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在10kV及以下中压配电网运行过程中,雷击故障与短路故障是两类出现频率较高、影响范围较大的故障类型,两类故障的处置逻辑、防控重点存在明显差异,如果误判不仅会延误抢修进度,还可能导致防雷改造、故障排查方向出现偏差。随着行波传感技术在配网故障定位领域的普及,配网行波故障预警与定位装置已经成为故障区分、精准定位的核心设备,其区分两类故障的技术路径,建立在对行波信号特征的深度提取与多维度比对之上。
一、雷击与短路故障的行波生成机理差异
要理解装置对两类故障的区分逻辑,首先需要明确两类故障行波的生成本质差异。雷击故障分为雷击线路绕击、雷击杆塔反击两种类型,本质是雷电脉冲电流侵入配网线路后,引发线路瞬时电位突变产生的行波信号:直击雷发生时,雷电脉冲的幅值远高于配网正常运行电压,其行波前沿陡度更大,能量分布集中在高频段,且通常伴随单次脉冲后出现不稳定的衰减震荡;如果是感应雷击,行波幅值相对较低,但同样具备高频分量占比高的特征。多数雷击故障为瞬时性故障,行波信号结束后线路电位会逐步恢复正常,不会持续存在故障电流。
而普通短路故障(包括单相接地、相间短路等),本质是线路绝缘击穿后,系统电源持续向故障点提供短路电流,故障点的电位突变产生的行波信号,其行波前沿陡度低于雷击故障,能量分布更多集中在中低频段,且故障发生后会持续存在稳态故障电流,行波信号仅在故障发生瞬间产生,后续不存在周期性的高频脉冲分量。这一机理差异,是配网行波故障预警与定位装置区分两类故障的基础前提。
二、装置区分故障的核心技术维度
江苏宇拓电力配网行波故障预警与定位装置从三个核心维度对行波信号进行解析,实现雷击故障与短路故障的精准区分:
1.行波信号的频域能量占比分析雷击故障的行波信号高频分量占比远高于普通短路故障,装置通过预设的频带划分,将采集到的行波信号分解为不同频段,计算各频段的能量占比:若100kHz以上高频分量能量占比超过总能量的60%,则初步判定为雷击故障;若高频分量占比低于30%,能量主要集中在10kHz-50kHz的中低频段,则初步判定为短路故障。这一判断方式可以快速完成初步筛选,排除大部分干扰信号,降低后续判断的计算量。
2.行波脉冲的波形特征比对雷击故障的行波波形通常表现为单极性脉冲,前沿上升时间短,一般在微秒级就能达到峰值,随后快速下降并伴随小幅震荡;而普通短路故障的行波波形多为双极性脉冲,前沿上升时间更长,峰值平缓,震荡幅度较小。装置通过提取行波前沿陡度、峰值时间、脉冲极性三个特征参数,与预设的特征库进行比对,进一步修正初步判定结果,解决感应雷击幅值较低时误判为短路故障的问题。
3.故障后稳态电气量的辅助验证行波信号仅反映故障发生瞬间的暂态特征,装置会在采集到行波信号后,同步提取线路的稳态电流、电压信息进行验证:如果行波信号符合雷击特征,且故障后线路稳态电压、电流恢复到正常运行范围,即可判定为雷击故障;如果行波信号符合短路特征,且故障后持续存在稳态过电流或低电压,则判定为短路故障。这一辅助验证环节,有效避免了雷电感应干扰被误判为短路故障的情况,提升了区分准确率。
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