一种基于故障高频信息的配网故障定位方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于电力系统故障定位领域，特别涉及一种基于故障高频信息的配网故障 定位方法。
【背景技术】
[0002] 配网是电力系统的重要组成部分，其结构复杂、供电半径短、架空线路与电缆线路 共存，难以实现故障定位并选择性地切除故障。目前，国内配网大多仍采用人工巡线的方法 定位故障，故障发生后停电时间较长，影响供电质量。
[0003] 目前，故障定位方法主要包括阻抗法、行波法、S信号注入法和广域通信法。阻抗 法利用故障后测量点获得的电气量信息计算到故障点线路阻抗实现故障定位，易受电源参 数、负荷参数等变化的影响，当配网分支较多结构复杂时，会出现伪故障点，无法正确定位。 此外，分布式电源（DG)的接入会增加线路拓扑的复杂度，同时分布式电源馈入电流将影响 故障定位的精度。行波法利用行波在故障点和线路之间往返的时间差来确定故障距离，分 为A、B、C、D、E五类；由于配网结构复杂分支众多，很难实现多端行波信号的精确同步获取， B、D类行波难以实现；同时，A、B、D类行波要在配网的重要位置安装检测装置，投资太大。 当分布式电源接入配网后，行波的波形变得更加复杂，识别故障点反射波的难度更高，C类 行波也难以实现；因此，行波法在配网故障定位，尤其是在含分布式电源配网中的应用受到 了很大的限制。S信号注入法在故障后向接地线路注入特定频率信号，通过检测注入信号流 过的支路实现定位；由于该方法注入信号的强度受到电压互感器（PT)容量的限制，当配网 线路很长，故障接地电阻较大时，线路上对地电容的分流作用，会使故障支路的信号变小导 致误判，使其适用范围受到限制。广域法通常利用故障区段和非故障区段在故障特征方面 表现出的差异确定故障区域；但是，该类方法大都需要广域同步测量信息；所以，其共同缺 点是信号的延迟或者通信的丢失会导致错误定位结果的出现。
【发明内容】
[0004] 针对现有配网故障定位方法的不足，本发明提出一种基于故障高频信息的配网故 障定位方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
[0005] 步骤1 :在每个线路T接点的左右两侧各安装一个智能测量装置，每两个智能测量 装置组成一个智能测量装置组；
[0006] 步骤2 :系统发生接地故障后，根据各智能测量装置测到的电压电流暂态量计算 出对应的高频阻抗信息；
[0007] 步骤3 :通过比较各智能测量装置组内的两个智能测量装置测得的高频阻抗值的 大小关系，确定故障所在区域；
[0008] 具体步骤为：
[0009] 步骤301 :比较任一线路T接点上的智能测量装置组内的左右两个智能测量装置 测得的高频阻抗值的大小，若左侧智能测量装置的测得的高频阻抗值大于右侧智能测量装 置测得的高频阻抗值，则判断故障发生在该智能测量装置组的右侧，进行步骤302 ;否则， 判断故障发生在该智能测量装置组的左侧，进行步骤303 ;
[0010] 步骤302 :比较紧邻该智能测量装置组右侧的智能测量装置组内的两个智能测量 装置测得的高频阻抗值的大小，按照步骤301中的判断准则，直到判断出故障发生在当前 智能测量装置组的左侧，则确定故障发生在紧邻当前智能测量装置组左侧的线路中；或当 前智能测量装置组为最末端的智能测量装置组，则确定故障发生在紧邻当前智能测量装置 组右侧的线路中；
[0011] 步骤303 :比较紧邻该智能测量装置组左侧的智能测量装置组内的两个智能测量 装置测得的高频阻抗值的大小，按照步骤301中的判断准则，直到判断出故障发生在当前 智能测量装置组的右侧；则确定故障发生在紧邻当前智能测量装置组右侧的线路中；或当 前智能测量装置组为最末端的智能测量装置组，则确定故障发生在紧邻当前智能测量装置 组左侧的线路中。
[0012] 所述步骤3中确定故障所在区域的方法的具体计算方法为：
[0013] 将位于线路T接点左侧的智能测量装置（IEDl)和位于线路T接点右侧的智能测 量装置（IH)2)称为一个智能测量装置（IED)组，当故障发生在该智能测量装置组左侧时， 左侧智能测量装置（IHH)测到的故障后高频阻抗Z1为：
[0014] Z1=(Zn+ZLoadi) //(ZLine2+ZT2+ZL〇ad2)
[0015] 其中，Zt表示变压器的等值阻抗，Zuiad表示负荷的等值阻抗，对应数字为其编号；
[0016] 而右则智能测量装置（IED2)测到的故障后高频阻抗Z2为：
[0017] Z2=(ZLine2+ZT2+ZLoad2)
[0018] 艮P
[0019] Z1=(ZT1+ZLoadl)//Z2
[0020] 根据电路理论中的并联公式知，并联后的总阻抗小于其中任何一条支路的阻抗， 因此有Z1G2;
[0021] 当故障发生在该智能测量装置组右侧时，左侧智能测量装置（IHH)测到的故障 后尚频阻抗Z' 1为：
[0022] I'i=ZLinel+Zs
[0023] 其中，Zune为线路等值阻抗，对应数字为线路编号；Zs为电源侧等值阻抗；
[0024] 而右侧智能测量装置（IED2)测到的故障后高频阻抗Z' 2为：
[0025] Z2 -(Zn+ZLoadl) // (ZLinel+Zs)
[0026] 即
[0027] Z' 2=(ZT1+ZLoadl)//Z' 1
[0028] 同理有Z，2;
[0029] 因此，通过分析左侧智能测量装置（IEDl)测到的故障后高频阻抗与右侧智能测 量装置（IH)2)测到的故障后高频阻抗的大小关系能确定故障点是位于该智能测量装置 组左侧还是右侧，最后对线路上的多个智能测量装置组进行综合分析就能确定故障所在区 域。
[0030] 所述步骤1中，高频阻抗信息的获取方式为：对故障后产生的电压电流暂态量做 连续小波变换处理，选取一个频率范围['f_]和频率间隔Af，其中fc为该频率范围内的 最小频率，f_为该频率范围内的最大频率，选取的频率fn=fQ+n?Af，n = 〇, 1，2…，max， 然后将每一个频率fn下的电压值汐/b和电流值}/n提取出来，用电压值沴除以电流值h得 到高频阻抗值Zf。
[0031] 所述步骤1中的暂态量为故障后0~10毫秒内的暂态量。
[0032] 有益效果
[0033] 与传统的配网故障定位方法相比，所提一种基于故障高频信息的配网故障定位方 法不受系统运行方式、负荷变化等因素的影响，有效避免了信号的延迟或者通信的丢失会 导致错误定位结果的出现，更加符合实际工程应用的需求。
【附图说明】
[0034] 图1为故障后等效电路图；
[0035] 图2为简单辐射状系统结构图；
[0036] 图3为配网仿真系统图；
[0037] 图4为F5处故障后各IED测得的高频阻抗结果图；
[0038] 图5为基于故障高频信息的配网故障定位方法的流程图。
[0039] 具体实例方式
[0040] 下面结合附图对本发明的具体实验方式作进一步的详细说明。
[0041] 图5为基于故障高频信息的配网故障定位方法的流程图。系统发生接地故障后， 将故障瞬间电压阶跃式的波动看作是正常运行系统中注入一个大小与故障前瞬时电压相 同、方向相反的跃变信号。该信号做拉氏变换后具有较宽的频带信息（理论上具有全频域 信息），如果分析其高频量，系统内部的基频量与低次谐波扰动均能忽略，等效电路如图1 所示。
[0042] 在图1中，F表示接地故障发生位置，Zuma为故障点左侧的线路阻抗，Zumb为故障 点右侧的线路阻抗，Zs为电源侧等值阻抗，对应数字为其编号；￡为故障时刻瞬时故障点 的正常电压；VHi ^fraquentiy为故障点等效尚频电压源。
[0043] 对于尚频等效电路，故障后的尚频跃变彳目号广生于故障点，尚频电流流向系统的 左右两侧。在图1(b)中的测量点A和测量点B分别安装智能测量装置，对测到的电压电流 暂态量进行连续小波变换（CWT)。
[0044] 选取一个频率范围[f。，f_]和频率间隔Af，其中f。为该频率范围内的最小频率， 为该频率范围内的最大频率，选取的频率fn=fD+n?Af，n = 〇, 1，2…，max，然后将每 一个频率仁下的电压值&/;和电流值^提取出来，利用式（1)计算出对应频率的阻抗值，SP 得到高频阻抗Zf的信息。
[0046] 根据高频等效电路中电流的流向，得测量点A的高频阻抗Za、测量点B的高频阻抗 Zb分别为：
[0047] Za=ZLineA+Zs (2)
[0048] Zb=ZLineB+ZLoad (3)
[0049] 以图2所示的辐射状系统为例，说明故障区段定位的基本原理。
[0050] 在图2中，矩形框表示IED，框内数字为其编号，将位于线路T接点左右两侧的智能 测量装置IEDl和IED2称为一个IED组，如图中虚线框所示。
[0051] 当故障发生在该IED组左侧（如Fl处）时，IEDl测到的故障后高频阻抗Z1为：
[0052] Z1 -(Zn+ZLoadl) //