CN105004969A - 架空线配电网单相接地故障的定位方法 - Google Patents

Abstract

一种架空线配电网单相接地故障的定位方法，包括：获得待测故障点的故障距离；同时向三相输电线注入相同的高压脉冲，检测主干线路和二级分支线路末端的三相电压行波；获得主干线路和二级分支线路末端的线模电压行波和零模电压行波；判断主干线路末端的线模电压行波和零模电压行波的首个非零突变点对应的时刻是否相同；相同则待测故障点位于主干线路上，否则获得可能故障点并判断是否唯一；唯一则可能故障点为待测故障点，否则判断可能故障点所在二级分支线路末端的线模电压行波和零模电压行波的首个非零突变点对应的时刻是否相同；相同则可能故障点为待测故障点，否则不是。本发明能够准确、快速地对架空线配电网单相接地故障进行定位。

Description

架空线配电网单相接地故障的定位方法

技术领域

本发明涉及架空线配电网故障定位技术领域，特别涉及一种架空线配电网单相接地故障的定位方法。

背景技术

我国6kV～35kV架空线配电网普遍采用小电流接地方式运行，结构多为闭环设计、开环运行的树形辐射状。由于架空线配电网的运行环境复杂，单相接地故障发生几率高，占总故障的50％～80％，影响架空线配电网的安全可靠运行。发生单相接地故障后，传统的处理方法是通过人工巡线查找故障点，此方法费时费力。研究准确有效的单相接地故障的测距方法及定位方法，对于提高架空线配电网的供电可靠性、减少停电损失具有重要的意义。

现阶段架空线配电网的故障定位方法发展方向主要有两类：基于配网自动化系统的定位法和行波定位法。基于配网自动化系统的定位法从理论上说最简单，即利用线路负荷开关处装设的馈线终端装置(FTU，Feeder Terminal Unit)实现故障分段定位。但这种方法的前提是实现配网自动化，而我国大部分地区都还没有配备先进的配网自动化系统。行波定位法是基于故障距离与故障行波从故障点传输到检测点的时间成正比的原理进行定位，可分为单端法和双端法。输电线路上成熟应用的行波定位法不能直接应用于架空线配电网，因为高压输电线路是一条或少数几条分支的线路，其上传输的故障行波十分简单，易于识别和分析。而架空线配电网众多的分支会造成信号的衰减，并在所提取的信息中混叠进去新的信息，给定位方法造成了难度。传统的各类行波定位方法，不管是单端法还是双端法，主要都是针对故障的测距，却很少能确定具体的分支。然而，对于分支众多的架空线配电网而言，故障分支的准确判定是快速找到故障点、减少断电损失的关键，如何对架空线配电网单相接地故障进行快速、准确的定位仍是本领域一个亟待解决的问题。

发明内容

本发明所要解决的问题是提供一种架空线配电网单相接地故障的定位方法，实现架空线配电网单相接地故障的快速、准确定位。

为解决上述问题，本发明提供一种架空线配电网单相接地故障的定位方法，包括：

获得待测故障点的故障距离；

在架空线配电网的线路首端同时向三相输电线注入相同的高压脉冲，检测主干线路末端的三相电压行波以及二级分支线路末端的三相电压行波；

对主干线路末端的三相电压行波进行相模变换以获得主干线路末端的线模电压行波和主干线路末端的零模电压行波，对二级分支线路末端的三相电压行波进行相模变换以获得二级分支线路末端的线模电压行波和二级分支线路末端的零模电压行波；

判断主干线路末端的线模电压行波的首个非零突变点对应的时刻和主干线路末端的零模电压行波的首个非零突变点对应的时刻是否相同；

若相同，则所述待测故障点位于主干线路上，根据所述故障距离确定所述待测故障点的位置，否则所述待测故障点位于分支线路上，根据Δt获得所述待测故障点所在分支线路与主干线路连接的分支点，其中，Δt为主干线路末端的线模电压行波的首个非零突变点对应的时刻和主干线路末端的零模电压行波的首个非零突变点对应的时刻之间的时间差；

根据所述待测故障点所在分支线路与主干线路连接的分支点以及所述故障距离获得可能故障点；

判断所述可能故障点是否唯一；

若唯一，则所述可能故障点即为所述待测故障点，否则判断所述可能故障点所在二级分支线路末端的线模电压行波的首个非零突变点对应的时刻和所述可能故障点所在二级分支线路末端的零模电压行波的首个非零突变点对应的时刻是否相同；

若相同，则所述可能故障点即为所述待测故障点，否则所述可能故障点不是所述待测故障点。

本发明提供的架空线配电网单相接地故障的定位方法，采用单端注入、多端检测的方式进行定位，只需要在主干线路末端和二级分支线路末端检测电压行波，比较各个电压行波两个模量上的时间差，不需要各检测端时钟同步，从而能够快速地对架空线配电网单相接地故障进行定位。并且，比较各个电压行波两个 模量上的时间差只需要识别各模行波分量的第一个波头，而不用在复杂的折反射混合波中识别第二个波头信息，避免了线路分支、分支末端等的影响，降低了算法的难度，提高了对架空线配电网单相接地故障进行定位的准确性。

可选的，所述获得待测故障点的故障距离包括：

在架空线配电网的线路首端同时向三相输电线注入相同的高压脉冲，检测线路首端的三相电压行波；对线路首端的三相电压行波进行相模变换以获得线路首端的线模电压行波和线路首端的零模电压行波；根据线路首端的线模电压行波的首个非零突变点对应的时刻获得行波在所述待测故障点和线路首端之间往返一次的时间；将行波在所述待测故障点和线路首端之间往返一次的时间代入测距公式以获得所述故障距离。

通过三相输电线同时注入相同的高压脉冲以获得故障距离，可以使注入的初始行波只含零模成分，则不能通过配电变压器传变到负载端，消除了不平衡负载对故障距离的影响，使得线路首端的线模电压行波的首个非零突变点来源于待测故障点的反射，保证了测距的准确性。

可选的，行波在所述待测故障点和线路首端之间往返一次的时间根据公式T＝t₁-t₀获得，其中，T为行波在所述待测故障点和线路首端之间往返一次的时间，t₁为线路首端的线模电压行波的首个非零突变点对应的时刻，t₀为向三相输电线注入相同的高压脉冲的起始时刻。

可选的，所述测距公式为其中，l为所述故障距离，v₀为线路首端的零模电压行波波速，v₁为线路首端的线模电压行波波速，T为行波在所述待测故障点和线路首端之间往返一次的时间。

可选的，线路首端的零模电压行波波速v₀和线路首端的线模电压行波波速v₁与光速相等。

可选的，相模变换根据公式 $\left[\begin{array}{c}{u}_0\\ u_1\\ u_2\end{array}\right]=S\left[\begin{array}{c}{u}_a\\ u_b\\ u_c\end{array}\right]$ 进行，其中，u₀为零模电压行波，u₁和u₂为线模电压行波，u_a为A相电压行波，u_b为B相电压行波，u_c为C相电 压行波，S为相模变换矩阵。

可选的，所述相模变换矩阵S为卡伦鲍厄变换矩阵： $\frac{1}{3}\left[\begin{array}{ccc}1& 1& 1\\ 1& -1& 0\\ 1& 0& -1\end{array}\right].$

可选的，所述相模变换矩阵S为克拉克变换矩阵： $\frac{1}{3}\left[\begin{array}{ccc}1& 1& 1\\ 2& -1& -1\\ 0& \sqrt{3}& -\sqrt{3}\end{array}\right].$

可选的，行波的首个非零突变点对应的时刻为行波的电压幅度的绝对值首次大于阈值电压时对应的时刻。通过设置所述阈值电压，可以消除噪声对测距和定位的影响，从而提高对架空线配电网单相接地故障进行定位的准确性。

可选的，所述根据Δt获得所述待测故障点所在分支线路与主干线路连接的分支点包括：

根据公式获得所述待测故障点所在分支线路与主干线路连接的分支点到线路首端的距离，其中，l'为所述待测故障点所在分支线路与主干线路连接的分支点到线路首端的距离，l为所述故障距离，v为光速；

根据所述待测故障点所在分支线路与主干线路连接的分支点到线路首端的距离获得所述待测故障点所在分支线路与主干线路连接的分支点。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

本发明提供的架空线配电网单相接地故障的定位方法，采用单端注入、多端检测的方式进行定位，只需要在主干线路末端和二级分支线路末端检测电压行波，比较各个电压行波两个模量上的时间差，不需要各检测端时钟同步。并且，比较各个电压行波两个模量上的时间差只需要识别各模行波分量的第一个波头，而不用在复杂的折反射混合波中识别第二个波头信息，避免了线路分支、分支末端等的影响，降低了算法的难度，能够快速、准确地对架空线配电网单相接地故障进行定位。

附图说明

图1是本发明实施方式的架空线配电网单相接地故障的定位方法的流程示意图；

图2是本发明实施例的架空线配电网的拓扑结构示意图；

图3是本发明实施例的获得待测故障点的故障距离的流程示意图；

图4a～图4c是本发明实施例的线路首端的三相电压行波；

图5是本发明实施例的线路首端的线模电压行波；

图6a～图6c是本发明实施例的主干线路末端的三相电压行波；

图7是本发明实施例的主干线路末端的线模电压行波；

图8是本发明实施例的主干线路末端的零模电压行波。

具体实施方式

图1是本发明实施方式的架空线配电网单相接地故障的定位方法的流程示意图，所述架空线配电网单相接地故障的定位方法包括：

步骤S1：获得待测故障点的故障距离；

步骤S2：在架空线配电网的线路首端同时向三相输电线注入相同的高压脉冲，检测主干线路末端的三相电压行波以及二级分支线路末端的三相电压行波；

步骤S3：对主干线路末端的三相电压行波进行相模变换以获得主干线路末端的线模电压行波和主干线路末端的零模电压行波，对二级分支线路末端的三相电压行波进行相模变换以获得二级分支线路末端的线模电压行波和二级分支线路末端的零模电压行波；

步骤S4：判断主干线路末端的线模电压行波的首个非零突变点对应的时刻和主干线路末端的零模电压行波的首个非零突变点对应的时刻是否相同；

在主干线路末端的线模电压行波的首个非零突变点对应的时刻和主干线路末端的零模电压行波的首个非零突变点对应的时刻相同时，执行步骤S5：所述待测故障点位于主干线路上，根据所述故障距离确定所述待测故障点的位置；

在主干线路末端的线模电压行波的首个非零突变点对应的时刻和主干线路末端的零模电压行波的首个非零突变点对应的时刻不同时，执行步骤S6：所述待测故障点位于分支线路上，根据Δt获得所述待测故障点所在分支线路与主干线路连接的分支点，其中，Δt为主干线路末端的线模电压行波的首个非零突变点对应的时刻和主干线路末端的零模电压行波的首个非零突变点对应的时刻之间的时间差；

步骤S7：根据所述待测故障点所在分支线路与主干线路连接的分支点以及所述故障距离获得可能故障点；

步骤S8：判断所述可能故障点是否唯一；

在所述可能故障点唯一时，执行步骤S9：所述可能故障点即为所述待测故障点；

在所述可能故障点不唯一时，执行步骤S10：判断所述可能故障点所在二级分支线路末端的线模电压行波的首个非零突变点对应的时刻和所述可能故障点所在二级分支线路末端的零模电压行波的首个非零突变点对应的时刻是否相同；

在所述可能故障点所在二级分支线路末端的线模电压行波的首个非零突变点对应的时刻和所述可能故障点所在二级分支线路末端的零模电压行波的首个非零突变点对应的时刻相同时，执行所述步骤S9；

在所述可能故障点所在二级分支线路末端的线模电压行波的首个非零突变点对应的时刻和所述可能故障点所在二级分支线路末端的零模电压行波的首个非零突变点对应的时刻不同时，执行步骤S11：所述可能故障点不是所述待测故障点。

本实施方式提供的架空线配电网单相接地故障的定位方法，采用单端注入、多端检测的方式进行定位。若待测故障点位于检测端和线路首端的最短路径上，则此检测端的第一个行波波头是来自待测故障点折射波，将同时含有线模分量和零模分量，也就是线模电压行波与零模电压行波的首个非零突变点同时出现；而若待测故障点不是位于此检测端与线路首端的最短路径上，则此检测端的第一个行波波头只含有零模分量，直到待测故障点反射波到达此检测端时才能出现线模行波，也就是线模电压行波与零模电压行波的首个非零突变点不是同时出现的。本实施方式提供的架空线配电网单相接地故障的定位方法，不需要各检测端时钟同步，不用在复杂的折反射混合波中识别第二个波头信息，避免了线路分支、分支末端等的影响，降低了算法的难度，能够快速、准确地对架空线配电网单相接地故障进行定位。

下面结合实施例及附图，对本发明作进一步地的详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

本实施例以采用电力系统仿真软件PSCAD(Power Systems Computer Aided Design)进行仿真实验为例，以下详细说明本实施例的架空线配电网单相接地故障的定位方法。图2是本实施例的架空线配电网的拓扑结构示意图，所述拓扑结 构示意图示出了线路首端N1、主干线路末端N2、一级分支线路末端(N3、N4以及N5)、二级分支线路末端(N6、N7、N8以及N9)、各分支点(J1、J2、J3、J4、J5、J6以及J7)以及各段输电线路之间的距离。各级分支线路末端都接有配电变压器和三相不平衡负载，待测故障点P设置在分支点J3和分支点J7之间，接地故障电阻值为100Ω，距离线路首端N1为10km，即故障距离设置为10km。

如步骤S1所述，获得待测故障点的故障距离。现有的架空线配电网单相接地接地故障的测距方法有多种，可以采用现有任意一种方法获得所述待测故障点P的故障距离。本实施例提供一种获得所述待测故障点P的故障距离的方法，参考图3的流程示意图。

执行步骤S31，在架空线配电网的线路首端同时向三相输电线注入相同的高压脉冲，检测线路首端的三相电压行波。具体地，采用脉冲发生装置在线路首端N1同时向A相输电线注入高压脉冲p_a、向B相输电线注入高压脉冲p_b、向C相输电线注入高压脉冲p_c。所述高压脉冲p_a、所述高压脉冲p_b以及所述高压脉冲p_c相同，即p_a＝p_b＝p_c。所述高压脉冲的幅度和脉冲宽度可根据实际需求进行设置，在本实施例中，所述高压脉冲的幅度为10kV、脉冲宽度为4μs。采用波形检测装置(例如录波器)采集线路首端N1的三相电压行波，线路首端N1的A相电压行波如图4a所示，线路首端N1的B相电压行波如图4b所示，线路首端N1的C相电压行波如图4c所示。

执行步骤S32，对线路首端的三相电压行波进行相模变换以获得线路首端的线模电压行波和线路首端的零模电压行波。具体地，根据公式 $\left[\begin{array}{c}{u}_{10}\\ u_{11}\\ u_{12}\end{array}\right]=S\left[\begin{array}{c}{u}_{1a}\\ u_{1b}\\ u_{1c}\end{array}\right]$ 对线路首端N1的三相电压行波进行相模变换，其中，u₁₀为线路首端N1的零模电压行波，u₁₁和u₁₂为线路首端N1的线模电压行波，u_1a为线路首端N1的A相电压行波，u_1b为线路首端N1的B相电压行波，u_1c为线路首端N1的C相电压行波，S为相模变换矩阵。

在本实施例中，所述相模变换矩阵S为卡伦鲍厄(Karrenbauer)变换矩阵：  $\frac{1}{3}\left[\begin{array}{ccc}1& 1& 1\\ 1& -1& 0\\ 1& 0& -1\end{array}\right],$ 经过相模变换获得线路首端N1的线模电压行波如图5所示。在其他实施例中，所述相模变换矩阵S也可以为克拉克(Clarke)变换矩阵：  $\frac{1}{3}\left[\begin{array}{ccc}1& 1& 1\\ 2& -1& -1\\ 0& \sqrt{3}& -\sqrt{3}\end{array}\right],$ 本实施例对此不作限定。

执行步骤S33，根据线路首端的线模电压行波的首个非零突变点对应的时刻获得行波在所述待测故障点和线路首端之间往返一次的时间。具体地，向三相输电线注入相同的高压脉冲后，开始在线路首端N1检测到的电压行波中并不包含线模成分，因此线路首端N1的线模电压行波的电压幅度为零；当所述待测故障点P反射的线模行波第一次到达线路首端N1时，理论上线路首端N1的线模电压行波的幅度出现的第一个非零值，即为首个非零突变点。线路首端N1的线模电压行波可以选取u₁₁，也可以选取u₁₂，二者之中选取一个即可。

在实际应用中，由于噪声的存在，在所述待测故障点P反射的线模行波还未到达线路首端N1时，线路首端N1的线模电压行波的幅度也可能出现非零值。为了消除噪声对测距结果的影响，线路首端N1的线模电压行波的首个非零突变点对应的时刻为线路首端N1的线模电压行波的电压幅度的绝对值首次大于阈值电压时对应的时刻。所述阈值电压与波形检测装置的灵敏度相关：波形检测装置的灵敏度越高，所述阈值电压可以设置得越小。在本实施例中，图5所示的线路首端N1的线模电压行波的幅度在0.66×10^-4s附近开始发生突变，不再等于零。将所述阈值电压设置为10^-4V，获得线路首端N1的线模电压行波的首个非零突变点对应的时刻为0.665×10^-4s。

进一步，行波在所述待测故障点P和线路首端N1之间往返一次的时间根据公式T＝t₁-t₀获得，其中，T为行波在所述待测故障点P和线路首端N1之间往返一次的时间，t₁为线路首端N1的线模电压行波的首个非零突变点对应的时刻，t₀为向三相输电线注入相同的高压脉冲的起始时刻。在本实施例中，线路首端N1的线模电压行波的首个非零突变点对应的时刻为0.665×10^-4s，向三相输电线注入相同的高压脉冲的起始时刻为0s，因而行波在所述待测故障点P和线路首 端N1之间往返一次的时间为0.665×10^-4s。

执行步骤S34，将行波在所述待测故障点和线路首端之间往返一次的时间代入测距公式以获得所述故障距离。本领域技术人员知晓，所述测距公式为 其中，l为所述故障距离，v₀为线路首端N1的零模电压行波波速，v₁为线路首端N1的线模电压行波波速，T为行波在所述待测故障点P和线路首端N1之间往返一次的时间。由于架空线配电网线路长度较短，行波在传播中的衰减也较小，在线路首端N1检测到的各模电压行波首个非零突变点对应最高频率分量电压行波，所以此处可将线路首端N1的零模电压行波波速v₀和线路首端N1的线模电压行波波速v₁取为与光速相等或者取很接近光速的一个定值。在本实施例中，线路首端N1的零模电压行波波速v₀和线路首端N1的线模电压行波波速v₁取为与光速相等，即线路首端N1的零模电压行波波速v₀和线路首端N1的线模电压行波波速v₁均为3×10⁸m/s。

将行波在所述待测故障点P和线路首端N1之间往返一次的时间T为0.665×10^-4s、线路首端N1的零模电压行波波速v₀和线路首端N1的线模电压行波波速v₁均为3×10⁸m/s代入所述测距公式，计算得出所述故障距离l为9.975km。采用本实施例提供的测距方法，通过三相输电线同时注入相同的高压脉冲可以使注入的初始行波只含零模成分，则不能通过配电变压器传变到负载端，消除了不平衡负载对故障距离的影响，保证了测距的准确性。测距获得的故障距离9.975km与设置的故障距离10km相差25m，相对误差仅为0.25％。

继续参考图1，如步骤S2所述，在架空线配电网的线路首端同时向三相输电线注入相同的高压脉冲，检测主干线路末端的三相电压行波以及二级分支线路末端的三相电压行波。本步骤与步骤S31的操作类似，即采用脉冲发生装置在线路首端N1同时向A相输电线、B相输电线以及C相输电线注入高压脉冲，采用波形检测装置采集主干线路末端N2的三相电压行波、二级分支线路末端N6的三相电压行波、二级分支线路末端N7的三相电压行波、二级分支线路末端N8的三相电压行波以及二级分支线路末端N9的三相电压行波。其中，主干线路末 端N2的A相电压行波如图6a所示，主干线路末端N2的B相电压行波如图6b所示，主干线路末端N2的C相电压行波如图6c所示，各二级分支线路末端的三相电压行波未示出。

需要说明的是，本步骤与步骤S31可进行合并，即只进行一次高压脉冲注入，利用一次高压脉冲注入检测线路首端N1、主干线路末端N2以及二级分支线路末端(N6、N7、N8以及N9)的三相电压行波，本发明对此不作限定。

如步骤S3所述，对主干线路末端的三相电压行波进行相模变换以获得主干线路末端的线模电压行波和主干线路末端的零模电压行波，对二级分支线路末端的三相电压行波进行相模变换以获得二级分支线路末端的线模电压行波和二级分支线路末端的零模电压行波。本步骤与步骤S32的操作类似，经过相模变换获得主干线路末端N2的线模电压行波如图7所示、主干线路末端N2的零模电压行波如图8所示，各二级分支线路末端的线模电压行波和零模电压行波未示出。

如步骤S4所述，判断主干线路末端的线模电压行波的首个非零突变点对应的时刻和主干线路末端的零模电压行波的首个非零突变点对应的时刻是否相同。

具体地，与获得线路首端N1的线模电压行波的首个非零突变点对应的时刻类似，主干线路末端N2的线模电压行波的首个非零突变点对应的时刻为主干线路末端N2的线模电压行波的电压幅度的绝对值首次大于所述阈值电压时对应的时刻，主干线路末端N2的零模电压行波的首个非零突变点对应的时刻为主干线路末端N2的零模电压行波的电压幅度的绝对值首次大于所述阈值电压时对应的时刻。参考图7和图8，在本实施例中获得主干线路末端N2的线模电压行波的首个非零突变点对应的时刻为0.833×10^-4s，获得主干线路末端N2的零模电压行波的首个非零突变点对应的时刻为0.776×10^-4s。

若所述待测故障点P位于主干线路末端N2和线路首端N1的最短路径(即主干线路)上，则主干线路末端N2的第一个行波波头是来自所述待测故障点P的折射波，将同时含有线模分量和零模分量，也就是主干线路末端N2的线模电压行波的首个非零突变点与主干线路末端N2的零模电压行波的首个非零突变点同时出现，否则不是同时出现。因此，通过判断主干线路末端N2的线模电压行波的首个非零突变点对应的时刻和主干线路末端N2的零模电压行波的首个非零突变点对应的时刻是否相同，可以知晓所述待测故障点P是否位于主干线路上。

由于噪声的存在和波形检测装置的灵敏度影响，在所述待测故障点P位于主干线路上时，主干线路末端N2的线模电压行波的首个非零突变点对应的时刻和主干线路末端N2的零模电压行波的首个非零突变点对应的时刻也不一定相同。为了消除噪声和波形检测装置的灵敏度对定位结果的影响，以Δt小于阈值时间作为判定主干线路末端N2的线模电压行波的首个非零突变点对应的时刻和主干线路末端N2的零模电压行波的首个非零突变点对应的时刻相同的依据，其中，Δt为主干线路末端的线模电压行波的首个非零突变点对应的时刻和主干线路末端的零模电压行波的首个非零突变点对应的时刻之间的时间差。所述阈值时间与波形检测装置的采样率和要求的测距精度相关：波形检测装置的采样率越高，要求的测距精度越高，所述阈值时间设置得越小。在本实施例中，所述阈值时间设置为2μs。

在本实施例中，由于主干线路末端N2的线模电压行波的首个非零突变点对应的时刻为0.833×10^-4s，主干线路末端N2的零模电压行波的首个非零突变点对应的时刻为0.776×10^-4s，因此Δt＝0.833×10^-4s-0.776×10^-4s＝5.7μs＞2μs，因此，主干线路末端N2的线模电压行波的首个非零突变点对应的时刻和主干线路末端N2的零模电压行波的首个非零突变点对应的时刻不同，继续执行步骤S6。若Δt＜2μs，则如步骤S5所述，所述待测故障点P位于主干线路上，根据所述故障距离l为9.975km可以确定所述待测故障点P的位置在分支点J3和分支点J4之间。

如步骤S6所述，所述待测故障点位于分支线路上，根据Δt获得所述待测故障点所在分支线路与主干线路连接的分支点。具体地，根据公式获得所述待测故障点P所在分支线路与主干线路连接的分支点到线路首端N1的距离，其中，l'为所述待测故障点P所在分支线路与主干线路连接的分支点到线路首端N1的距离，l为所述故障距离，v为光速。所述故障距离l为9.975km，Δt为5.7μs，光速v为3×10⁸m/s，计算获得l'＝9975m-0.5×3×10⁸m/s×0.057×10^-4s＝9120m。根据所述待测故障点P所在分支线路与主干线路连接的分支点到线路首端N1的距离为9120m，忽略计算误差，获得所述待测故障点P所在分支线路与主干线路连接的分支点为J3。

如步骤S7所述，根据所述待测故障点所在分支线路与主干线路连接的分支点以及所述故障距离获得可能故障点。在本实施例中，所述待测故障点P所在分支线路与主干线路连接的分支点为J3，因而所述待测故障点P可能位于分支点J3和分支点J7之间、分支点J7和二级分支线路末端N8之间或者分支点J7和二级分支线路末端N9之间。但由于所述故障距离l为9.975km，分支点J3到线路首端N1的距离为9km，分支点J7到线路首端N1的距离为11km，因而获得可能故障点位于分支点J3和分支点J7之间。

如步骤S8所述，判断所述可能故障点是否唯一。本实施例在步骤S7中仅获得一个可能故障点，因而所述可能故障点唯一，继续执行步骤S9：所述可能故障点即为所述待测故障点，即确定所述待测故障点P位于分支点J3和分支点J7之间，定位结果与设置结果相符。

假设所述故障距离l大于11km而小于11.9km，则所述待测故障点P可能分支点J7和二级分支线路末端N8之间或者分支点J7和二级分支线路末端N9之间，获得两个可能故障点，需要继续执行步骤S10：判断所述可能故障点所在二级分支线路末端的线模电压行波的首个非零突变点对应的时刻和所述可能故障点所在二级分支线路末端的零模电压行波的首个非零突变点对应的时刻是否相同。步骤S10与步骤A4类似，在此不再赘述。

在所述可能故障点所在二级分支线路末端的线模电压行波的首个非零突变点对应的时刻和所述可能故障点所在二级分支线路末端的零模电压行波的首个非零突变点对应的时刻相同时，执行所述步骤S9；在所述可能故障点所在二级分支线路末端的线模电压行波的首个非零突变点对应的时刻和所述可能故障点所在二级分支线路末端的零模电压行波的首个非零突变点对应的时刻不同时，执行步骤S11：所述可能故障点不是所述待测故障点。

需要说明的是，对于仅有两个二级分支线路的分支线路，在步骤S2中，仅需要检测其中一个二级分支线路末端的三相电压行波。在步骤S10中，仅需判断该二级分支线路末端的线模电压行波的首个非零突变点对应的时刻和该二级分支线路末端的零模电压行波的首个非零突变点对应的时刻是否相同。若相同，所述待测故障点P位于该二级分支线路上，否则位于另一二级分支线路上。本发明还可以多次注入行波，每次都分别采集电压行波，然后将所有电压行波相加并除 以总的采集次数，也就是相当于电压行波取平均值，这样可以在一定程度上减小随机噪声的影响。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种架空线配电网单相接地故障的定位方法，其特征在于，包括：

获得待测故障点的故障距离；

在架空线配电网的线路首端同时向三相输电线注入相同的高压脉冲，检测主干线路末端的三相电压行波以及二级分支线路末端的三相电压行波；

对主干线路末端的三相电压行波进行相模变换以获得主干线路末端的线模电压行波和主干线路末端的零模电压行波，对二级分支线路末端的三相电压行波进行相模变换以获得二级分支线路末端的线模电压行波和二级分支线路末端的零模电压行波；

判断主干线路末端的线模电压行波的首个非零突变点对应的时刻和主干线路末端的零模电压行波的首个非零突变点对应的时刻是否相同；

若相同，则所述待测故障点位于主干线路上，根据所述故障距离确定所述待测故障点的位置，否则所述待测故障点位于分支线路上，根据Δt获得所述待测故障点所在分支线路与主干线路连接的分支点，其中，Δt为主干线路末端的线模电压行波的首个非零突变点对应的时刻和主干线路末端的零模电压行波的首个非零突变点对应的时刻之间的时间差；

根据所述待测故障点所在分支线路与主干线路连接的分支点以及所述故障距离获得可能故障点；

判断所述可能故障点是否唯一；

若唯一，则所述可能故障点即为所述待测故障点，否则判断所述可能故障点所在二级分支线路末端的线模电压行波的首个非零突变点对应的时刻和所述可能故障点所在二级分支线路末端的零模电压行波的首个非零突变点对应的时刻是否相同；

若相同，则所述可能故障点即为所述待测故障点，否则所述可能故障点不是所述待测故障点。

2.根据权利要求1所述的架空线配电网单相接地故障的定位方法，其特征在于，所述获得待测故障点的故障距离包括：

在架空线配电网的线路首端同时向三相输电线注入相同的高压脉冲，检测线路首端的三相电压行波；

对线路首端的三相电压行波进行相模变换以获得线路首端的线模电压行波和线路首端的零模电压行波；

根据线路首端的线模电压行波的首个非零突变点对应的时刻获得行波在所述待测故障点和线路首端之间往返一次的时间；

将行波在所述待测故障点和线路首端之间往返一次的时间代入测距公式以获得所述故障距离。

3.根据权利要求2所述的架空线配电网单相接地故障的定位方法，其特征在于，行波在所述待测故障点和线路首端之间往返一次的时间根据公式T＝t₁-t₀获得，其中，T为行波在所述待测故障点和线路首端之间往返一次的时间，t₁为线路首端的线模电压行波的首个非零突变点对应的时刻，t₀为向三相输电线注入相同的高压脉冲的起始时刻。

4.根据权利要求2所述的架空线配电网单相接地故障的定位方法，其特征在于，所述测距公式为其中，l为所述故障距离，v₀为线路首端的零模电压行波波速，v₁为线路首端的线模电压行波波速，T为行波在所述待测故障点和线路首端之间往返一次的时间。

5.根据权利要求4所述的架空线配电网单相接地故障的定位方法，其特征在于，线路首端的零模电压行波波速v₀和线路首端的线模电压行波波速v₁与光速相等。

6.根据权利要求1或2所述的架空线配电网单相接地故障的定位方法，其特征在于，相模变换根据公式 $\left[\begin{array}{c}{u}_0\\ u_1\\ u_2\end{array}\right]=S\left[\begin{array}{c}{u}_a\\ u_b\\ u_c\end{array}\right]$ 进行，其中，u₀为零模电压行波，u₁和u₂为线模电压行波，u_a为A相电压行波，u_b为B相电压行波，u_c为C相电压行波，S为相模变换矩阵。

7.根据权利要求6所述的架空线配电网单相接地故障的定位方法，其特征在于，所述相模变换矩阵S为卡伦鲍厄变换矩阵： $\frac{1}{3}\left[\begin{array}{ccc}1& 1& 1\\ 1& -1& 0\\ 1& 0& -1\end{array}\right].$

8.根据权利要求6所述的架空线配电网单相接地故障的定位方法，其特征在于，所述相模变换矩阵S为克拉克变换矩阵： $\frac{1}{3}\left[\begin{array}{ccc}1& 1& 1\\ 2& -1& -1\\ 0& \sqrt{3}& -\sqrt{3}\end{array}\right].$

9.根据权利要求1或2所述的架空线配电网单相接地故障的定位方法，其特征在于，行波的首个非零突变点对应的时刻为行波的电压幅度的绝对值首次大于阈值电压时对应的时刻。

10.根据权利要求1所述的架空线配电网单相接地故障的定位方法，其特征在于，所述根据Δt获得所述待测故障点所在分支线路与主干线路连接的分支点包括：

根据公式获得所述待测故障点所在分支线路与主干线路连接的分支点到线路首端的距离，其中，l'为所述待测故障点所在分支线路与主干线路连接的分支点到线路首端的距离，l为所述故障距离，v为光速；

根据所述待测故障点所在分支线路与主干线路连接的分支点到线路首端的距离获得所述待测故障点所在分支线路与主干线路连接的分支点。