王昌松 王晓婷
鞍山供电分公司 辽宁 鞍山 114300
摘要：目前，配电网故障定位的相关研究较多，但研究的重点主要集中在配电网的故障选线问题上。随着技术的发展以及人们对供电质量要求的增高，各国不断推进智能电网的建设，以期在电网出现故障时能够及时反应，通过可靠的程序判断并自动隔离故障，防止故障进一步扩大。但目前主要通过人工巡检方式查找故障，效率低下，难以满足智能电网的要求。因此，必须在当前小电流选线原理的基础上，研究一套切实可行的中低压配电网故障定位系统，为智能电网的建设打好坚实的基础。
关键词：配电线路；行波故障测距；应用
1基于行波的故障测距方法
上世纪中期，有些学者试着利用行波传播原理分析故障的位置，并在不断应用的过程中产生了基于暂态行波定位故障位置的理论。在众多专家和学者的共同努力下，行波传播理论逐渐成熟，特别是掌握了行波的折反射过程以及各种介质中行波的传播特性。计算机技术的进步催生了一系列电磁仿真软件，进而随着多回线路间解耦方法的构建，电磁测距理论越来越完善。最近的几十年间，暂态行波故障的特征量提取方法成为了研究的热点。这些都推动了现代行波测距技术的发展，实现了传统故障分析法到智能化测距算法的突破。行波法是一种在输配电线路中广泛应用的故障定位技术，该方法优势明显，能够同时得到故障距离和故障分支，且计算速度较快。根据两段是否同步采集数据，行波法又可划分成单端测距算法和双端测距算法。此外，得益于交叉学科的发展，例如现代通信技术的应用，使得双端测距技术能够实现同步测量。交叉学科的发展推动了行波测距装置的进步，电子技术、小波理论及通信技术等理论应用改善了测距装置的性能。
2配电线路行波故障测距方法与系统的研究应用
2.1测距系统设计要求
配电线路测距系统的设计，应重点考虑系统的可靠性、实用性、易扩展性以及先进性，做好方案实施规划，逐步建立地区级配电线路测距系统。该系统的主要运行模式如下：由站端设备实时采集故障行波的数据，经传输后由主站对故障数据进行综合分析，得到故障线路名称和故障距离等信息，然后进行WEB发布。利用主站系统分析得到的故障信息，可进一步研究配电线路故障的原因和所属类型。针对重合闸能够重新闭合的瞬时性故障，其中大多数的故障问题通过配电线路测距系统都可以分析得到故障原因，主要原因有雷电过电压、线路绝缘子老化以及树枝摆动引起短路等。及时找到线路发生问题的原因并排除可能存在的安全隐患，可以有效避免相同事故重复出现。
2.2系统设计方案
行波测距系统的站端（I区）装设于变电站内部，主要功能如下：当配电线路发生故障时，站端负责启动测距装置，并记录故障的波形信息以及故障的起始时刻，同时发出报警信号，告知运行人员装置已启动，然后利用内置程序分析故障信息，保障设备正确采集故障数据。行波测距系统的主站II区）装设于调度中心，可以通过人工方式或者自动调取站端记录的数据，对数据进行分析处理得到发生故障的线路和故障距离等信息，然后利用隔离设备将故障诊断结果发送到应急指挥中心（III区），最后通过WEB系统发出。主站通过数据通信远传系统调用变电站的站端设备采集的数据。在行波测距系统中，电话拨号网的历史比较悠久，该通信网络必须加装音频调制解调器，在完成数据交互后得到故障距离信息。然而，这种传统的通信手段存在时效性差、通信稳定性差等弊端。为了提升通信系统的数据传输能力，配电线路测距系统采用调度数据专网，通过调度数据网传输故障数据，这样既能减少通信一次投资，降低运行维护成本，又能提高通信的可靠性。双端或三端测距的测距精度要求高于500m，各端之间设备的时间误差控制在3μs以内，全球卫星定位系统（GPS）技术的应用能够实现时间的同步。行波测距装置中通过高稳定度晶振时钟接收GPS的脉冲同步信号，保持各个设备的同步时间精度小于1μs。
行波到达检测设备后将触发设备动作，将该时刻记录下来。
2.3硬件设计
2.3.1测距主站硬件设计
根据测距系统的结构设计，内网服务器集成了行波测距分析主站和数据库。主站系统的三个进程为前置功能FepSever、隔离器发送端、数据库处理程序（DATAPROC）。具体来说，数据库处理程序的主要功能是保存主站系统运行产生的数据，隔离器发送端承担将内网数据库表传输到外网的任务。其中，隔离器接收端和外网数据库由外网服务器1负责，WEB服务器由外网服务器2负责。行波测距分析主站运行在Unix/Linux系统上，其主站系统依托于C/S构架，支持商用关系数据库和文件管理功能。该系统可实现主站与站端设备的通信，并能够实时处理行波数据。前置功能包括与站端通信的任务，同时还可以将处理后的数据信息保存到数据局库中。后台功能主要包括调取和分析数据，同时还可以配置修改系统参数。
2.3.2测距终端总体硬件架构
利用行波故障测距系统，收集站端采样设备记录的故障波形，调用线路对端采样设备的记录数据，能够自动分析得到故障的距离。同时，该系统能够自动将分析结果传送给对端和主站，站内的工作人员通过软件对受到的数据进行波形分析，最后根据经验对测距结果进行校正。行波故障测距系统主要包括数据采样与处理装置、数据交互通信系统、测距结果分析系统、GPS通信系统，负责行波测距的核心任务。故障行波的采集和处理均在厂站端实现，通过不同的模块构成集中分析处理系统。行波测距终端的结构主要包含CPU、时钟模块、电源以及数据采样和处理单元，能够根据行波的到达时刻启动系统，记录暂态电压和电流信号，并分析形成故障测距所需的行波到达时刻、电压电流波形等数据。时钟模块主要用于接收GPS对时脉冲，实现各站端采样设备的同步。工控机承担着当地处理器的任务，接受并存储测距终端的报告信息，主动与线路对端的站端设备交换数据信息，分析双端数据得到故障测距的分析结果。
2.4软件设计
对配电网的故障测距系统进行研究主要基于故障行波，而软件系统的设计则是在物理元件的基础上通过微机实现其主要功能，并进行合理组合。涉及的功能主要有数据采集、数据分析和计算、故障行波显示以及测距结果输出等。为实现配电网的故障测距，软件系统主要配置了数据获取、行波分析、结果显示以及数据存储等模块。具体来说，数据获取主要负责采集线路故障后的行波信号，通过模数转换将模拟信号转换为数字信号，为下一步的分析和处理奠定基础；行波分析模块主要通过设定的计算程序，对采集得到的行波数据进行分析，该模块是整个故障测距系统的核心部分，因此其程序设计非常重要，直接关系到测距结果是否准确；结果显示模块作为人机交互的重要部分，承担着输出计算结果的任务，便于运行人员查看故障测距结果，极大提高了人机交互效率；数据存储模块主要用来存储采集到的行波数据以及故障计算结果等，为后续的离线分析和历史查询提供方便。综上所述，软件系统不同模块之间必须相互配合，才能在实现故障测距功能的基础上为用户提供尽可能的便利。
3结束语
由于城乡发展建设过程中的各种条件限制，配电线路往往存在电缆与架空线混合、T接的情况。线路发生故障后，以往都是采用人工巡线的方式进行故障排查，随着供电可靠性要求的不断提高，这种效率低下、准确率低的方式已经逐步被诸如行波故障测距的方式代替。本文针对基于行波采集、检测、分析的配电线路故障测距方法与系统进行了研究。
参考文献
[1]姜雨轩,窦震海,陈平,蒲婷婷,任贺,郭帅帅.基于行波时差矩阵算法的10kV电缆网络故障定位[J].水电能源科学,2020,38(07):184-188.
[2]曹朔,李恭斌,于海龙,王景龙,王运辉,杨少帅,朱军,杨雷.风电场集电线路行波故障测距及行波衰减研究[J].电工技术,2020(12):77-80.