【正文】 ，為尋找電流的特征差異、進(jìn)而提出新的區(qū)段定位判據(jù)，提供了良好的信息來(lái)源。小電流系統(tǒng)單相接地故障時(shí)，故障電流微弱；且經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)，因消弧線圈對(duì)系統(tǒng)容性電流的感性過(guò)補(bǔ)償，使得故障穩(wěn)態(tài)電流幅值減小、方向改變，線路特征差異弱化消失，所以利用故障信號(hào)穩(wěn)態(tài)分量的方法不能可靠定區(qū)段。（3）研究了基于參數(shù)識(shí)別的配電網(wǎng)單相接地故障測(cè)距方法。 本文的主要研究工作隨著配電網(wǎng)自動(dòng)化水平的不斷提高、通信技術(shù)的不斷發(fā)展，國(guó)家的投資力度也在加大，配電自動(dòng)化系統(tǒng)在全國(guó)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(wǎng)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(chǔ)。（3）端口比值故障分支定位法文獻(xiàn)[41][42]提出了端口比值故障分支定位法。實(shí)現(xiàn)了多分支線路的故障定位。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(lì)信號(hào)源,在首端測(cè)量時(shí)域的零序電壓和電流數(shù)據(jù),計(jì)算得到頻域傳遞函數(shù),根據(jù)各分支端口傳遞函數(shù)頻譜的頻率、相位和波形特征實(shí)現(xiàn)接地故障定位。考慮到線路停電后絕緣可能恢復(fù),該方法需要停電檢測(cè)，首先通過(guò)外加直流高壓使接地點(diǎn)處于保持擊穿狀態(tài)，然后注入交流檢測(cè)信號(hào),通過(guò)尋蹤注入的交流信號(hào)找出故障的準(zhǔn)確位置。文獻(xiàn)[33][34]探討了S注入法。文獻(xiàn)[32]提出利用雙端行波法來(lái)實(shí)現(xiàn)故障測(cè)距，并解決了測(cè)距中波速度不連續(xù)的問(wèn)題，但只是對(duì)雙端行波故障測(cè)距作了簡(jiǎn)單仿真驗(yàn)證，對(duì)實(shí)際應(yīng)用中面臨的困難和關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題考慮不足。（3）行波法故障時(shí),產(chǎn)生向線路兩端傳播的行波信號(hào),利用在線路測(cè)量端捕捉到的暫態(tài)行波信號(hào)可以實(shí)現(xiàn)各種類(lèi)型短路故障的測(cè)距。小波變換提取與故障距離關(guān)聯(lián)的特征頻帶小波測(cè)度序列。所用分量為暫態(tài)量中的某些特定頻段分量。即暫態(tài)信號(hào)中的某些故障分量與故障點(diǎn)之間存在一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系。文獻(xiàn)[25]引入模擬退火算法用于測(cè)距。且因配網(wǎng)分支較多，不可能布置太多的測(cè)量點(diǎn)，所以多端測(cè)距法在配電網(wǎng)中實(shí)用性不強(qiáng)。提出了利用線路首端測(cè)量得到的電壓、電流單端故障測(cè)距算法。目前國(guó)內(nèi)配電網(wǎng)單端量測(cè)距法的主要思想是利用線路首端測(cè)量得到的電壓、電流，根據(jù)故障點(diǎn)邊界條件構(gòu)造關(guān)系函數(shù)計(jì)算故障距離，對(duì)于多分支線路，逐分支推斷故障分支，計(jì)算故障距離。本文采用故障相網(wǎng)和零序網(wǎng)結(jié)合構(gòu)建故障定位模型，很好的消除了負(fù)荷的影響。文獻(xiàn)[18]考慮了負(fù)荷變化對(duì)故障測(cè)距的影響。使用其基頻分量，根據(jù)考慮相關(guān)因素提出的系統(tǒng)模型進(jìn)行故障定位。文獻(xiàn)[14]提出的方法是針對(duì)配電網(wǎng)絡(luò)中架空線。 故障分析法故障分析法是利用故障時(shí)記錄下來(lái)的電壓、電流量，通過(guò)分析計(jì)算，求出故障點(diǎn)的距離。文獻(xiàn)[11]提出通過(guò)監(jiān)測(cè)一條饋線上各開(kāi)關(guān)處的零序電流和零序電壓，計(jì)算由區(qū)段的各端點(diǎn)流入該區(qū)段的零序電流的相量和(即流入?yún)^(qū)段零序電流)，以識(shí)別故障區(qū)段，判斷此饋線故障狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)對(duì)故障區(qū)段的快速隔離的原理,該方法根據(jù)區(qū)段零序電流特點(diǎn)構(gòu)造了幅值判據(jù)和相位判據(jù)。五次諧波電流法是根據(jù)故障點(diǎn)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(diǎn)，通過(guò)測(cè)量空間電場(chǎng)和磁場(chǎng)的5次諧波并分析其幅值和相位關(guān)系判斷小電流接地系統(tǒng)單相接地故障點(diǎn)。文獻(xiàn)[8]使用光纖傳感器實(shí)現(xiàn)電纜線路各個(gè)節(jié)點(diǎn)故障后零序電容電流的測(cè)量，由此確定發(fā)生故障的區(qū)段。架空線故障指示器是基于測(cè)量線路零序電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)進(jìn)行故障點(diǎn)檢測(cè)的設(shè)備[5][6]，發(fā)生接地故障時(shí)，接地故障點(diǎn)前的線路周?chē)嬖谟韶?fù)荷電流產(chǎn)生的垂直磁場(chǎng)和由接地故障電流產(chǎn)生的水平磁場(chǎng)，由于接地故障電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)比負(fù)荷電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)的垂直衰減速度慢，基于此可以檢測(cè)出接地故障電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)，接地點(diǎn)后將檢測(cè)不到此磁場(chǎng)信息。（2）在線路端點(diǎn)處測(cè)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(guò)向系統(tǒng)注入信號(hào)實(shí)現(xiàn)尋跡的信號(hào)注入法。在傳統(tǒng)的故障定位過(guò)程中，配電網(wǎng)一般采用逐條線路拉閘停電的方法來(lái)確定故障線路，在選出故障線路后，再派工作人員到現(xiàn)場(chǎng)沿線查找故障區(qū)段和故障點(diǎn)，然后切除故障，這種方法由于人工的介入，所需的停電時(shí)間比較長(zhǎng)，不能適應(yīng)人們對(duì)配電網(wǎng)自動(dòng)化水平的新要求。本文的區(qū)段定位研究也正是基于此種技術(shù)條件，在測(cè)量一條饋線上各開(kāi)關(guān)處的零序電流和零序電壓的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)區(qū)段定位。FTU是基于FTU的饋線自動(dòng)化系統(tǒng)的核心設(shè)備，具有以下特性[4]: （1）出線開(kāi)關(guān)具有開(kāi)斷短路故障電流的能力，線路分段開(kāi)關(guān)具備開(kāi)斷正常工作電流的能力；（2）出線開(kāi)關(guān)、線路分段開(kāi)關(guān)具有三相電流電壓傳感器，以獲取三相電流、電壓信號(hào)。這種模式的自動(dòng)化水平較高，能夠一次完成定位和隔離，故障處理時(shí)間迅速，避免開(kāi)關(guān)多次投切，適用于任何復(fù)雜的配電網(wǎng)，并且可以考慮負(fù)荷水平和網(wǎng)絡(luò)約束。這種模式是通過(guò)智能化開(kāi)關(guān)設(shè)備的相互配合進(jìn)行開(kāi)關(guān)的分合操作，以實(shí)現(xiàn)故障區(qū)段的就地自動(dòng)隔離和非故障區(qū)段的自動(dòng)恢復(fù)供電。（1）人工處理模式人工處理模式的相應(yīng)的設(shè)備條件為：出線開(kāi)關(guān)采用斷路器，分段開(kāi)關(guān)和聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)采用無(wú)遙控功能的負(fù)荷開(kāi)關(guān)，并在負(fù)荷開(kāi)關(guān)和線路分支處安裝故障指示器。狹義上，配網(wǎng)自動(dòng)化指故障檢測(cè)、故障定位、隔離及供電恢復(fù)等幾個(gè)過(guò)程，稱(chēng)為配電自動(dòng)化DA (Distribution Automation),包括變電站自動(dòng)化SA(Substation Automation)和饋線自動(dòng)化(Feeder Automation)。1 緒論 配電自動(dòng)化現(xiàn)狀及其處理模式在長(zhǎng)期的發(fā)展過(guò)程中，由于經(jīng)濟(jì)發(fā)展不平衡，我國(guó)各地配電網(wǎng)自動(dòng)化水平也不平衡，配電網(wǎng)自動(dòng)化水平相對(duì)比較低。顯然，這種方法使得一些非故障線路的用戶也會(huì)短時(shí)停電，降低了供電的可靠性，延長(zhǎng)了系統(tǒng)帶單相接地運(yùn)行的時(shí)間，增大了擴(kuò)大故障和誤操作的可能性。加之小電流接地系統(tǒng)的配電線路不設(shè)避雷線，而且離地高度低、耐受過(guò)電壓的能力低、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和周?chē)h(huán)境較為復(fù)雜，因而經(jīng)常發(fā)生故障，其中單相接地占配電網(wǎng)故障的80%以上。我國(guó)6～35kV電網(wǎng)大多數(shù)采用中性點(diǎn)不直接接地方式：中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地、經(jīng)大電阻接地和不接地方式。關(guān) 鍵 詞：中性點(diǎn)非直接接地系統(tǒng)；小電流接地系統(tǒng)；故障區(qū)段定位；故障點(diǎn)定位；參數(shù)辨識(shí)論文類(lèi)型：應(yīng)用研究55目錄目 錄1 緒論 1 課題背景及研究意義 1 單相接地故障的危害及其研究意義 1 配電自動(dòng)化現(xiàn)狀及其處理模式 2 單相接地故障定位的研究現(xiàn)狀分析 3 監(jiān)測(cè)定位法 4 故障分析法 5 信號(hào)注入法 7 本文的主要研究工作 82 小電流接地系統(tǒng)單相接地故障的特性分析 9 引言 9 9 單相接地故障時(shí)穩(wěn)態(tài)零序電流分量特征 9 零序電流暫態(tài)分量分析 11 區(qū)段的暫態(tài)零序電流特性分析 16 配電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 16 區(qū)段定位中的特征頻帶概念 17 特征頻帶上下限的確定 19 特征頻帶內(nèi)暫態(tài)零序電流的分布特點(diǎn) 213 配電網(wǎng)中故障區(qū)段定位的綜合區(qū)段定位方法 23 基于暫態(tài)零序特征電流分量方向的方法 23 暫態(tài)零序電流的分布特點(diǎn) 23 基本原理 23 故障區(qū)段判別方法 24 實(shí)現(xiàn)算法 26 算法評(píng)價(jià)與適用條件 26 零序電流有功分量幅值比較的方法 27 算法原理 27 有功分量幅值算法實(shí)現(xiàn) 27 故障區(qū)段具體判別方法 27 算法評(píng)價(jià)及適用條件 28 綜合區(qū)段定位方法的實(shí)現(xiàn) 28 EMTP仿真研究 29 EMTP仿真模型的建立 29 仿真實(shí)驗(yàn)及分析 31 小結(jié) 354 配電網(wǎng)中故障點(diǎn)定位的參數(shù)辨識(shí)法 36 引言 36 參數(shù)辨識(shí)的理論基礎(chǔ) 36 參數(shù)辨識(shí)的基本概念 36 最小二乘優(yōu)化算法的基本原理 37 故障點(diǎn)定位的參數(shù)辨識(shí)法 38 算法方程 38 該算法在測(cè)距中應(yīng)用的分析 40 算法中使用的數(shù)學(xué)方法 41 EMTP仿真研究 43 仿真系統(tǒng)及參數(shù) 43 仿真條件 43 EMTP仿真理論分析和驗(yàn)算……………………………………………………44 仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析 44…………………………………………………………………………..465 利用配電自動(dòng)化系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)故障定位的總體方案 47 實(shí)現(xiàn)故障定位的技術(shù)基礎(chǔ) 47 單相接地故障點(diǎn)定位總體方案的流程 48 啟動(dòng)模塊和永久性故障判斷模塊 48 故障相判別模塊 48 總體方案的基本流程 49 故障定位總體方案的例證 506 結(jié)論 54致 謝 55參考文獻(xiàn) 56 1 緒論1 緒 論本章簡(jiǎn)單地介紹了配電自動(dòng)化的基本內(nèi)容，結(jié)合我國(guó)配電網(wǎng)的特點(diǎn)介紹配電網(wǎng)單相接地故障定位的研究?jī)?nèi)容和研究意義，最后在全面介紹國(guó)內(nèi)外單相接地故障定位方法研究現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上提出本文要做的研究工作。該方法采用集中參數(shù)的配網(wǎng)模型，在此模型基礎(chǔ)上建立了單相接地故障的故障點(diǎn)定位時(shí)域方程，并利用暫態(tài)時(shí)域信息通過(guò)最小二乘優(yōu)化算法來(lái)辨識(shí)出故障點(diǎn)位置。我國(guó)中低壓配電網(wǎng)一般都采用中性點(diǎn)非直接接地方式，即中性點(diǎn)不接地或者經(jīng)消弧線圈接地方式，單相接地故障時(shí)故障定位面臨的主要困難是：工頻故障電流微弱與電弧不穩(wěn)定，為此本文分析了小電流接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時(shí)電氣量中暫態(tài)分量的特性，利用現(xiàn)有配電網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)的設(shè)備條件，著重解決單相接地故障定位中的故障區(qū)段定位和故障點(diǎn)定位兩個(gè)問(wèn)題，本文的主要研究工作如下：1．針對(duì)故障區(qū)段定位問(wèn)題，提出一種綜合區(qū)段定位方法。論證有理有據(jù)，具有說(shuō)服力。論文應(yīng)力求有作者自己的創(chuàng)見(jiàn)和觀點(diǎn)，中心突出，層次分明，論述清楚，結(jié)構(gòu)嚴(yán)謹(jǐn)，文字流暢。 指導(dǎo)教師：汪增超 網(wǎng)絡(luò)教育學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)考核評(píng)議書(shū)指導(dǎo)教師評(píng)語(yǔ)：建議成績(jī)： 指導(dǎo)教師簽名： 年 月 日答辯小組意見(jiàn)：負(fù)責(zé)人簽名 年 月 日答辯小組成員 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）答辯委員會(huì)意見(jiàn)： 負(fù)責(zé)人簽名： 年 月 日摘 要論文題目：小電流接地系統(tǒng)單相接地故障選線方法的分析研究學(xué)科（專(zhuān)業(yè)）：電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化申請(qǐng)人： 指導(dǎo)教師： 摘 要故障定位是配電自動(dòng)化的重要功能之一，由于單相接地故障是配電網(wǎng)中最常見(jiàn)的故障，研究單相接地故障定位方法對(duì)于減小停電范圍、縮短停電時(shí)間及提高供電可靠性具有重要意義。2．針對(duì)故障點(diǎn)定位問(wèn)題，提出一種參數(shù)辨識(shí)法。4．仿真結(jié)果驗(yàn)證了以上方法的有效性和方案的可實(shí)現(xiàn)性。所以實(shí)現(xiàn)配電自動(dòng)化的一個(gè)重要的研究課題，便是如何準(zhǔn)確地檢測(cè)并盡快消除單相接地故障。但隨著城市配電網(wǎng)的高速發(fā)展，配網(wǎng)結(jié)構(gòu)越來(lái)越復(fù)雜，電纜線路占供電線路總長(zhǎng)度的比例逐年上升，使得配網(wǎng)的電容電流數(shù)值大幅度增加。傳統(tǒng)的做法是由運(yùn)行人員采取順序拉閘的方式尋找故障線路，轉(zhuǎn)移負(fù)荷后將故障線路切除。現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)的不斷發(fā)展，為實(shí)現(xiàn)新的故障定位方法提供了保障，因此研究配電網(wǎng)單相接地故障的定位方法具有很重要的實(shí)際意義。廣義上，配網(wǎng)自動(dòng)化DSA(Distribution System Automation)指利用現(xiàn)代先進(jìn)的信息技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)配電網(wǎng)正常運(yùn)行時(shí)的控制、檢測(cè)和故障時(shí)的快速處理(故障檢測(cè)，故障定位、隔離及供電恢復(fù)，以及配電的生產(chǎn)管理、設(shè)備管理的自動(dòng)化，即SCADA/DMS系統(tǒng)。按照配電自動(dòng)化的發(fā)展過(guò)程和故障處理的具體形式，配電自動(dòng)化大概可以分為人工處理模式、分布智能模式和集中智能模式等三種模式[2][3]。（2）分布智能模式分布智能模式的主要設(shè)備是斷路器、重合器和分段器。這種模式通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)的FTU將檢測(cè)到的故障信息通過(guò)通訊設(shè)備上傳到主站，由主站通過(guò)接收到的故障指示信息和配電網(wǎng)的實(shí)時(shí)拓?fù)湫畔ⅲ凑找欢ǖ墓收咸幚硭惴ù_定故障區(qū)域，并下達(dá)操作指令給相應(yīng)的FTU跳閘隔離故障區(qū)域，并根據(jù)供電恢復(fù)策略確定恢復(fù)方案，對(duì)非故障區(qū)域進(jìn)行供電恢復(fù)。集中智能模式能夠憑借智能算法和軟件對(duì)網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)分析和判斷，得到可行的、優(yōu)選的故障處理方案。在饋線上安裝具有測(cè)量和通信功能的新型配電開(kāi)關(guān)，能獲取大量的線路電量信息，為新方法的采用提供了可能。（3）在故障分支或者故障區(qū)段中確定故障點(diǎn)位置。為了不斷適應(yīng)配電自動(dòng)化水平的要求，許多學(xué)者對(duì)配電網(wǎng)的故障定位作了大量研究，定位方法主要可以分為三類(lèi)：（1）利用戶外故障探測(cè)器檢測(cè)的故障點(diǎn)前后故障信息的不同確定故障區(qū)段的監(jiān)測(cè)定位法。單相接地故障指示器是安裝在配電架空線路、開(kāi)關(guān)柜出線上用于指示故障電流流通的裝置。此外，在電纜線路故障定位的研究中，文獻(xiàn)[7]研制了用于配電網(wǎng)故障監(jiān)測(cè)的光電式零序電流電壓傳感器，采用零序功率相角監(jiān)測(cè)的方法定位故障分支。國(guó)內(nèi)的單相接地故障指示器主要是基于五次諧波電流法[9]。文獻(xiàn)[10] 提出了基于區(qū)段零序能量的相對(duì)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(diǎn)來(lái)確定故障區(qū)段。上述