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配电系统中利用故障产生的高频暂态电压信号准
确确定短路点的技术
概要:一种关于准确确定架空线路和地下电缆故障的技术。一种获得故障点产生
的高频暂态电压信号而特殊设计的单元,高频元件的传输时间反映于故障
点的位置。这项技术不反映故障类型,故障电阻,故障相角和系统运行方
式等,但对配电系统中故障点的位置的判定有很高的准确性。
1.介绍:
当今反映架空线路和地下电缆故障点的方法基本上可以分为两种:一种是一
测量后故障线路阻抗为基础;一种是测量故障产生传输波的元件。然而,就象任
何一种以电力频率为测量基础的方法,由于受到故障路径阻抗等各方面因素的影
响,它们的作用都是有限的。从而,在故障点达到的准确率被限制在整个线路长
度的2—3%,而且,在最近几年中也不可能有较大的改进。
理论上,故障产生的行波的形式的方法包含可以正确反映故障点位置的信息,
但是以此原理制成的设备仍有很大的缺点。当电压角度接近零度时,故障不能产
生大量传输信号的元件,对于一个很接近的信号,事件的到达和来自母线的它的
影响的到达,时间的不同将是非常微小的,以至于不能很好的分开处理。
还有一种技术是使人工智能技术应用到故障的检测和定位,而且,以故障定
位为基础的神经网络已得到了很大的发展。特征的抽取在任何一个以神经网络为
基础设计中都是及其重要的一环,研究发现,后故障电力频率信号中将含有更低
频率的信号。因此,象行波等任何一个高频元件都经过过滤。以判别故障位置和
以阻抗大小为基础的设计都是有相同点的。
一种传送线路保护的方法已取得了很大的进展。这种方案是以发出故障产生
的高频暂态电压信号为基础,实验表明这种技术可以获得很高的准确性,同时也
证明了这种技术不受故障类型的影响,这和受故障类型影响的阻抗定位装置有明
显的区别。零电压故障对以行波为基础的定位装置是非常严重的。而对保护由电
流产生的故障发出的高频信号是没有影响的。
相似的技术已在行波现象经常出现的345KV输电线路的保护中应用。抽取高
频暂态电压信号的波动的使用已被介绍。两个基本的系统:一个使用来自线路末
端的记录和来自全球定位卫星的同步记录;另一个是记录在任一条线路的末端。
本文中的这种技术已被应用于架空配电系统和电缆中故障的定位检测。他依
赖于保护故障产生的高频信号和避免长距离输送难以分辨母线和故障点位置的
影响,其限制了其它行波技术的应用。尤其是,使用这种技术,起始角度的故障
已不在是问题,因为带有故障角度的高频信号与波上的故障点没有什么不同。
在这个方案中,一个高速的样品被用来捕获故障产生的高频暂态电压信号,
为了达到系统中内在的高准确率,样品率是每秒20M个。
在110KV架空线路和地下电缆电路中使用加强电磁探头压力仿真软件模型在
本文的结论中可以获得。几个不同结构的配电系统和故障位置用来检测这种故障
检测器的效果。
2.基本原理和检测器的设计
输电线或电缆上的系统电压突然改变将产生一个宽带的信号,这个信号包括
所有频率范围。在众多的因素中,这些波的最初价值依赖于线路上的故障点,故
障路径的电阻等。当故障发生时,这些信号到达电缆的另一个端,反映出故障点,
在频率域内,个别信号将减少,同时,频率上升,行波速度增加。
图.1架空线路单相框图
2.1故障点的基本原理
输电线或电缆上故障产生的行波的特点方面的理论已有很好的报道。这种技
术可以用表一很直观的表现出来,同时考虑系统中曾用过的高频信号。假设故障
发生在距母线RX处发生,此时,旁波将开始向两条母线同时传播。
故障定位方法的基本原则是在安装处故障检测器能成功的分清。母线上的高
频信号的到达。特别的最初的信号的时间涉及到最初信号被用来分辨故障位置。
看图一,观察母线R或S远端母线和故障点的反馈波是相对的极性,因此,
两种波可以被判别。
图.2故障定位单元的框图
2.2故障检测单元
故障检测单元的框图如图二所示,三相电压由耦合电容来监测,模态混合量
被用来抽取空气波形信号和地面波形信号。这个过程提供一个固定的过滤,然后,
数字带通过滤器抽取高频信号用来确定故障位置。
图三分别表示11KV架空线频率的增长,空气和地面波形信号的速率都达到光
速。虽然两侧波形实际上要慢于光速,但是两种速度之间之间的的差距在频率为
1MHZ时,可以非常小。
表一.架空线数字样品率故
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