通常由人類專家才能解決的各種復雜的、具體的問題，達到與專家具有 同等解決問題能力的計算機智能程序系統(tǒng)。文獻28 - 29 中采用建立專家系 統(tǒng)的方法，利用TC進行故障定位。算例表明，專家系統(tǒng)能夠提高判斷的準確性和快 速性。文獻30 中介紹了一種建立在地理信息系統(tǒng)（geographic information systems, GIS）基礎上的配電網(wǎng)故障定位ES,它充分利用配電網(wǎng)GIS的地理信息設 備管理、網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)，然后結(jié)合ES的規(guī)則庫進行動態(tài)搜索、回溯推理，最終確定 故障區(qū)段。但ES的專家知

15、識庫都是針對特定的一個配電網(wǎng)建立的，維護工作繁瑣， 往往知識庫的維護不到位會使得ES不能及時適應網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)變化。（配電網(wǎng)故障區(qū) 段定位）2.1.12基于貝葉斯頻譜估計的故障定位2.1.13基于Hilbert-Huang變換的故障定位2.1.14電力電纜的在線監(jiān)測三次脈沖法：三次脈沖法是在二次脈沖法和多次脈沖法的基礎上經(jīng)過進一 步改進發(fā)展而來的，其參考波形是用一個獨立于脈沖反射儀之外的專門的脈沖發(fā) 生器產(chǎn)生1 000 V或200 V的測試脈沖，在不擊穿被測電纜故障（靜態(tài)）的情況 下得到的，1 000V或200V的脈沖幅值可有效地減小干擾。緊接著高壓脈（16/32 kV）擊穿電纜故障產(chǎn)生燃孤，在燃孤

16、電壓降低到4 kV時，自動觸發(fā)中壓脈沖來 穩(wěn)定和延長燃孤至50 ms，系統(tǒng)捕捉到燃孤峰值電流后，自動觸發(fā)1 000 V或200V的低壓脈沖，從而得到準確的故障波形。兩條波形自動疊加后的波形的不同 點就是故障點。三次脈沖法是目前世界上最先進的電纜高阻故障預定位技術。直流三次脈沖法：直流三次脈沖法結(jié)合了三次脈沖法圖形清晰、定位準確的 優(yōu)點，以及燃孤電壓高、定位有效性高的優(yōu)點，成為電纜故障定位的又一利器。 直流三次脈沖法的燃孤電壓高達80 kV，這也是世界上基于脈沖反射原理的預定 位方法中測試電壓等級最高的，因而對阻值極高以至于其他定位方法無法擊穿 的故障尤為適用。當我被上帝造出來時，上帝問我想在人

17、間當一個怎樣的人，我不假思索的說， 我要做一個偉大的世人皆知的人。于是，我降臨在了人間。我出生在一個官僚知識分子之家，父親在朝中做官，精讀詩書，母親知書答 禮，溫柔體貼，父母給我去了一個好聽的名字：李清照。小時侯，受父母影響的我飽讀詩書，聰明伶俐，在朝中享有“神童”的稱號。小時候的我天真活潑，才思敏捷，小河畔，花叢邊撒滿了我的詩我的笑，無可置 疑，小時侯的我快樂無慮?！芭d盡晚回舟，誤入藕花深處。爭渡，爭渡，驚起一灘鷗鷺。”青春的我如同 一只小鳥，自由自在，沒有約束，少女純凈的心靈常在朝陽小，流水也被自然洗 禮，纖細的手指拈一束花，輕拋入水，隨波蕩漾，發(fā)髻上沾著晶瑩的露水，雙腳 任水流輕撫。身影

18、輕飄而過，留下一陣清風?？墒峭砟甑奈覅s生活在一片黑暗之中，家庭的衰敗，社會的改變，消磨著我 那柔弱的心。我?guī)缀鯇ι罱^望，每天在痛苦中消磨時光，一切都好象是灰暗的。 “尋尋覓覓冷冷清清凄凄慘慘戚戚”這千古疊詞句就是我當時心情的寫照。最后，香消玉殞，我在痛苦和哀怨中凄涼的死去。在天堂里，我又見到了上帝。上帝問我過的怎么樣，我搖搖頭又點點頭，我 的一生有歡樂也有坎坷，有笑聲也有淚水，有鼎盛也有衰落。我始終無法客觀的 評價我的一生。我原以為做一個著名的人，一生應該是被歡樂榮譽所包圍，可我 發(fā)現(xiàn)我錯了。于是在下一輪回中，我選擇做一個平凡的人。我來到人間，我是一個平凡的人，我既不著名也不出眾，但我擁有一

19、切的幸 福：我有溫馨的家，我有可親可愛的同學和老師，我每天平凡而快樂的活著，這 就夠了。天兒藍藍風兒輕輕，暖和的春風帶著春的氣息吹進明亮的教室，我坐在教室 的窗前，望著我擁有的一切，我甜甜的笑了。我拿起手中的筆，不禁想起曾經(jīng)作 詩的李清照，我雖然沒有橫溢的才華，但我還是拿起手中的筆，用最樸實的語言， 寫下了一時的感受：人生并不總是完美的，每個人都會有不如意的地方。這就需要我們靜下心來 閱讀自己的人生，體會其中無盡的快樂和與眾不同。“富不讀書富不久，窮不讀書終究窮?！睘槭裁磸墓诺浇穸寄敲纯粗赜袑W識之 人？那是因為有學識之人可以為社會做出更大的貢獻。那時因為讀書能給人帶來 快樂。自從看了丑小鴨這篇童話之后，我變了，變得開朗起來，變得樂意同別 人交往，變得自信了因為我知道：即使現(xiàn)在我是只“丑小鴨”，但只要有自信， 總有一天我會變成“白天鵝”的，而且會是一只世界上最美麗的“白天鵝” .我讀完了這篇美麗的童話故事，深深被丑小鴨的自信和樂觀所折服，并把故 事講給了外婆聽，外婆也對童話帶給我們的深刻道理而驚訝不已。還吵著鬧著多 看幾本名著。于是我給外婆又買了幾本名著故事，她起先自己讀，讀到不認識的 字我就告訴她，如果這一面生字較多，我就讀給她聽整個一面。漸漸的，自己的 語文閱讀能力也提高了不少，與此同時我也發(fā)現(xiàn)一個人讀書的樂趣遠不及兩個人 讀的樂趣大，而兩個人讀書的樂趣遠不及全家一起