电力系统保护与控制 第 49 卷 第 19 期 2021 年 10 月 1 日 Power System Protection and Control Vol.49 No.19 Oct. 1, 2021 DOI: 10.19783/j.cnki.pspc.201566 配电线路故障指示器三相同步精度检测方法研究 曾 飞 1,2，黄哲忱 2，卫志农 1，毛玥萱 1，殷志华 1，孙国强 1 (1.河海大学能源与电气学院，江苏 南京 211100；2.国网江苏省电力有限公司电力科学研究院，江苏 南京 211103) 摘要：配电线路故障指示器同步采样性能直接影响所合成的暂态零序电流对故障特征的表达能力，是构建可靠故 障判别算法的基本前提，已成为设备质量检测的核心考察指标。提出一种配电线路故障指示器三相同步精度检测 方法。首先通过相关系数比较三组原始采样序列之间的时延，滑动搜索确定同步误差的取值区间。再结合牛顿插 值拟合方法构造同步误差和相关系数的函数，求解准确的三相同步时间误差，为纠偏调整原始录波数据提供有效 可靠依据。仿真试验结果表明该方法检测精度较高，结果可信，能够有效地免疫故障指示器在采样环节引入的误 差噪声干扰，具有较好的工程应用价值。 关键词：故障指示器；三相同步精度；相关系数法；时间同步误差 Three-phase synchronization accuracy detection method for a distribution line fault indicator ZENG Fei1, 2, HUANG Zhechen2, WEI Zhinong1, MAO Yuexuan1, YIN Zhihua1, SUN Guoqiang1 (1. College of Energy and Electrical Engineering, Hohai University, Nanjing 211100, China; 2. State Grid Jiangsu Electric Power Co., Ltd. Research Institute, Nanjing 211103, China) Abstract: The synchronous sampling performance of a distribution line fault indicator directly affects the expression ability of the synthesized transient zero-sequence current to fault characteristics. This is the basic premise of constructing a reliable fault identification algorithm and has become the core index of equipment quality detection. In this paper, a three-phase synchronization accuracy detection method for a distribution line fault indicator is proposed. First, the time delay between three groups of original sampling sequences is compared by correlation coefficient, and the value range of synchronization error is determined by sliding search. Then combined with a Newton interpolation fitting method, the function of synchronization error and correlation coefficient is constructed to solve the accurate three-phase synchronization time error. This provides an effective and reliable basis for rectifying and adjusting the original recording data. The simulation results show that the proposed method has high detection accuracy, reliable results and effective immunity to the error and noise interference introduced by a fault indicator in the sampling link. This has good engineering application value. This work is supported by the National Key Research and Development Program of China (No. 2018YFB0904500). Key words: fault indicator; three-phase synchronization accuracy; correlation coefficient method; time synchronization error 0 引言 随着配电网的发展不断深入，配电网络对于供 电的可靠性要求也随之提高[1-3]。配电网特有的高覆 盖面、多分支线路的特性，使故障发生后故障点的 定位难度大大提高，特别是单相接地故障由于其故障 量无法确定、信号量小、不稳定等问题，使小电流故 障定位成为难题[4-12]。为解决这一难题，减少故障 基金项目：国家重点研发计划项目资助(2018YFB0904500) 排查时间，实现快速故障定位，提高供电可靠性，目 前在配电网中应用了大量的配电线路故障指示器[13]。 配电线路故障指示器是安装在配电线路上，用 于检测配电线路短路故障和单相接地故障并发出报 警信息的装置，是一种简单、实用的“二遥”型配 电自动化解决方案[14-15]。配电线路故障指示器由三 相采集单元和一个汇集单元组成，三相采集单元分 别挂载在三相线路上，负责采集、记录配电线路三 相电压和电流波形，将波形通过无线方式传输到汇 集单元进而合成零序暂态信号[16]，其三相同步性能 电力系统保护与控制 - 12 - 直接影响电压电流波形记录的准确性、零序暂态信 号计算的正确性，进而关系到配电线路发生短路或 接地故障时能否正确触发故障录波，并对故障进行 精确定位[17-18]。 故障指示器的同步误差主要包含广播误差和采 样间隔误差，这也是录波不同步的主要原因[19-23]。 一方面，为了减少功耗，故障指示器通常存在接受 和休眠两种状态，如果三相故障指示器的其中一相 发生了故障则会向其他两相发出同步广播，若其他 两相故障指示器仍为休眠状态，即不能使三相故障 指示器同一时刻启动采样，从而产生广播误差[15]。 另一方面，由于实际的采样过程中，三相故障指示 器的采样间隔有可能不同，致使相同时间段里三相 的采样点数存在差异，由三相电流合成的零序电流 存在采样间隔误差[24-26]。 目前， 由于故障指示器在配电网中应用较广泛， 在电流合成阶段易出现问题，大量无效的波形给主 站带来较大的影响，从而导致误判，降低故障定位 结果的可信度。文献[1]提出了一种波形分类设计方 法来解决波形合成时可能存在的采集单元由于存在 同步误差而导致的波形信息错误问题。文献[6]提出 了首峰值斜率误差、加权斜率和误差和暂态峰值误 差等误差指标全面反映波形偏差，从而测试故障指 示器的录波误差情况。文献[14]提出了录波装置采 样频率对零序电流录波暂态误差的影响规律。文献 [19]通过三样条插值理论，提出了一种改进采样数 据同步的方法，提高了重采样精度。为了实现高效 准确接地故障线路选线，通过录波数据还原现场故 障全过程、分析故障后的实际有效数据，减少采集 到的故障线路与非故障线路的电流、电压数据存在 的同步误差工作尤为重要。 本文提出了一种新型的配电线路故障指示器三 相同步精度检测方法，在故障指示器实际应用之前， 先在实验室通过本文的算法对故障指示器实际存在 的三相时间同步误差进行检测，一方面可以检验未 投入使用的故障指示器本身存在的三相同步误差是 否在工程允许的 100 s 内，另一方面检测到的故障 指示器实际存在的时间同步误差，能对运行时的录 波波形进行调整纠偏，达到三相录波同步的目的。 本方法无需改变试验台采样率，即可对三相采集单 元同步时间误差是否在所允许的范围内进行判断， 且判断结果有效可靠，测试成本较低。 1 故障指示器三相同步精度检测方法 由于三相故障指示器无线信道条件不完全相 同，时标对时有误差，因此三相波形存在同步误 差 [27]。为满足汇集单元合成的零序暂态信号精度要 求，保证配电线路故障指示器能正确指示故障发生 和进行故障定位，要求三相线路采集单元的时间同 步误差应小于 100 s[28]。 因此需要通过配电线路故障指示器试验台(以 下简称“试验台”)对配电线路故障指示器的三相同 步精度进行检测试验。当前的试验台，通过向各相 10 kV 电压线叠加电流源，注入大电流波形，在不 提升实际功率的情况下，模拟向配电线路故障指示 器一次侧同时施加大电压、大电流。但故障指示器 的采样率一般为 4 000~5 000 Hz，采样间隔约为 250 s 或 200 s，远大于三相同步时间误差要允许 的最大值 100 s，因此无法正确判断三相同步时间 误差是否在所允许的范围内[29]。 本文提出了一种基于相关系数算法和牛顿插值 法的配电线路故障指示器三相同步精度检测方法， 在不改变试验台采样率的前提下，实现对配电线路 故障指示器的三相同步精度测试，得到故障指示器 任意两个采集单元之间的时间同步误差，且判断结 果有效可靠。 1.1 检测原理概述 如图 1 所示，将待测故障指示器的三相采集单 元挂接于试验台的同一相线路上，然后向试验台一 次侧通入测试电流波形。故障指示器的三相采集单 元分别响应测试电流波形，采集到的电流波形可从 故障指示器的汇集单元得到，将三相采集单元的录 波数据合成可得到线路的零序电流，若三个采集单 元时间不同步则使三相电流间产生相位误差，从而 引起零序电流的误差[30]。当零序电流误