基于C型行波法的配電網單相接地故障測距研究

董洪穩 史文韜

摘要：針對配電網絡拓撲結構日益復雜多樣化、巡線工作變得繁重、線路故障難以定位的問題，本文基于C型行波法測距，設計了PSCAD-MATLAB模型、編寫M文件模塊。在線路始端注入高壓單窄脈沖并檢測從線路返回的波形，對所得波形進行小波分析。仿真結果證明該方法提高了線路故障測距的準確性，減少了巡線的工作量。

關鍵詞：行波；故障測距；小波分析；配電網

Abstract：The power distribution network topology structure is increasingly complex and diversity，patrol work become burdensome，line fault is difficult to locate.To solve these problems，a PSCAD-MATLAB model and compiling M-files based on C type traveling wave location method is proposed in this paper.Injecting a high voltage and narrow single pulse，wave back from the lines is monitored.Using the powerful singular detection function of wavelet，the time that the wave crest arrives is detected and the fault distance is calculated.The simulation results prove that the method improves the accuracy of fault location，reducing the workload of patrol.

Keywords：traveling-wave；fault location；wavelet analysis；Single-phase Grounding；power distribution network

1 引言

隨著配電網的高速發展，網絡結構開始變得復雜。故障測距結果是查找故障點位置的重要參考依據，國內外采用的接地故障測距方法歸納起來有：阻抗法、S注入法、智能法、區段查找法和行波法等幾種[1]，但在不同的電網結構中體現出各自不同的優缺點，因此研究高性能測距的故障測距方法及設備是必然趨勢。

2 PSCAD-MATLAB 接口技術及模塊

行波法故障測距在配電網接地系統中應用最為廣泛，目前大致可分為 A、B、C三種類型[2-3]。C型測距法更適合結構復雜，多分支線的配電系統。

2.1 PSCAD-MATLAB接口技術原理

接口的功能是協調MATLAB與PSCAD的協同運行以及完成它們之間數據、控制信息的交換。將PSCAD中的m個數據通過外部接口傳送到 MATLAB，將處理得到的n個運算結果傳送到PSCAD中，PSCAD再次調用 MATLAB[4]。如此反復，就可根據 PSCAD 中的電力系統模型和 MATLAB 中的控制條件、分析算法得到不同工況的系統數據及分析結果。PSCAD/EMTDC內Fortran文件DSDYN調用外部 Fortran 子程序，該 Fortran 子程序可以啟動MATLAB數據引擎。同時，含有MATLAB 命令的 M文件也將傳送到MATLAB 數據引擎中，用戶可根據需要編寫 M文件，實現所需的仿真。

2.2測距系統功能模塊

2.2.1 高壓單窄脈沖注入模塊

高壓單窄脈沖注入模塊的功能是產生并發送一定幅值的不同周期和脈寬的脈沖信號。通過對220V交流信號進行整流、濾波、升壓后送入故障線路。通過控制IGBT的觸發時間可以發送不同周期和脈寬的脈沖信號，高壓通過升壓得到，仿真中脈沖幅值約為2kV，脈寬約為 。

2.2.2 PSCAD-MATLAB接口模塊[5]

本仿真系統中共用到了兩個接口模塊，一個是數據采集模塊，它的功能是以 為仿真步長，調用已編程的“數據采集”M文件，將高壓單脈沖發生模塊發出的脈沖及各個節點折、反射回的波形以數據的形式寫入txt文件，另一個是波形小波變換模塊，功能為調用“小波變換”M文件，讀取txt文件對所記錄的波形進行小波分析，經db1小波六層分解，對第一層高頻部分重構圖形分析，觀察局部極值點，確定脈沖發出時間和在故障點返回的波形時間，為測距做準備。

3配電網35kV模型的仿真分析

3.1 行波測距仿真步驟

下面列出測距的流程圖，如圖3-1所示：

圖3-1 測距仿真流程圖

Fig.3-1 Ranging simulation flow chart

3.2 仿真算例分析

在已經選線的前提下，設在A相分支一2.66km處發生單相接地故障如圖3-2所示，接地電阻設置為200 。

圖3-2 單相接地例圖

Fig.3-2 Single-phase grounding case diagram

第一步進行故障距離測量，注入脈沖后將發生單相接地故障產生的波形（圖3-3）與線路正常時產生的波形（圖3-4）比較，以便確定接地故障點返回行波脈沖的位置。

圖3-3 正常時注入脈沖產生的波形

Fig.3-3 Normal pulse waveform

圖3-4 故障時注入脈沖產生的波形

Fig.3-4 Fault pulse waveform

通過兩個波形的比較，可以確定在故障波形中的第三個脈沖尖峰為故障點返回的行波脈沖。然后對故障波形進行小波變換，利用db1小波6層分解，再對一層高頻重構后的波形進行分析（圖3-5）準確的反映出故障波形突變部分。

圖3-5 一層高頻重構圖形

Fig.3-5 First layer high frequency waveform refactoring graphics

對初始注入的脈沖和故障點處返回的行波脈沖在一層高頻重構圖形中所對應位置進行局部放大，確定初始注入脈沖行波時刻 點為1267，接地故障點返回時刻 為35，由于仿真步長為0.1 可以算出 與 的時間差。根據公式 可以計算出行波在架空線路傳播的速度約為 。由測距公式： 可以計算出故障距離為18.0734km，與實際距離18.08km非常接近，絕對誤差為7.6m，相對誤差為0.042%，根據以上步驟，對各相不同分支進行了測距仿真。

參考文獻：

[1]季濤，孫同景，薛永端，徐丙垠，陳平.配電網故障定位技術現狀與展望.繼電器[J]，2005，33（24）：32-37.

[2]許漢平，魏威等.RTDS行波線路模型用于輸電線路故障測距的研究.電網技術[J]，2001，25（10）：47-50.

[3]賈惠彬，趙海鋒等.基于多端行波的配電網單相接地故障定位方法.電力系統自動化[J]，2012，36（2）：96-99.

[4]楊健維，麥瑞坤，何正友.PSCAD/EMTDC與MATLAB接口研究.電力自動化設備[J]，2007，27（11）：83-86.

[5]鐘波，趙華軍.PSCAD/EMTDC程序與MATLAB語言接口的研究.廣東電力[J]，2005，18（8）：28-30.

作者簡介：

董洪穩（1986-），男，漢族，工學學士，電氣工程師，天津市人。主要從事工業電氣設計。