【正文】 設(shè)起了不同規(guī)模的配電自動(dòng)化系統(tǒng)。隨著配電網(wǎng)規(guī)模的不斷擴(kuò)大、用戶對(duì)供電質(zhì)量要求的不斷提高，人們對(duì)配電網(wǎng)自動(dòng)化水平提出了更高的要求，配電網(wǎng)單相接地故障定位問題更加突出，迫切需要從根本上予以解決。雖然單相接地不會(huì)造成供電中斷，帶單相接地故障長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行就易使健康相絕緣薄弱處發(fā)生對(duì)地?fù)舸?，造成兩相接地短路故障，弧光接地還會(huì)引起全系統(tǒng)過電壓，進(jìn)而損壞設(shè)備，破壞系統(tǒng)連續(xù)運(yùn)行。在發(fā)生單相接地 (用表示)時(shí)，這種運(yùn)行方式的接地電流往往比負(fù)荷電流小得多，而且故障點(diǎn)處的電弧通常能夠自行熄滅，因此這樣的系統(tǒng)常稱為小電流接地系統(tǒng)。 課題背景及研究意義 單相接地故障的危害及其研究意義隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)和電力工業(yè)的發(fā)展，我國(guó)城鄉(xiāng)電網(wǎng)迫切需要實(shí)現(xiàn)配電自動(dòng)化，以提高供電質(zhì)量和可靠性。該方法更充分地利用了單相接地故障時(shí)的暫態(tài)故障信息。該方法綜合了兩種具體的區(qū)段定位方法：基于特征頻帶的暫態(tài)零序電流方向比較法和零序電流有功分量幅值比較法，前者提取首容性頻帶內(nèi)暫態(tài)零序電流分量用于電流流向比較，適用于中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)的強(qiáng)故障與中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)的所有故障；后者通過比較各個(gè)檢測(cè)點(diǎn)處零序電流有功分量大小選擇故障區(qū)段，適用于中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)發(fā)生弱故障的情況。整篇論文字?jǐn)?shù)層次不少于8000字，按照指導(dǎo)老師的要求進(jìn)行寫作。 畢業(yè)論文小電流接地系統(tǒng)單相接地故障選線方法的分析研究網(wǎng)絡(luò)教育學(xué)院畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) (論 文) 任 務(wù) 書專業(yè)班級(jí)1003 層次高起專 姓名 趙麒 學(xué)號(hào)10017439010110 一、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目 小電流接地系統(tǒng)單相接地故障選線方法的分析研究 二、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）工作自2011 年12月28日起至 2012 年 3 月21日止三、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）基本要求： 論文的總體結(jié)構(gòu)應(yīng)分為以下部分：題目、摘要、目錄、前言、正文、結(jié)論、參考文獻(xiàn)和附錄等幾部分組成。字跡要工整清潔。綜合區(qū)段定位方法適合于各種故障類型，具有很高的靈敏度和準(zhǔn)確性。3．最后，提出了利用現(xiàn)有的配電自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)備解決故障定位的實(shí)現(xiàn)方案：首先利用綜合區(qū)段定位方法進(jìn)行故障區(qū)段定位，然后在故障區(qū)段內(nèi)應(yīng)用參數(shù)辨識(shí)法進(jìn)行故障點(diǎn)定位。配電系統(tǒng)中發(fā)生機(jī)率最大的故障是單相接地故障。在小電流接地電網(wǎng)中發(fā)生單相接地故障時(shí)，故障點(diǎn)電位為大地的電位，中性點(diǎn)電位升為相電壓，非故障相導(dǎo)線對(duì)地電壓升高為原來(lái)的倍，三相線電壓仍三相對(duì)稱，不影響對(duì)用戶的正常供電，而且故障電流又較小，因此單相接地保護(hù)只動(dòng)作于信號(hào)，允許電網(wǎng)繼續(xù)運(yùn)行1～2h,這在一定程度上保證了供電的連續(xù)性[1]。所以及時(shí)地確定故障點(diǎn)并排除故障便顯得非常重要。從配電網(wǎng)自動(dòng)化的角度說(shuō)，不僅要求正確地選出故障線路，而且要求能夠自動(dòng)確定故障線路區(qū)段，并進(jìn)一步確定故障點(diǎn)，盡快消除故障。隨著現(xiàn)在工農(nóng)業(yè)的高度電氣化、高度自動(dòng)化以及信息產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展，配電網(wǎng)的規(guī)模也在不斷擴(kuò)大，人們對(duì)電力供應(yīng)的安全可靠性提出了越來(lái)越高的要求，減小停電范圍、縮短停電時(shí)間、全面建設(shè)配電自動(dòng)化系統(tǒng)成了配電網(wǎng)改造和建設(shè)的重要任務(wù)。是故障處理的三個(gè)過程，是減小停電范圍、縮短停電時(shí)間、提高供電可靠性的關(guān)鍵所在。這種模式自動(dòng)化水平也較低，故障處理所需的停電時(shí)間比較長(zhǎng)，系統(tǒng)的供電可靠性不高，但是對(duì)系統(tǒng)及用戶的沖擊小，因此這種處理模式仍普遍存在于我國(guó)配電網(wǎng)中。（3）集中智能模式集中智能模式的主要設(shè)備是有遙控功能的開關(guān)設(shè)備、饋線終端單元(Feeder Terminal Unit，即FTU)、通信信道和主站系統(tǒng)。隨著國(guó)家投資力度的加大，我國(guó)配電網(wǎng)得到了大力的改造，配電自動(dòng)化系統(tǒng)在全國(guó)范圍逐漸推廣，得到了廣泛的應(yīng)用，很多地方的自動(dòng)化系統(tǒng)的通信條件得到了極大的改善，通信可靠性基本得到了保障，為集中智能模式的實(shí)施創(chuàng)造了條件。以上三種方式的故障隔離和恢復(fù)供電都是在發(fā)生相間短路時(shí)起作用的，對(duì)于單相接地，因單相接地故障電流較小，不需要立即停電，單相接地故障的識(shí)別只能依靠變電站中的接地選線裝置實(shí)現(xiàn)。（2）選出故障線后，因?yàn)橐粭l配電線上可能有很多分支線，需要確定故障點(diǎn)所在的分支或者故障區(qū)段。故障選線問題經(jīng)過多年的研究已經(jīng)取得了不少的研究成果，而如何確定故障區(qū)段和故障點(diǎn)位置卻缺乏成熟的研究成果。目前常用的戶外故障探測(cè)器有線路故障指示器和線路FTU兩種，都是根據(jù)故障點(diǎn)前后故障信息的不同確定故障所在區(qū)段。國(guó)內(nèi)關(guān)于這方面的文獻(xiàn)不多，國(guó)外對(duì)此已有研究和應(yīng)用，如挪威分段懸掛在線路和分叉點(diǎn)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。但是根據(jù)我國(guó)配網(wǎng)特點(diǎn)，及投資成本，這些方法在實(shí)用上還存在一些問題。在饋線上安裝具有測(cè)量和通信功能的FTU，為新方法的采用提供了可能。文獻(xiàn)[13]將有功分量方向保護(hù)法和法兩種方法融合、改進(jìn)，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。阻抗法的故障測(cè)距原理是假定線路為均勻線，計(jì)算出的故障回路阻抗或電抗與測(cè)量點(diǎn)到故障點(diǎn)的距離成正比，根據(jù)故障時(shí)刻測(cè)量到的電壓，電流量計(jì)算出故障回路的阻抗，從而求出故障距離。文獻(xiàn)[15]提出了一種故障定位裝置的設(shè)計(jì)與開發(fā)思路，該裝置是用來(lái)對(duì)輻射狀變電站饋電線和配電線路進(jìn)行故障測(cè)距的。文獻(xiàn)[14]提出的方法與文獻(xiàn)[16]類同。利用的電氣量為基頻電氣量。但采用集中參數(shù)，且無(wú)法確定分支。但本文中近似認(rèn)為線路故障分量電流全部流過過渡電阻。文獻(xiàn)[22]為改進(jìn)故障測(cè)距的計(jì)算方法，對(duì)多端測(cè)距算法進(jìn)行了研究。而因小電流接地系統(tǒng)自身特點(diǎn)不同于中性點(diǎn)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(shí)故障，暫態(tài)波形畸變嚴(yán)重，不可能精確提取基頻分量，故基于基頻分量的測(cè)距方法誤差必然較大[23][24]。基本思想是建立線路發(fā)生接地故障時(shí)的數(shù)學(xué)模型，再根據(jù)建立的數(shù)學(xué)模型用計(jì)算機(jī)仿真，不斷改變故障分支、故障相、故障點(diǎn)位置參數(shù)及接地電阻，進(jìn)行多次組合，尋找出與測(cè)到的電壓、電流非常接近的計(jì)算值，即可找到對(duì)應(yīng)的故障點(diǎn)參數(shù)。文獻(xiàn)[27]提出了基于故障后暫態(tài)電氣量，利用時(shí)間序列小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)原理，來(lái)實(shí)現(xiàn)直配線單相接地故障測(cè)距的方法。所用分量為穩(wěn)態(tài)加暫態(tài)分量。所用分量為特征頻帶（0~125hz）內(nèi)的暫態(tài)量。在輸電線路行波測(cè)距技術(shù)獲得成功應(yīng)用的基礎(chǔ)上，已經(jīng)有科研人員對(duì)配電網(wǎng)絡(luò)的故障行波測(cè)距開展研究。但如何解決好實(shí)際應(yīng)用中面臨的關(guān)鍵技術(shù)問題,比如行波測(cè)距模式的確定、行波信號(hào)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(jià)格問題等,是其獲得成功應(yīng)用的關(guān)鍵。不少電力部門要求在系統(tǒng)出現(xiàn)單相接地時(shí)選出接地線路后立即停電,在停電狀況下進(jìn)行接地點(diǎn)定位。缺點(diǎn)：注入信號(hào)的強(qiáng)度受PT容量限制；接地電阻較大時(shí)線路上分布電容會(huì)對(duì)注入的信號(hào)分流，給選線和定點(diǎn)帶來(lái)干擾；如果接地點(diǎn)存在間歇性電弧現(xiàn)象，注入的信號(hào)在線路中將不連續(xù)，給檢測(cè)帶來(lái)困難；尋找時(shí)間較長(zhǎng)，有可能在此期間引發(fā)系統(tǒng)的第2點(diǎn)接地，造成線路自動(dòng)跳閘。文獻(xiàn)[38]則給出了依據(jù)傳遞函數(shù)波形的頻率，相位和幅值特征進(jìn)行故障定位的判據(jù)。該法優(yōu)點(diǎn)：不受負(fù)載參數(shù)變化影響。端口故障診斷法的優(yōu)點(diǎn)是故障診斷測(cè)后工作量小,適用于較大網(wǎng)絡(luò)的故障診斷。（2）在分析配網(wǎng)單相接地故障時(shí)區(qū)段暫態(tài)零序電流的特征的基礎(chǔ)上，研究提出了單相接地故障的區(qū)段定位方法。（5）用EMTP仿真各種故障情況，得到故障仿真數(shù)據(jù)在MATLAB計(jì)算程序中檢驗(yàn)故障定位方法的有效性。其中電流量通常較大，尤其是接地電容電流的暫態(tài)分量往往比其穩(wěn)態(tài)值大幾倍到幾十倍，容易測(cè)量。 單相接地故障時(shí)穩(wěn)態(tài)零序電流分量特征當(dāng)中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地時(shí)（圖21(a)中A相接地，S打開表示中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)），如果忽略負(fù)荷電流和電容電流在線路阻抗上的電壓降，全系統(tǒng)A相對(duì)地電壓均為零，A相對(duì)地電容電流也為零，同時(shí)B相和C相的對(duì)地電壓和電容電流也都升高倍。對(duì)于故障線路J，B相和C相與非故障線路一樣，流過本身對(duì)地電容電流和，而不同之處是在接地點(diǎn)要流回全系統(tǒng)B相和C相對(duì)地電容電流之和，其值為 （25）其有效值為 （26）式中：——全系統(tǒng)對(duì)地電容的總和。為解決此問題，有些系統(tǒng)的中性點(diǎn)對(duì)地之間接入消弧線圈（如圖21示，S閉合表示中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈補(bǔ)償系統(tǒng)），一般采用5%～10%的過補(bǔ)償方式。（2）在非故障元件上有零序電流，其數(shù)值等于本身對(duì)地電容電流，零序電流相位超前零序電壓90186。①當(dāng)采用完全補(bǔ)償方式時(shí)，故障線路上電流同非故障線路電流一樣，等于本身對(duì)地電容電流，無(wú)功功率實(shí)際方向?yàn)槟妇€流向線路，在這種情況下，利用穩(wěn)態(tài)零序電流的大小和方向都不能判斷故障線路。零序網(wǎng)絡(luò)中不包含電源電動(dòng)勢(shì)，只在故障點(diǎn)存在由故障條件所決定的不對(duì)稱電壓源中的零序分量。這樣變化的電流，通過傅立葉變換，可以分解成直流成分和一系列幅值遞減的諧波成分的疊加，而且這些直流和諧波成分也基本上都是按照先突變后衰減的規(guī)律變化。因而在零序網(wǎng)中產(chǎn)生一系列的零序奇次諧波電流。分析一個(gè)正弦量，除了分析其頻率和幅值外，還應(yīng)分析其相角的情況。所以零序諧波電壓的相角基本相同，則零序諧波電流的相角主要取決于諧波電流的通路阻抗。依據(jù)長(zhǎng)線－均勻分布參數(shù)模型作如下推導(dǎo)：圖22 長(zhǎng)線－均勻分布參數(shù)電路模型式中:、 —— 單位長(zhǎng)度線路的阻抗和導(dǎo)納； ——距線路末端x處的電壓、電流；——距線路末端處的電壓電流；為長(zhǎng)度微元。在零序網(wǎng)中，線路末端負(fù)荷的零序阻抗為無(wú)窮大，相當(dāng)于開路，即。上交變的周期方波函數(shù)，隨著頻率升高線路零序阻抗的容性、感性頻帶交替出現(xiàn)，且容性頻帶和感性頻帶長(zhǎng)度相同（記做）。而線路零序阻抗的幅頻特性（見圖23右側(cè)三個(gè)小圖）為周期梳狀函數(shù)，梳狀尖峰之間的頻率周期為，與線路零序阻抗相頻特性的周期相同。降到90176。線路長(zhǎng)度越長(zhǎng)，阻抗角的變化周期越短。這一電流的大小是按工頻基波計(jì)算的。而對(duì)于線路零序電流的諧波分量，消弧線圈的感性補(bǔ)償作用都是以諧波次數(shù)平方級(jí)的水平被削弱的。但是其中的50Hz基波電流，卻被消弧線圈由一個(gè)幅值較大的容性電流過補(bǔ)償成一個(gè)幅值較小的感性電流，性質(zhì)和幅值大小都發(fā)生了根本的變化。 a 輻射網(wǎng)圖 b 樹狀網(wǎng)圖 c 環(huán)狀網(wǎng)圖圖24 配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)近年來(lái)，隨著對(duì)供電可靠性要求的提高，很多配電線路采用“手拉手”式的環(huán)網(wǎng)運(yùn)行方式，即在正常運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，聯(lián)絡(luò)開關(guān)兩側(cè)的負(fù)荷分別由本側(cè)的母線提供，聯(lián)絡(luò)開關(guān)處于分?jǐn)酄顟B(tài)，而在一側(cè)發(fā)生故障時(shí)，故障點(diǎn)被隔離后，聯(lián)絡(luò)開關(guān)閉合，故障點(diǎn)兩側(cè)的負(fù)荷由兩側(cè)的電源分別提供。 根據(jù)上面區(qū)段的定義，圖25所示的配電網(wǎng)可以劃分為五個(gè)區(qū)段、簡(jiǎn)化后如圖26所示。其相頻特性和暫態(tài)零序電壓電流信號(hào)特性等同于母線處健全線路特性，不同點(diǎn)是由于被檢測(cè)線路長(zhǎng)度減小，其首次串聯(lián)諧振頻率和諧振頻率間隔都相應(yīng)增大。圖27 簡(jiǎn)單網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖如圖27所示，區(qū)段單相接地，檢測(cè)點(diǎn)處的零序阻抗： （220）檢測(cè)點(diǎn)a處的零序阻抗： （221）同樣按照公式（217），取,，線路參數(shù)為，計(jì)算出它們的零序阻抗相頻特性曲線如圖28：圖28 零序阻抗頻率特性曲線圖28中上下兩圖分別為處零序阻抗相頻特性，相頻特性仍為在正負(fù)90176。的感性頻帶。所以在線路零序電流的諧波中，各個(gè)檢測(cè)點(diǎn)處測(cè)得零序諧波電流存在一個(gè)最低的串聯(lián)諧振頻率，在小于該頻率的頻段內(nèi)，阻抗仍然呈容性。而對(duì)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)，或者為同時(shí)適用三種接地系統(tǒng)，特別是需要經(jīng)常改變接地方式的系統(tǒng)，為完全消除消弧線圈感性電流影響，SFB 須選為從到的頻帶范圍。在區(qū)段定位中，如圖27所示，區(qū)段1內(nèi)單相接地，則此時(shí)檢測(cè)點(diǎn)處的為線路并聯(lián)再與區(qū)段串聯(lián)。若線路為同一線路參數(shù)，出線數(shù)不多，且變動(dòng)不是很大，可以事先計(jì)算每個(gè)檢測(cè)點(diǎn)處的最小上限頻率。當(dāng)故障點(diǎn)過渡電阻較大時(shí)，系統(tǒng)將進(jìn)入過阻尼狀態(tài)，因此應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)對(duì)預(yù)設(shè)一限定范圍。但考慮到虛擬電源的頻率特性，則只有首次串聯(lián)諧振頻率對(duì)應(yīng)的諧振電流幅值最大。由上節(jié)分析知，任一檢測(cè)點(diǎn)測(cè)得零序阻抗可以等效為幾條簡(jiǎn)單線等效串聯(lián)，從而可得其第一次串聯(lián)諧振頻率： （228）式中：、—— 分別為檢測(cè)點(diǎn)背側(cè)零序網(wǎng)的零序電感和零序分布電容。與各條線路出口檢測(cè)阻抗相頻特性相比，雖然不同線路不同檢測(cè)點(diǎn)所檢測(cè)零序阻抗首次串聯(lián)諧振頻段不再統(tǒng)一，但均大于整個(gè)系統(tǒng)的主諧振頻率。圖210 兩出線配網(wǎng)零序網(wǎng)絡(luò)，各檢測(cè)點(diǎn)的零序阻抗在特征頻帶內(nèi)呈現(xiàn)容性，各檢測(cè)點(diǎn)處零序電流方向一致。，在中性點(diǎn)非直接接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，全系統(tǒng)將出現(xiàn)零序電流，零序電流從虛擬電源輸出后經(jīng)故障線路和母線分配到各條健全線路再經(jīng)大地返回。2）第二類檢測(cè)點(diǎn)（即健全線路及故障線路下游各檢測(cè)點(diǎn)）的容性電流均從母線流向線路。為此提出利用零序電流有功分量幅值進(jìn)行比較的方法作為其有效補(bǔ)充，形成綜合區(qū)段定位方案。2）第二類檢測(cè)點(diǎn)（即健全線路及故障線路下游各檢測(cè)點(diǎn)）的容性電流從母線流向線路。本文在以下小節(jié)研究了體現(xiàn)暫態(tài)零序容性電流流向的方法及如何利用故障點(diǎn)上下游檢測(cè)點(diǎn)處暫態(tài)零序電流的流向關(guān)系判斷故障區(qū)段。進(jìn)一步忽略等效電容的依頻變化特性。為充分利用故障后所有暫態(tài)信息及增加抗干擾能力，可在暫態(tài)過程時(shí)間段內(nèi)對(duì)參量進(jìn)行平均得到參量： （37）式中： （38） 故障區(qū)段判別方法（1）搜索下接檢測(cè)點(diǎn)為了便于搜索下游相鄰檢測(cè)點(diǎn)，本文建立了檢測(cè)點(diǎn)關(guān)聯(lián)矩陣。（2）1）第一類檢測(cè)點(diǎn)處（即故障線路故