【正文】 國(guó)內(nèi)的配網(wǎng)故障點(diǎn)定位研究中多利用的為穩(wěn)態(tài)電氣量，但在小電流接地系統(tǒng)中，電氣量基波分量的幅值變化不明顯，因此實(shí)際上難于使用單一饋線所觀測(cè)的穩(wěn)態(tài)基頻分量實(shí)現(xiàn)故障點(diǎn)定位。通過EMTP仿真數(shù)據(jù)和現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)在MATLAB仿真程序中的驗(yàn)算表明，在各種故障條件下都能正確判定故障區(qū)段，而且具有較高的靈敏度。所以故障點(diǎn)在檢測(cè)點(diǎn)3的下游；綜合分析判別故障區(qū)段為區(qū)段5。所以故障點(diǎn)在檢測(cè)點(diǎn)2的下游；4）進(jìn)一步比較檢測(cè)點(diǎn)2下游相鄰檢測(cè)點(diǎn)處值，即[2 ]：，計(jì)算，；計(jì)算，所以故障點(diǎn)在檢測(cè)點(diǎn)5的下游。求的比值 ： 。所以故障點(diǎn)在檢測(cè)點(diǎn)2的下游；4）進(jìn)一步比較檢測(cè)點(diǎn)2下游相鄰檢測(cè)點(diǎn)處值，即[2 ]：，計(jì)算，；計(jì)算，所以故障點(diǎn)在檢測(cè)點(diǎn)5的下游。 仿真實(shí)驗(yàn)及分析在單相接地故障仿陣實(shí)驗(yàn)時(shí)，分別考慮了故障位置、故障時(shí)刻、過渡電阻等因素對(duì)零序電流的影響。圖33 10kv輻射型配電網(wǎng)仿真模型拓?fù)鋱D建立檢測(cè)點(diǎn)關(guān)聯(lián)矩陣：（2）模型參數(shù)的確定a本仿真模型采用文[72] 提供的架空線路標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)，即：線路正序阻抗為，正序?qū)Φ貙?dǎo)納為， 零序阻抗為，零序?qū)Φ貙?dǎo)納為。（7）若M2條需要判斷的線路中，至少有M21條線路電流集中在工頻，則認(rèn)為此次為弱故障。 綜合區(qū)段定位方法的實(shí)現(xiàn)，綜合其優(yōu)點(diǎn)，可以構(gòu)成基于暫態(tài)零序電流方向比較的綜合區(qū)段定位方法。即矩陣的第1行對(duì)應(yīng)值，此例中為[1 ]。這種方法利用的電流值較大，算法誤差小，能適應(yīng)大多數(shù)故障情況，可以作為故障線路的主要判斷方法。對(duì)于檢測(cè)點(diǎn)2，從而排除故障點(diǎn)在檢測(cè)點(diǎn)2的下游的可能。 依據(jù)此關(guān)系，判別故障區(qū)段過程（以圖210中區(qū)段c發(fā)生故障為例）：1）建立檢測(cè)點(diǎn)關(guān)聯(lián)矩陣，并將各檢測(cè)點(diǎn)對(duì)應(yīng)值寫入矩陣，此例中為： （311）2）比較各出線端檢測(cè)點(diǎn)處值，即所建立矩陣第0行對(duì)應(yīng)值，此例中為[0 ]。1）健全線路及故障線路故障點(diǎn)下游各點(diǎn)檢測(cè)的暫態(tài)電壓和分解出的暫態(tài)電容電流滿足： （31）2）故障線路故障點(diǎn)上游各點(diǎn)檢測(cè)的暫態(tài)電壓電流滿足： （32）式中：—— 該點(diǎn)背側(cè)零序等效電容。也即對(duì)于某檢測(cè)點(diǎn)，若能判斷流經(jīng)該檢測(cè)點(diǎn)的暫態(tài)零序容性電流的方向。3 配電自動(dòng)化系統(tǒng)小電流接地故障區(qū)段定位方法3 配電網(wǎng)中故障區(qū)段定位的綜合區(qū)段定位方法本章在分析單相接地故障時(shí)各檢測(cè)點(diǎn)處暫態(tài)零序電流特性的基礎(chǔ)上，提出利用暫態(tài)零序電流方向法來進(jìn)行區(qū)段定位。研究區(qū)段暫態(tài)零序容性電流方向特性，簡(jiǎn)化零序等效網(wǎng)絡(luò)如上圖。顯然有。主諧振頻率：?jiǎn)蜗嘟拥毓收蠒r(shí)，暫態(tài)過程為整個(gè)故障分量網(wǎng)絡(luò)在故障點(diǎn)突然加入的虛擬電源激勵(lì)下的零狀態(tài)相應(yīng)。 （222） （223） （224） （225） （226）圖29零序阻抗頻率特性曲線圖29中上方圖為長(zhǎng)度為線路零序阻抗相頻關(guān)系，中間圖為零序阻抗相頻關(guān)系，下方圖為長(zhǎng)度線路零序阻抗相頻關(guān)系。 在區(qū)段定位問題中，特征頻帶可定義為：小電流接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，將零序網(wǎng)絡(luò)中從0 到該檢測(cè)點(diǎn)檢測(cè)零序阻抗的最小串聯(lián)諧振頻率之間的頻段定義為該檢測(cè)點(diǎn)的特征頻段，簡(jiǎn)稱為SFB。上交變的方波函數(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)。圖26 五個(gè)區(qū)段的配網(wǎng)拓?fù)鋱D 區(qū)段定位中的特征頻帶概念：各健全線路零序阻抗在發(fā)生第一次串聯(lián)諧振以前（）呈現(xiàn)容性，也就是在時(shí)，健全線路零序電流為容性。而這第一個(gè)容性頻帶里的其他諧波分量（即頻帶內(nèi)的諧波），受到的消弧線圈感性補(bǔ)償都較工頻基波小，所以仍為幅值較大的容性電流。即對(duì)基波電流分量有如下關(guān)系： （218）式中：—— 過補(bǔ)償度；—— 消弧線圈電感；—— 全系統(tǒng)對(duì)地電容和；——消弧線圈電流的基波分量；——系統(tǒng)對(duì)地容性電流的基波分量。的過零點(diǎn)頻率對(duì)應(yīng)于阻抗值的梳狀尖峰點(diǎn)（此時(shí)線路發(fā)生并聯(lián)諧振）。以第一個(gè)交變頻帶為首的奇數(shù)次頻帶 都是阻抗角為90176。由圖22可得 （211）解得 （212）式中：—— 線路特性阻抗；—— 線路傳播系數(shù)；—— 單線路末端電壓、電流。具體到中性點(diǎn)非直接接地系統(tǒng)的零序網(wǎng)絡(luò)中，就是要分析故障零序電流的諧波是容性電流還是感性電流。另外，當(dāng)一個(gè)正弦電壓輸入變壓器后，由于繞組鐵芯的鐵磁材料具有非線性的飽和特性，其輸出電壓將發(fā)生畸變。②當(dāng)采用過補(bǔ)償方式時(shí)，流經(jīng)故障線路的零序電流將大于本身的電容電流，而電容性無功功率的實(shí)際方向仍為母線流向線路，和非故障線路的方向一樣；因此，在這種情況下，首先無法利用功率方向的差別來判斷，其次由于過補(bǔ)償度不大，也難利用零序電流的大小來判斷。上述故障線路電流特點(diǎn)對(duì)消弧線圈接地系統(tǒng)不再適用。這時(shí)的電容電流分布如圖21(a)示。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(guān)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(hào)穩(wěn)態(tài)分量。缺點(diǎn)是需要外加聲頻信號(hào)，分支上的故障點(diǎn)位置只能歸結(jié)為分支與主支的聯(lián)結(jié)點(diǎn)，確切故障距離無法確定，且采用線路兩側(cè)信息，需要數(shù)據(jù)通信，實(shí)用性不強(qiáng)。文獻(xiàn)[39]通過試驗(yàn)進(jìn)一步驗(yàn)證了利用傳遞函數(shù)法實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)故障定位的可行性和有效性。文獻(xiàn)[35] 針對(duì)此要求，在基于注入信號(hào)電流定位法的基礎(chǔ)上,提出了“直流開路,交流尋蹤”的離線故障定位新方法。文獻(xiàn)[30][31]中提出的兩種方法從理論上可行，但由于配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，在混合線路接頭處，行波在波阻抗不連續(xù)點(diǎn)的折射和反射造成線路一端測(cè)得的行波波形特別復(fù)雜，很難識(shí)別故障點(diǎn)的反射波。文獻(xiàn)[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(cè)距的基本依據(jù)，不受系統(tǒng)運(yùn)行方式的影響，主要受故障距離的影響。文獻(xiàn)[26]利用PRONY算法對(duì)小電流接地系統(tǒng)的故障電流暫態(tài)過程進(jìn)行分析，指出對(duì)于不同的故障點(diǎn)位置，故障暫態(tài)信號(hào)中的某些分量呈現(xiàn)一定規(guī)律的變化。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。阻抗測(cè)距方法優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)單經(jīng)濟(jì)，缺點(diǎn)是受限于系統(tǒng)建模，參數(shù)簡(jiǎn)化，分量提取等環(huán)節(jié)勢(shì)必產(chǎn)生原理性誤差。 文獻(xiàn)[17]應(yīng)用相電壓、電流相量，按照高壓輸電線路單端測(cè)距方法中零序電流修正的思路，來實(shí)現(xiàn)故障距離的求解。阻抗法多在國(guó)外的文章中探討，國(guó)外配電系統(tǒng)大多為中性點(diǎn)直接接地方式，故其關(guān)于配電系統(tǒng)的研究成果只能起到參考作用。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)來確定故障區(qū)段。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。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：（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。在饋線上安裝具有測(cè)量和通信功能的新型配電開關(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。這種模式通過現(xiàn)場(chǎng)的FTU將檢測(cè)到的故障信息通過通訊設(shè)備上傳到主站，由主站通過接收到的故障指示信息和配電網(wǎng)的實(shí)時(shí)拓?fù)湫畔?，按照一定的故障處理算法確定故障區(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)。按照配電自動(dòng)化的發(fā)展過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]。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。但隨著城市配電網(wǎng)的高速發(fā)展，配網(wǎng)結(jié)構(gòu)越來越復(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。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。 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)議書指導(dǎo)教師評(píng)語：建議成績(jī)： 指導(dǎo)教師簽名： 年 月 日答辯小組意見：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： 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。論證有理有據(jù)，具有說服力。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)域信息通過最小二乘優(yōu)化算法來辨識(shí)出故障點(diǎn)位置。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。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。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)過程，稱為配電自動(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)。這種模式是通過智能化開關(guān)設(shè)備的相互配合進(jìn)行開關(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。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）出線開關(guān)具有開斷短路故障電流的能力，線路分段開關(guān)具備開斷正常工作電流的能力；（2）出線開關(guān)、線路分段開關(guān)具有三相電流電壓傳感器，以獲取三相電流、電壓信號(hào)。在傳統(tǒng)的故障定位過程中，配電網(wǎng)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(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。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)前的線路周圍存在由負(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。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)。 故障分析法故障分析法是利用故障時(shí)記錄下來的電壓、電流量，通過分析計(jì)算，求出故障點(diǎn)的距離。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。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。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。文獻(xiàn)[25]引入模擬退火算法用于測(cè)距。所用分量為暫態(tài)量中的某些特定頻段分量。（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)各種類型短路故障的測(cè)距。文獻(xiàn)[33][34]探討了S注入法。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(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。（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。（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。這一現(xiàn)象，為尋找電流的特征差異、進(jìn)而提出新的區(qū)段定位判