【正文】 圖215等值電路 此時(shí)一部分行波會(huì)向F點(diǎn)的另一側(cè)和故障點(diǎn)折射，一部分行波能量消耗在電阻中，還有一部分行波自F點(diǎn)沿著線路發(fā)生反射。過渡電阻越大，幅值受到的影響越大。如果以速度沿導(dǎo)線運(yùn)動(dòng)，則在導(dǎo)線上有一個(gè)以速度傳播的幅值為的電壓波，同時(shí)也伴隨著電流波。將式(248)右邊乘以，并以帶入，可得到方程組： 式中，為導(dǎo)線K的自波阻抗，稱為導(dǎo)線K與N間的互波阻抗，導(dǎo)線K與N靠的越近，則值越大，其極限等于導(dǎo)線K與N重合時(shí)的自波阻抗，因此在一般情況下總是小于的，此外，由于完全的對稱性，=。對于無損線路，可以采用和無損單根導(dǎo)線類似的方法來分析三相線路的波過程。式(250)整理后改寫為： (251)上式中， (252)用矩陣表示，則式（249）（251）可以寫為： (253)其中， ， ，L和M為單位長度各相導(dǎo)線的自感和各相導(dǎo)線間的互感；，和為單位長度各相導(dǎo)線的對地電容和各相間電容。將式(257)等號兩邊分別左乘和，我們得到： (258)我們令 ， (259)則式(258)可以改寫為： (260)如果我們能夠使矩陣和成為對角線矩陣，就能使矩陣和的中的量相互獨(dú)立，我們便能通過類似于單相線路的求解方程方法求解矩陣和。令和分別為和的電壓電流變換矩陣，根據(jù)相模變換的要求，滿足如下方程： (261)此時(shí)式(260)可以變換為 (262)令 (263)當(dāng)三相線路均勻換位時(shí)，線路電感矩陣[L]各對角元素相等，非對角元素相同，同樣對地電容矩陣[C]各對角元素相等，非對角元素相同，即[L]和[C]為平衡矩陣，可以令[P]=[L][C]=[C][L]則矩陣[P]的對角元素和非對角元素和可表示為 (264)由于[L][C]=[C][L]，由式(263)可知： (265)則有下式成立： (266)式(266)中的為矩陣[P]的特征矩陣，它滿足特征方程，可以得到： (267)對于模變換矩陣[S]中的各個(gè)列相量為矩陣[P]對應(yīng)于的右特征相量，滿足，對應(yīng)于，可以得到 (268)可見，只要矩陣滿足式(268)的要求，其所組成的矩陣就可以作為相模變換矩陣，相模變換矩陣并不唯一。通過相模變換以后，三相配電線路互相耦合的相量，變成了解耦的模量，各模量之間互相獨(dú)立，利于單相接地故障暫態(tài)行波的特征分析和故障信息的提取。最后，求得模電壓模電流值后通過式(271)(272)相模反變換就可以得到各相導(dǎo)線的相電壓相電流。從故障點(diǎn)可將故障分量網(wǎng)絡(luò)分解為包含正常運(yùn)行時(shí)線路的系統(tǒng)側(cè)和故障點(diǎn)新增的故障支路。對系統(tǒng)側(cè)線路解耦，由凱倫貝爾變換矩陣相模變換，相量方程可轉(zhuǎn)化為模量方程： (281)將式(281)帶入式(280)，我們得到方程組： (282)式(282)中：，和為故障支路的三模電流行波。為故障線路上產(chǎn)生的系統(tǒng)側(cè)的模量電流行波和電壓行波，為在故障線上在母線處的反射波，是經(jīng)母線傳到非故障線上的折射波。由式(291)可知，不管故障線路和非故障線，同相相電流初始行波的大小，故障線路是非故障線的倍，且極性相反。模量行波的波速是固定的，且非常快，當(dāng)故障點(diǎn)距離測量點(diǎn)越近，線模量與零模量到達(dá)時(shí)間間隔越短，越容易發(fā)生混疊造成選線原理無效，相反當(dāng)故障點(diǎn)距離測量點(diǎn)越遠(yuǎn)，線模量與零模量到達(dá)時(shí)間間隔越長，就越容易根據(jù)選線原理選線，因此，單相電流行波的故障選線原理受故障點(diǎn)位置的影響，存在選線死區(qū)。圖31簡單的小電流接地系統(tǒng)利用MATLAB/Simulink對圖31進(jìn)行動(dòng)態(tài)仿真，觀察輸電線路上的行波圖形。第四章 故障定位理論介紹 故障定位國內(nèi)外研究現(xiàn)狀[8][9]國外對小電流接地保護(hù)的處理方式各不相同。德國多采用中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)(NES)，并在50年代就提出利用故障線路暫態(tài)零模電壓與零模電流初始極性相反的特點(diǎn)進(jìn)行接地選線的方法，即首半波法。我國從1958年起就開始了對接地保護(hù)原理和裝置的研究，保護(hù)方案從零序過流到無功方向保護(hù)，從基波方案發(fā)展到五次諧波方案，從步進(jìn)式繼電器到微機(jī)群體比幅比相，以及首半波方案，先后推出了幾代產(chǎn)品，如許昌繼電器廠的ZD系列產(chǎn)品，北京自動(dòng)化設(shè)備廠的XJD系列裝置，華北電力學(xué)院研制的系列微機(jī)選線裝置，山東工業(yè)大學(xué)的TY系列選線定位裝置等。 各種選線原理的分析[11][14]現(xiàn)有小電流接地系統(tǒng)選線原理，按照其利用的電氣特征量可分為基于穩(wěn)態(tài)分量的方法，包括零序電流幅值法、零序功率方向法、諧波分量法，零序電流有功分量法等；基于暫態(tài)分量的方法，包括首半波法、能量法、基于最△()大原理法，小波變換法等；其他選線方法，包括注入信號法，人工智能法等。根據(jù)有功電流的特點(diǎn)，就可以選出故障線路。由于消弧線圈是按照基波整定的，即有和，消弧線圈對五次諧波的補(bǔ)償作用僅相當(dāng)于工頻時(shí)1/25，可忽略消弧線圈對五次諧波產(chǎn)生的補(bǔ)償效果。故障線路的計(jì)算能量遠(yuǎn)大于非故障線路，且二者符號相反：前者為正，后者為負(fù)。 基于最△()大法原理所有線路故障前、后的零序電流都投影到 I0f(故障線路零序電流)的理論方向上。 小波分析法[11][20]單相接地時(shí)，故障電壓和電流的暫態(tài)過程持續(xù)時(shí)間短，并且含有豐富的特征量，比穩(wěn)態(tài)值大，因此選擇合適的分析方法分析暫態(tài)信號，將有利于故障選線。 人工智能法比較常見的是人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的方法，當(dāng)發(fā)生單相接地故障發(fā)生時(shí)，系統(tǒng)電氣特征量如零序電壓、各條線路零序電流、零序功率的有功分量和無功分量等與發(fā)生接地故障的線路（或母線）存在著高度非線性的映射關(guān)系。 基于穩(wěn)態(tài)零序分量的測距方法穩(wěn)態(tài)零序分量法的基本思想是根據(jù)故障線路首端測出的零序電流電壓，提取其故障中所包含的故障位置信息從而實(shí)現(xiàn)測距。該方法通過記憶故障前測定的各線路零序?qū)Ъ{，可以計(jì)算故障點(diǎn)的距離而找出故障點(diǎn)的位置。由于線路波阻抗的不連續(xù)，行波在測量母線和故障點(diǎn)之間發(fā)生反射。用小波分析方法，從故障暫態(tài)信息中提取特征分量，然后利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來實(shí)現(xiàn)故障特征分量和故障點(diǎn)位置之間的映射，從而實(shí)現(xiàn)故障點(diǎn)的測距。 基于外加信號的傳遞函數(shù)測距方法當(dāng)小電流接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，可以采用向線路注入高頻信號獲得故障信息，從而求出線路加信端的模量分解中的地模量電流與電壓之比值構(gòu)造傳遞函數(shù)的辦法，進(jìn)行數(shù)字信號處理，可以獲得故障的位置信息，實(shí)現(xiàn)測距。行波法不受故障類型和過渡電阻等影響，在理論上有其優(yōu)越性。圖41 A型原理圖它首先利用直流高壓或脈沖高壓信號將電纜故障點(diǎn)擊穿，然后通過測定放電電壓脈沖在測量端與故障點(diǎn)之間往返一次的時(shí)間來定位。 其優(yōu)點(diǎn)是只需確定出第一個(gè)行波波頭到達(dá)電纜兩端的時(shí)間，而不受故障點(diǎn)反射波和透射波的影響?；驹硎牵菏紫认蚬收想娎|首端注入脈沖電壓信號，通過測量入射電壓行波和反射電壓行波的時(shí)間差來進(jìn)行測距此方法簡單、直觀、不需要知道電纜的原始參數(shù)，根據(jù)脈沖反射波就可識別出電纜接頭與分支點(diǎn)的位置。但此法缺點(diǎn)是儀器較多，另外要把故障點(diǎn)電阻降到很低，當(dāng)故障點(diǎn)絕緣受潮嚴(yán)重時(shí)，故障點(diǎn)擊穿時(shí)間較長，測試時(shí)間相應(yīng)增加。行波測距原理簡單，不易受系統(tǒng)運(yùn)行方法、過渡電阻、T形接線、線路分布電容的影響，定位精度高[6]。結(jié)論結(jié)論單相接地故障情況復(fù)雜，所提出的各種選線方法都有各自的局限性，在實(shí)際運(yùn)行中的選線結(jié)果并不能令人滿意，導(dǎo)致接地故障選線是長期困擾實(shí)際運(yùn)行的一個(gè)技術(shù)難題。以行波理論為基礎(chǔ)研究小電流系統(tǒng)單相接地暫態(tài)故障特征，同時(shí)應(yīng)用小波變換來提取行波故障特征來構(gòu)造選線判據(jù)，開辟接地選線新思路。這同配電網(wǎng)自動(dòng)化的水平不相適應(yīng)，很有必要對此進(jìn)一步的研究。在此我衷心的感謝在畢業(yè)設(shè)計(jì)中一直指導(dǎo)和幫助我的老師和同學(xué)，特別是我的指導(dǎo)老師袁振海老師與季晨宇學(xué)姐，他們對我的教誨至今我還記憶猶新。同時(shí)這次畢業(yè)設(shè)計(jì)也可以說是對未來工作學(xué)習(xí)的一次展望和預(yù)演，它提供了一次我們在大學(xué)期間難得實(shí)踐機(jī)會(huì)，是對我們學(xué)習(xí)的一次升華。南京工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)參考文獻(xiàn)[1] 周澤存 高電壓技術(shù)[M] 水利電力出版社 1988(1)[2] 邱關(guān)源 電路[M] 高等教育出版社 1999(4)[3] 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Oleskoviczb, . Couryb, A hybrid fault locator for threeterminal lines based on wavelet transforms [J] Electric Power Systems Research 78 (2008) 1980–1988致謝致謝此次畢業(yè)設(shè)計(jì)始于三月中旬，結(jié)束于六月初，在這既充實(shí)又緊張的兩個(gè)多月的畢業(yè)設(shè)計(jì)中，我順利的完成了畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)。由于系統(tǒng)發(fā)生單相接地時(shí)的故障特征不明顯且故障電流小[9]，所以沿用常規(guī)高壓輸電線路的故障定位方法、利用單相接地時(shí)的穩(wěn)態(tài)分量實(shí)現(xiàn)故障測距的方法必然存在一定的弊端，提高利用故障暫態(tài)分量即行波理論實(shí)現(xiàn)測距成為趨勢。，使得正常運(yùn)行時(shí)系統(tǒng)中存在著不平衡的零序電流，導(dǎo)致無法準(zhǔn)確捕捉到接地零序電流的幅值和極性，給故障信息的提取造成困難。1993年國外加拿大采用電壓行波定位方式，在 Hydro的500kV輸電網(wǎng)14個(gè)變電站安裝，每個(gè)變電站只需安裝一套行波定位裝置，就能準(zhǔn)確檢測5300公里線路上的各種故障。 行波測距原理特點(diǎn)[8]A型和C型為單端測距，B型為雙端測距，需要兩端通信，對于永久性故障，以上三種方法都有很好的適用性，而對于瞬時(shí)故障，A和B型方法可以比較準(zhǔn)確地工作。基本原理是：首先利用沖擊高壓或直流高壓擊穿故障點(diǎn)，在閃絡(luò)維持低阻狀態(tài)時(shí)間內(nèi)發(fā)射一個(gè)低壓脈沖，此脈沖在故障點(diǎn)閃絡(luò)處發(fā)生短路反射，并記憶于儀器中，電弧熄滅后，再發(fā)射一個(gè)測量脈沖，該脈沖信號通過故障點(diǎn)直達(dá)電纜末端并發(fā)生開路反射，然后比較兩次低壓脈沖波形就可以判斷出故障點(diǎn)的位置。我國學(xué)者武漢大學(xué)的陳允平、龔慶武和肖文峰于2004年提出該測距方法。該方法以安全、可靠、接線簡單等優(yōu)點(diǎn)顯示了強(qiáng)大的生命力，它通過線性電流耦合器測量電纜擊穿時(shí)產(chǎn)生的電流脈沖信號進(jìn)行測距，實(shí)現(xiàn)了儀器與高壓回路的電耦合，避免了電容與電纜之間的串聯(lián)電阻和電感的影響，使測量線路變得簡單，且脈沖電流波形易于分辨。 這種方法原理簡單，所用裝置少，且不受過渡電阻及對端負(fù)荷阻抗的影響，理論上可以達(dá)到較高精度。 行波測距方法介紹[6][12][22]行波法利用的原理是當(dāng)輸電線路發(fā)生故障時(shí)，將會(huì)產(chǎn)生向線路兩端以接近光速傳播的電流和電壓行波。小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對故障后暫態(tài)高頻信息的提取和應(yīng)用，反應(yīng)了故障點(diǎn)及系統(tǒng)對地電容電流的充放過程，因而可以很好地解析故障特征分量與故障位置之間的關(guān)系。行波測距法不受過渡電阻的影響，有較高的測距精度。利用高頻暫態(tài)電流電壓的行波在線路中的傳播速度或在故障后用脈沖頻率雷達(dá)系統(tǒng)來間接判斷故障點(diǎn)的距離。由于故障電流較小，該方法的測距誤差較大，而且易受線路投入總長度、負(fù)荷電流、傳感器不平衡的影響。 各種測距原理的分析[10][18][19