【正文】 ,(0),(0) ,1(0),2(0),(0),(0) 1,1(0)1,2(0)1,(0)1,(0) 0,1(0) 2 LL MMLMLM LL MMLMLM LL (322) 基于小波變換的零序暫態(tài)方向 根據(jù)小波變換理論 [32] ，若一小波 ψ (t)滿足連續(xù)且呈指數(shù)衰減和其積分為零，則 信號(hào) ()() 2 f t∈ LR的小波變換： dt a tb ft a Wabf fab ∫ ? = =()?() 1 (,), , ψψ華北電力大學(xué)碩士學(xué)位論文 24 W( a,b) f 反 映了 t = b附近與 a 1 成比例的頻率分量。39。則在（ si 0, ω）段頻率內(nèi)，線路 i 呈容性，于是取 39。為此，可根據(jù)兩電流的差別程度，來(lái)判斷負(fù)序電 流受負(fù)載不對(duì)稱的污染程度，從而決定是否采信此負(fù)序電流判據(jù)。 主站根據(jù)配電網(wǎng)線路結(jié)構(gòu)，建立相應(yīng)負(fù)序電流數(shù)組 I (2) ，并隨各 FTU 送來(lái)的數(shù)據(jù) 實(shí)時(shí)刷新。 負(fù)序電流 電網(wǎng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，由《電力系統(tǒng)暫態(tài)分析》可知，通過(guò)故障點(diǎn)的正序、 負(fù)序、零序電流為 [29] ： I f (1) = I f (2) = I f (0) = I 3f 1 = RZZZ E f f (0)(1)(2) 3 +++ 上式中， E f 為故障相電源電壓， Z (1) 、 Z (2) 、 Z (0) 分別為從故障點(diǎn)看整個(gè)網(wǎng)絡(luò) 的正序、負(fù)序、零序阻抗， R f 為接地點(diǎn)的過(guò)度電阻。 配網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)對(duì)配網(wǎng)線路監(jiān)控，線路特征參數(shù)也實(shí)時(shí)更新，在主站數(shù)據(jù)庫(kù)中， 備有一份單相接地故障時(shí)非故障線路零序?qū)Ъ{表，其二維數(shù)組形式，即： Y (0) = ,1(0),2(0),(0),(0) ,1(0),2(0),(0),(0) 2,1(0)2,2(0)2,(0)2,(0) 1,1(0)1,2(0)1,(0)1,(0) 2 1 n j nnnjnm iiijim jm jm YYYY YYYY YYYY YYYY LL MMLMLM LL MMLMLM LL LL (39) i, j(0) Y 表示配網(wǎng)線路（第 i 條出線除外）或母線發(fā)生單相接地故障時(shí)，第 i 條線路 為非故障線路，該線路的第 j 個(gè) 監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)（ FTU）的零序測(cè)量導(dǎo)納為零序電流 i, j(0) I 與 零序電壓 i, j(0) U 的比值，即 i, j(0) Y ： i, j(0) Y = ,(0) ,(0) ij ij U I 相角為 i, j(0) θ i, j(0) Y 是自適應(yīng)整定的，每次接地故障時(shí)，除了在故障線路前側(cè)監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)的測(cè)量 導(dǎo)納外，數(shù)組中的其余導(dǎo)納都以實(shí)際測(cè)量值實(shí)時(shí)刷新。 主站根據(jù)配電網(wǎng)中性點(diǎn)接線方式，選取相應(yīng)的電氣特征量，如零序電流、零序 電壓等。 如所有線路邏輯量 ijP L ,(0) =0。 零序電流的有功分量 在中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地的配電網(wǎng)絡(luò)中，其中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈串（并）電阻接地。 當(dāng)放生單相接地故障時(shí)，非故障線路上各線段留過(guò)的零序電流 為自本段線路首端至本條線路末端這段線路對(duì)地的電容電流，其方向均由母線流向 線路；而故障線路首端的零序電流為全系統(tǒng)非故障線路對(duì)地電容電流之和，在故障 線路的接地點(diǎn)至母線這區(qū)段中，流過(guò)分段開(kāi)關(guān)的零序電流在數(shù)值上較本故障線路首 端的零序電流大，其方向均為線路流向母線，而故障點(diǎn)后各段的零序電流方向?yàn)槟? 線至線路。利用完全分布的 FTU 很容易得到整個(gè)配電網(wǎng)的電氣特征量 分布情況，通過(guò)配電主站綜合分析各 FTU 處的故障特征，確定出故障線路及故障區(qū) 段。 FA 的實(shí)現(xiàn) 不同母線的兩條出線通過(guò)聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān) S 3 聯(lián)成手拉手供電環(huán)，在正常情況下，出口 開(kāi)關(guān)（斷路器） CB CB2 和分段開(kāi)關(guān) S 1 、 S 2 、 S 4 、 S 5 處于合狀態(tài)，線路 A、 B、 C、 D、 E、 F 均帶電。 主站與其他系統(tǒng)間的通信 配電自動(dòng)化主站系統(tǒng)與 EMS 要進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，從 EMS 獲取變電站的數(shù)據(jù)信息，并 可將配電自動(dòng)化系統(tǒng)的信息，按要求傳送給 EMS；同時(shí)，配電自動(dòng)化系統(tǒng)的數(shù)據(jù)信息， 可以在 MIS 上進(jìn)行發(fā)布，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)瀏覽功能。應(yīng)用軟件以配網(wǎng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)為 基礎(chǔ)，應(yīng)用客戶機(jī) /服務(wù)器模式，各自獨(dú)立實(shí)現(xiàn)不同的自動(dòng)化功能。系統(tǒng)硬件設(shè)備及接口符合國(guó)際工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。下面分別這三部分進(jìn)行簡(jiǎn)述。從而配合配 電自動(dòng)化主站實(shí)現(xiàn)城區(qū)配網(wǎng)運(yùn)行中的工況監(jiān)測(cè)、網(wǎng)絡(luò)重 構(gòu)、優(yōu)化運(yùn)行。主站通過(guò) FTU 的測(cè)量實(shí)現(xiàn)配網(wǎng)的 SCADA 功能，并 能通過(guò)對(duì)各 FTU 的控制實(shí)現(xiàn)配網(wǎng)的故障識(shí)別、故障隔離、網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)及 配網(wǎng)的無(wú)功 / 電壓控制和優(yōu)化運(yùn)行等功能。目前較常用的協(xié)議有 ， IEC8705101 等。另外為提高通信 的可靠性，通常采用光纖通信中的雙纖自愈環(huán)組網(wǎng)方式。 主站與配電終端間通信 該層是配電自動(dòng)化通訊系統(tǒng)中關(guān)鍵的一個(gè)層。 （ 3） 然后，根據(jù)實(shí)際可能發(fā)生的情況，從特征判據(jù)誤選、網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)失效和隨機(jī) 干擾這三個(gè)具有代表性的側(cè)面結(jié)合具體算例予以驗(yàn)證了上述故障定位新 方法。本文結(jié)合 配電自動(dòng)化系統(tǒng) FTU/RTU 的測(cè)量功能特點(diǎn)，深入分析了小電流接地系統(tǒng) 發(fā)生單相接地故障時(shí)不同位置 FTU/RTU 測(cè)量值的特征，研究了基于單相 接地故障穩(wěn)態(tài)和暫態(tài)特征的多種選線原理的應(yīng)用，分析研究并按需提取相 關(guān)特征量做判據(jù)，如：零序電流有功分量、零序電流無(wú)功分量、零序?qū)Ъ{、 負(fù)序電流、暫態(tài) SFB分量和小波模極值， 并給出判定方法。本文依據(jù)這些節(jié) 點(diǎn)的信息和配電網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，構(gòu)建了三維邏輯空間分析模型，提出了小電流接地系統(tǒng) 單相接地故障定位的新方法，提高了故障定位的準(zhǔn)確性。但該理論目前尚處于初步探索階段，對(duì)于這種方法是否合理、 合理的程度有多少，還缺少必要的實(shí)驗(yàn)和論證。 配電自動(dòng)化系統(tǒng)應(yīng)覆蓋所有配電設(shè)備，但應(yīng)考慮現(xiàn)有的調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)已監(jiān)控 一部分設(shè)備，為避免設(shè)備的重復(fù)投入，配電自動(dòng)化系統(tǒng)通過(guò)與該系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊 并獲取有關(guān)信息，同時(shí)，根據(jù)需要，可向調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)提供配網(wǎng)的相關(guān)數(shù)據(jù)。 配電自動(dòng)化系統(tǒng)，主要監(jiān)控的設(shè)備是 10V 城網(wǎng)配電線路的電力元件，包括柱上 開(kāi)關(guān)、變壓器，隨著城網(wǎng)改造工作的開(kāi)展，也出現(xiàn)了越來(lái)越多的箱式變電站 、電纜 分支箱、小型開(kāi)閉站等組合式設(shè)備。雖然這種接地方式會(huì)由于非故障相對(duì)地電壓可升高到 3倍，而對(duì)設(shè)備的絕緣水 平要求提高，但在電網(wǎng)電容電流不大，接地電弧能夠自熄的條件下，電網(wǎng)可帶故障 繼續(xù)供電 1~2 小時(shí)。 DDA 算法中首先確定故障相，然后將每條饋線逐一估算華北電力大學(xué)碩士學(xué)位論文 2 消弧線圈接地的電力系統(tǒng)通常稱為諧振接地系統(tǒng)。 消弧線圈對(duì)五次諧波呈現(xiàn)高阻抗，此時(shí)的電感電流遠(yuǎn)小于系統(tǒng)電容電流，相差約為 25 倍左右，故可忽略電感電流。對(duì)于消弧線圈接地系統(tǒng)，完全依賴于五次諧波的 特征選線，信號(hào)過(guò)于微弱，可靠性不能保證。對(duì)中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)，比幅比相對(duì)基波進(jìn)行。 群體比幅比相法：當(dāng)系統(tǒng)零序電壓高于 30％額定相電壓時(shí)，認(rèn)為發(fā)生了單相接 地故障。在我國(guó)，大多數(shù)配電網(wǎng)采用中性點(diǎn)不接地方式或經(jīng)消弧線圈接地方式，可帶故 障運(yùn)行 1— 2 小時(shí)而不立即跳閘，近年來(lái)，一些城市電網(wǎng)改用經(jīng)電阻接地的運(yùn)行方 式。而且非故障相的暫態(tài)電流流過(guò)故障線路可以形成回路，此電流中包 含了故障距離的信息。 由此可見(jiàn)單相接地故障的暫態(tài)分量故障特性更明顯，其包含有刻畫故障特征的更豐 富的信息，可以作為小電流接地系統(tǒng)單相接地故障定位的依據(jù)。 文獻(xiàn) [17] [17 提出了基于“ S 注入法”的選線定位原理，它利用故障時(shí)閑置的電壓 互感器注入交流信號(hào)電流，在故障線路中跟蹤尋找所注入信號(hào)的通路進(jìn)行故障定 位。在故障定位方面，近年來(lái)也有許多研 究，但由于各種不利因素 的存在，一直沒(méi)有很好的解決故障定位的精確度問(wèn)題。 本課題基于上述配網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)平臺(tái) ，融合傳統(tǒng)的多種選線原理和分析方法， 對(duì)配網(wǎng)單相接地故障定位進(jìn)行研究，使現(xiàn)有的配網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)在不增加或少增加設(shè)華北電力大學(xué)碩士學(xué)位論文 5 備投資的基礎(chǔ)上，結(jié)合配網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)的 FA（ Feeder Automation）功能，實(shí)現(xiàn)單相 接地故障的快速定位，從而提高供電質(zhì)量，改善服務(wù)水平。根據(jù)小波變換的模極大值檢測(cè)理論，比較小波變換的大小和極性， 從而選出接地故障線路 相關(guān)原理法，由于故障線路表現(xiàn)為電容放電的電路特征，而非故障線路均表現(xiàn) 為電容充電的電路特征，利用相關(guān)分析原理，對(duì)故障后的各條出 線的暫態(tài)零序電流 波形在一定數(shù)據(jù)窗下進(jìn)行兩兩相關(guān)分析，形成相關(guān)矩陣，求出各條出線與其他出線 的相關(guān)系數(shù)，再經(jīng)排序策略可得到按照線路發(fā)生接地故障的可能性大小的選線序 列，從而選線。應(yīng)用此法還可進(jìn)行 運(yùn)行方式的識(shí)別，區(qū)分配電網(wǎng)諧振狀態(tài)與單相接地狀態(tài) [17] 。但是，如果故障瞬 間為基波電壓零點(diǎn)附近則自由分量很小，首半波電流較小，可能出現(xiàn)死區(qū)。這樣就可以估算出高阻接地（例如 30～ 100kO）故障時(shí)的接 地電阻值。但是，中性點(diǎn)經(jīng)電阻接地，特別是以架空線路為 主的配電網(wǎng)，其單相接地故障的幾率比高壓網(wǎng)絡(luò)大，相應(yīng)的跳閘次數(shù)會(huì)大大增加。如在工頻零序電壓作用下，零序容抗 銳減，高次諧波電 流驟增，有時(shí)甚至在正常運(yùn)行情況下也會(huì)引起通信干擾。隨著我國(guó)配電網(wǎng)改造的不斷深入和配網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)試點(diǎn)的逐 步開(kāi)展，對(duì)小電流接地系統(tǒng)單相接地故障 的處理具備了深入到故障定位層面上的條 件。文中還對(duì)算法的形成予以理論推導(dǎo)并給出算法 誤差容錯(cuò)函數(shù)，具體算例的分析結(jié)果從多個(gè)側(cè)面驗(yàn)證了該算法的正確性和有效性。該算法綜合考慮了配電網(wǎng)絡(luò)中的各個(gè)節(jié)點(diǎn)呈現(xiàn)的電氣特征和電氣分布規(guī)律， 體現(xiàn)了邏輯“ 0”、“ 1”的等同貢獻(xiàn)。而且， 現(xiàn)有的小電流接地選線裝置的選線正確率普遍偏低，存在著嚴(yán)重的漏選和誤選，從 而嚴(yán)重影響供電質(zhì)量。 中性點(diǎn)不接地，實(shí)際上是經(jīng)過(guò)集中于電力變壓器中性點(diǎn)的等值電容接地的，其 零序阻抗多為一有限值，而且不一定是常數(shù)。中性點(diǎn)經(jīng)電阻接地，由于接地電流大，能夠簡(jiǎn)化 繼電保護(hù)，方便地檢測(cè)接地故障線路，又有利于降低系統(tǒng)的絕緣水平，使一些進(jìn)口 的用于中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)的電氣設(shè)備的電力電纜能在中性點(diǎn)經(jīng)小電阻接地的系 統(tǒng)中使用，具有較高的經(jīng) 濟(jì)效益。運(yùn)行中的消弧線圈和現(xiàn)代的自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償裝置并不都 是恰好在諧振點(diǎn)運(yùn)行，在一般情況下它們多采用略微偏離諧振點(diǎn)的過(guò)補(bǔ)償運(yùn)行方 式，“諧振接地”比較符合中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)的實(shí)際情況，所以中性點(diǎn)經(jīng)目錄 II 適用性分析 ....................................................... 33 目前存在的問(wèn)題 ............................................. 33 改善條件 ................................................... 33 第五章 結(jié)論與展望 ....................................... 35 結(jié)論 ............................................................. 35 展望 ............................................................. 36 深入分析探討 ............................................... 36 基于配電自動(dòng)化系統(tǒng)單相接地故障定位的發(fā)展趨勢(shì) ............. 36 參 考 文獻(xiàn) ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 37 致 謝 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ..39 在學(xué)期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文和參加科研情況 ...................... 40華北電力大學(xué)碩士學(xué)位論文 4 出接地電阻，對(duì)于非故障線路，接地電阻趨向于無(wú)窮大；而對(duì)于故障線路，可以給 出接地電阻的估計(jì)值。該方法適用于中性點(diǎn)不接地及經(jīng)消弧線圈接地電網(wǎng)。而通過(guò)對(duì)注入信號(hào)電流和電壓的檢 測(cè)，計(jì)算變電所到接地故障點(diǎn)之間的電抗，便可實(shí)現(xiàn)故障測(cè)距。 小波分析法，是利用小波變換原理將零序電流分解成不同的尺度和位置的小波 系列，零序電流對(duì)一定尺度和位置的小波的投影即為零序電流在此小波分量的幅 值，即小波變換。因此，更充分的提取故障的信息量，更可靠的控制模