【正文】 為新方法的采用提供了可能。本文的區(qū)段定位研究也正是基于此種技術條件，在測量一條饋線上各開關處的零序電流和零序電壓的基礎上，實現(xiàn)區(qū)段定位。 單相接地故障定位的研究現(xiàn)狀分析單相接地故障定位要解決的主要問題包括三部分:（1）當母線上有很多出線時，首先需要進行故障選線。（2）選出故障線后，因為一條配電線上可能有很多分支線，需要確定故障點所在的分支或者故障區(qū)段。（3）在故障分支或者故障區(qū)段中確定故障點位置。在傳統(tǒng)的故障定位過程中，配電網一般采用逐條線路拉閘停電的方法來確定故障線路，在選出故障線路后，再派工作人員到現(xiàn)場沿線查找故障區(qū)段和故障點，然后切除故障，這種方法由于人工的介入，所需的停電時間比較長，不能適應人們對配電網自動化水平的新要求。目前國內外對故障定位的研究大多數(shù)集中在第一部分。故障選線問題經過多年的研究已經取得了不少的研究成果，而如何確定故障區(qū)段和故障點位置卻缺乏成熟的研究成果。為了不斷適應配電自動化水平的要求，許多學者對配電網的故障定位作了大量研究，定位方法主要可以分為三類：（1）利用戶外故障探測器檢測的故障點前后故障信息的不同確定故障區(qū)段的監(jiān)測定位法。（2）在線路端點處測量確定故障距離為目的的故障分析法；（3）故障發(fā)生后通過向系統(tǒng)注入信號實現(xiàn)尋跡的信號注入法。 監(jiān)測定位法監(jiān)測定位法就是在配電線路的主要節(jié)點加裝故障探測器，將故障信息加以匯總分析，得到故障所在區(qū)段。目前常用的戶外故障探測器有線路故障指示器和線路FTU兩種，都是根據故障點前后故障信息的不同確定故障所在區(qū)段。單相接地故障指示器是安裝在配電架空線路、開關柜出線上用于指示故障電流流通的裝置。架空線故障指示器是基于測量線路零序電流產生的磁場進行故障點檢測的設備[5][6]，發(fā)生接地故障時，接地故障點前的線路周圍存在由負荷電流產生的垂直磁場和由接地故障電流產生的水平磁場，由于接地故障電流產生的磁場比負荷電流產生的磁場的垂直衰減速度慢，基于此可以檢測出接地故障電流產生的磁場，接地點后將檢測不到此磁場信息。由于零序電流與電網的分布電容大小及接地方式有關,此方法探測精度不高。國內關于這方面的文獻不多，國外對此已有研究和應用，如挪威分段懸掛在線路和分叉點上的懸掛式接地故障指示器等，其投資較大，不利于大面積推廣。此外，在電纜線路故障定位的研究中，文獻[7]研制了用于配電網故障監(jiān)測的光電式零序電流電壓傳感器，采用零序功率相角監(jiān)測的方法定位故障分支。文獻[8]使用光纖傳感器實現(xiàn)電纜線路各個節(jié)點故障后零序電容電流的測量，由此確定發(fā)生故障的區(qū)段。這些文獻展示了國外的一些研究方向和具體應用。但是根據我國配網特點，及投資成本，這些方法在實用上還存在一些問題。國內的單相接地故障指示器主要是基于五次諧波電流法[9]。五次諧波電流法是根據故障點前向支路、后向支路和非故障支路的零序電壓、零序電流的特點，通過測量空間電場和磁場的5次諧波并分析其幅值和相位關系判斷小電流接地系統(tǒng)單相接地故障點。但由于5次諧波幅值較小，不易檢測，如何提高檢測裝置的靈敏度和抗干擾能力，是其推廣應用的關鍵。在饋線上安裝具有測量和通信功能的FTU，為新方法的采用提供了可能。文獻[10] 提出了基于區(qū)段零序能量的相對性定位方法，該方法利用非故障區(qū)段零序能量函數(shù)大于零、故障區(qū)段的零序能量函數(shù)小于零的特點來確定故障區(qū)段。文獻[11]提出通過監(jiān)測一條饋線上各開關處的零序電流和零序電壓，計算由區(qū)段的各端點流入該區(qū)段的零序電流的相量和(即流入區(qū)段零序電流)，以識別故障區(qū)段，判斷此饋線故障狀態(tài)，實現(xiàn)對故障區(qū)段的快速隔離的原理,該方法根據區(qū)段零序電流特點構造了幅值判據和相位判據。文獻[12]提出類似的方法，不過不是基于相量和，而是基于區(qū)段零序電流的有效值法。文獻[13]將有功分量方向保護法和法兩種方法融合、改進，提出了一種配合FTU工作的小電流系統(tǒng)單相接地故障定位方法—零序電流增量法。上述無論基于故障指示器，還是基于FTU的方法所用均為工頻信息，但在配電網中工頻電流很小，且很難精確提取工頻，在實際中難以準確定位。 故障分析法故障分析法是利用故障時記錄下來的電壓、電流量，通過分析計算，求出故障點的距離。（1）故障分析法故障分析法中，阻抗法是一種常用的一種方法。阻抗法的故障測距原理是假定線路為均勻線，計算出的故障回路阻抗或電抗與測量點到故障點的距離成正比，根據故障時刻測量到的電壓，電流量計算出故障回路的阻抗，從而求出故障距離。阻抗法多在國外的文章中探討，國外配電系統(tǒng)大多為中性點直接接地方式，故其關于配電系統(tǒng)的研究成果只能起到參考作用。文獻[14]提出的方法是針對配電網絡中架空線。故障測距的算法是基于暫態(tài)電壓（為故障后總電壓和故障前穩(wěn)態(tài)電壓的差值），并結合特殊的濾波技術，準確的從被測故障信號中提取基頻相位。文獻[15]提出了一種故障定位裝置的設計與開發(fā)思路，該裝置是用來對輻射狀變電站饋電線和配電線路進行故障測距的。該方法主要是使用在線路終端測量得到的故障前電壓電流值，和故障后電壓電流值作為研究對象。使用其基頻分量，根據考慮相關因素提出的系統(tǒng)模型進行故障定位。其故障測距結果具有可以接受的準確性。文獻[14]提出的方法與文獻[16]類同。 文獻[17]應用相電壓、電流相量，按照高壓輸電線路單端測距方法中零序電流修正的思路，來實現(xiàn)故障距離的求解。文獻[18]考慮了負荷變化對故障測距的影響。國外的研究主要關注問題：變化的負荷模型；過渡阻抗；相不平衡；多分支；沿線為架空線和電纜線的混合。利用的電氣量為基頻電氣量。文獻[19]的測距思路與文獻[17]一致，但針對的中性點非直接接地系統(tǒng)。本文采用故障相網和零序網結合構建故障定位模型，很好的消除了負荷的影響。另本文應用Z變換方法，將方程求解轉為時域，利用不同時刻采樣值構造方程組，以消除過渡電阻的影響來實現(xiàn)故障測距。但采用集中參數(shù)，且無法確定分支。阻抗測距方法優(yōu)點是簡單經濟，缺點是受限于系統(tǒng)建模，參數(shù)簡化，分量提取等環(huán)節(jié)勢必產生原理性誤差。目前國內配電網單端量測距法的主要思想是利用線路首端測量得到的電壓、電流，根據故障點邊界條件構造關系函數(shù)計算故障距離，對于多分支線路，逐分支推斷故障分支，計算故障距離。文獻[20]假設Z為純阻性，采用了線路分布參數(shù)模型，精確考慮了分布電容對測距算法的影響。但本文中近似認為線路故障分量電流全部流過過渡電阻。 文獻[21]基于對稱分量分解的原理，建立了線路分布參數(shù)模型；從單相接地的特點出發(fā)，根據正、負、零序電流分量的模值、相角均相等的邊界條件構造測距函數(shù)計算故障距離，搜索測距函數(shù)的最小值以確定故障點位置。提出了利用線路首端測量得到的電壓、電流單端故障測距算法。文獻[3]與文獻[21]思路一致，進一步提出基于故障分量的單端量測距，消除了負荷電流的影響。文獻[22]為改進故障測距的計算方法，對多端測距算法進行了研究。但該文是基于線路的集中參數(shù)模型，忽略了并聯(lián)電容的影響，帶來了一定的誤差。且因配網分支較多，不可能布置太多的測量點，所以多端測距法在配電網中實用性不強。上述方法總的缺點：所利用的電氣量為工頻量。而因小電流接地系統(tǒng)自身特點不同于中性點直接接地系統(tǒng)，故障前后基頻分量變化很小，且絕大多數(shù)為間歇性瞬時故障，暫態(tài)波形畸變嚴重，不可能精確提取基頻分量，故基于基頻分量的測距方法誤差必然較大[23][24]。（2）利用暫態(tài)量的方法基于故障暫態(tài)電流中含有大量的高頻和直流分量，以下文獻探討了配電網中，從發(fā)生接地故障的電流、電壓及相關電氣量找到富含故障信息與故障距離關系的特征。文獻[25]引入模擬退火算法用于測距。該文的方法本質仍屬于阻抗法。基本思想是建立線路發(fā)生接地故障時的數(shù)學模型，再根據建立的數(shù)學模型用計算機仿真，不斷改變故障分支、故障相、故障點位置參數(shù)及接地電阻，進行多次組合，尋找出與測到的電壓、電流非常接近的計算值，即可找到對應的故障點參數(shù)。文獻[26]利用PRONY算法對小電流接地系統(tǒng)的故障電流暫態(tài)過程進行分析，指出對于不同的故障點位置，故障暫態(tài)信號中的某些分量呈現(xiàn)一定規(guī)律的變化。即暫態(tài)信號中的某些故障分量與故障點之間存在一一對應的關系。所用電氣量為暫態(tài)的某些分量。文獻[27]提出了基于故障后暫態(tài)電氣量，利用時間序列小波神經網絡原理，來實現(xiàn)直配線單相接地故障測距的方法。本文指出只有某些特定頻段的分量對故障點位置的變化較為敏感，而對于故障點定位，哪個頻段分量最能反映故障點位置是不知的。所用分量為暫態(tài)量中的某些特定頻段分量。文獻[28]對上文進行了改進，結合模糊控制理論提出適合于電力系統(tǒng)故障暫態(tài)和穩(wěn)態(tài)信號分析的小波模糊神經網絡方法。所用分量為穩(wěn)態(tài)加暫態(tài)分量。文獻[29]提出以故障饋線的非故障相暫態(tài)電流分量作為故障測距的基本依據，不受系統(tǒng)運行方式的影響，主要受故障距離的影響。小波變換提取與故障距離關聯(lián)的特征頻帶小波測度序列。并提出克服故障瞬時角影響因素的校正算法。所用分量為特征頻帶（0~125hz）內的暫態(tài)量。以上所述方法的共同缺點：神經網絡的方法需要大量的樣本進行訓練，而這在實際中不可能得到。（3）行波法故障時,產生向線路兩端傳播的行波信號,利用在線路測量端捕捉到的暫態(tài)行波信號可以實現(xiàn)各種類型短路故障的測距。行波法是利用故障產生的行波來計算故障距離。在輸電線路行波測距技術獲得成功應用的基礎上，已經有科研人員對配電網絡的故障行波測距開展研究。文獻[30][31]中提出的兩種方法從理論上可行，但由于配電網結構復雜，在混合線路接頭處，行波在波阻抗不連續(xù)點的折射和反射造成線路一端測得的行波波形特別復雜，很難識別故障點的反射波。文獻[32]提出利用雙端行波法來實現(xiàn)故障測距，并解決了測距中波速度不連續(xù)的問題，但只是對雙端行波故障測距作了簡單仿真驗證，對實際應用中面臨的困難和關鍵技術問題考慮不足。行波法具有不受系統(tǒng)參數(shù)、系統(tǒng)運行方式變化，線路不對稱及互感器變換誤差等因素的影響,在電子技術日益發(fā)展的今天,利用故障產生的行波信息實現(xiàn)配電網故障測距具有重要研究意義。但如何解決好實際應用中面臨的關鍵技術問題,比如行波測距模式的確定、行波信號的獲取、架空電纜混合線路的影響，短線路、多分支線路的影響以及高阻接地故障的影響，大量配置的價格問題等,是其獲得成功應用的關鍵。 信號注入法（1）S注入法該法是利用故障時暫時閑置的電壓互感器注入交流信號電流,通過檢測故障線路中注入信號的路徑和特征來實現(xiàn)故障測距和定位。文獻[33][34]探討了S注入法。在發(fā)生接地故障后,通過三相電壓互感器的中性點向接地線路注入特定頻率的電流信號,注入信號會沿著故障線路經接地點注入大地,用信號尋跡原理即可實現(xiàn)故障選線并可確定故障點。不少電力部門要求在系統(tǒng)出現(xiàn)單相接地時選出接地線路后立即停電,在停電狀況下進行接地點定位。文獻[35] 針對此要求，在基于注入信號電流定位法的基礎上,提出了“直流開路,交流尋蹤”的離線故障定位新方法?？紤]到線路停電后絕緣可能恢復,該方法需要停電檢測，首先通過外加直流高壓使接地點處于保持擊穿狀態(tài)，然后注入交流檢測信號,通過尋蹤注入的交流信號找出故障的準確位置。優(yōu)點：適合于線路上只安裝2相電流互感器的系統(tǒng)。缺點：注入信號的強度受PT容量限制；接地電阻較大時線路上分布電容會對注入的信號分流，給選線和定點帶來干擾；如果接地點存在間歇性電弧現(xiàn)象，注入的信號在線路中將不連續(xù)，給檢測帶來困難；尋找時間較長，有可能在此期間引發(fā)系統(tǒng)的第2點接地，造成線路自動跳閘。（2）加信傳遞函數(shù)法文獻[36]提出在故障出線處加方波診斷信號根據故障后電路拓撲結構的變化,用頻域分析進行定位的單端測距算法。該方法基于頻譜分析的原理和線路的分布參數(shù)模型,從線路首端施加方波激勵信號源,在首端測量時域的零序電壓和電流數(shù)據,計算得到頻域傳遞函數(shù),根據各分支端口傳遞函數(shù)頻譜的頻率、相位和波形特征實現(xiàn)接地故障定位。文獻[37]詳細推導了三相配電線路接地故障定位的傳遞函數(shù)表達式。文獻[38]則給出了依據傳遞函數(shù)波形的頻率，相位和幅值特征進行故障定位的判據。文獻[39]通過試驗進一步驗證了利用傳遞函數(shù)法實現(xiàn)配電網故障定位的可行性和有效性。實現(xiàn)了多分支線路的故障定位。文獻[40]在利用系統(tǒng)傳遞函數(shù)作為故障分析的基本方法的基礎上,提出了解決多分支配電網接地故障定位的特征向量法。該法優(yōu)點：不受負載參數(shù)變化影響。缺點：理論上可行，在實用化方面存在很多困難和限制，未得到推廣應用。（3）端口比值故障分支定位法文獻[41][42]提出了端口比值故障分支定位法。將模擬電路故障診斷理論應用于分布參數(shù)傳輸網故障診斷,提出利用單相接地后的故障電壓和電流的特點進行測距和定位,從端口方程出發(fā),通過施加音頻正弦信號,以比較傳輸網可測端口故障前后測試信號的變化量為根據,實現(xiàn)自動在線定位故障分支。端口故障診斷法的優(yōu)點是故障診斷測后工作量小,適用于較大網絡的故障診斷。缺點是需要外加聲頻信號，分支上的故障點位置只能歸結為分支與主支的聯(lián)結點，確切故障距離無法確定，且采用線路兩側信息，需要數(shù)據通信，實用性不強。 本文的主要研究工作隨著配電網自動化水平的不斷提高、通信技術的不斷發(fā)展，國家的投資力度也在加大，配電自動化系統(tǒng)在全國范圍逐漸推廣，得到較大的改善，通信可靠性基本得到了保障，這樣就可以獲取配電網發(fā)生故障后的大量故障信息，為研究新的故障定位方法提供了基礎。本文所做的工作如下：（1）對中性點非直接接地系統(tǒng)的單相接地故障進行暫態(tài)過程分析，尋找故障區(qū)段和非故障區(qū)段暫態(tài)電氣分量的特征差異，及存在特征差異的頻帶。（2）在分析配網單相接地故障時區(qū)段暫態(tài)零序電流的特征的基礎上，研究提出了單相接地故障的區(qū)段定位方法。并用EMTP故障仿真數(shù)據在MATLAB計算程序中檢驗其定區(qū)段效果。（3）研究了基于參數(shù)識別的配電網單相接地故障測距方法。（4）提出利用配電自動系統(tǒng)實現(xiàn)單相接地的故障定位技術方案。（5）用EMTP仿真各種故障情況，得到故障仿真數(shù)據在MATLAB計算程序中檢驗故障定位方法的有效性。2 小電流接地系統(tǒng)單相接地的故障特性分析2 小電流接地系統(tǒng)單相接地故障的特性分析 引言在過去關于故障區(qū)段定位的研究中，定位方法多利用的是故障信號穩(wěn)態(tài)分量。小電流系統(tǒng)單相接地故障時，故障電流微弱；且經消弧線圈接地