【正文】 向?yàn)槟妇€流向線路。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。 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)。實(shí)現(xiàn)了多分支線路的故障定位?？紤]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),通過尋蹤注入的交流信號(hào)找出故障的準(zhǔn)確位置。文獻(xiàn)[32]提出利用雙端行波法來實(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)問題考慮不足。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。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。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)。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。文獻(xiàn)[18]考慮了負(fù)荷變化對(duì)故障測(cè)距的影響。文獻(xiàn)[14]提出的方法是針對(duì)配電網(wǎng)絡(luò)中架空線。文獻(xiàn)[11]提出通過監(jiān)測(cè)一條饋線上各開關(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)。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。（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)生后通過向系統(tǒng)注入信號(hào)實(shí)現(xiàn)尋跡的信號(hào)注入法。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。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。（1）人工處理模式人工處理模式的相應(yīng)的設(shè)備條件為：出線開關(guān)采用斷路器，分段開關(guān)和聯(lián)絡(luò)開關(guān)采用無遙控功能的負(fù)荷開關(guān)，并在負(fù)荷開關(guān)和線路分支處安裝故障指示器。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。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、耐受過電壓的能力低、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和周圍環(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。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。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)問題，本文的主要研究工作如下：1．針對(duì)故障區(qū)段定位問題，提出一種綜合區(qū)段定位方法。論文應(yīng)力求有作者自己的創(chuàng)見和觀點(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。2．針對(duì)故障點(diǎn)定位問題，提出一種參數(shù)辨識(shí)法。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。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。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)。（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。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。（3）在故障分支或者故障區(qū)段中確定故障點(diǎn)位置。單相接地故障指示器是安裝在配電架空線路、開關(guān)柜出線上用于指示故障電流流通的裝置。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]。上述無論基于故障指示器，還是基于FTU的方法所用均為工頻信息，但在配電網(wǎng)中工頻電流很小，且很難精確提取工頻，在實(shí)際中難以準(zhǔn)確定位。該方法主要是使用在線路終端測(cè)量得到的故障前電壓電流值，和故障后電壓電流值作為研究對(duì)象。文獻(xiàn)[19]的測(cè)距思路與文獻(xiàn)[17]一致，但針對(duì)的中性點(diǎn)非直接接地系統(tǒng)。 文獻(xiàn)[21]基于對(duì)稱分量分解的原理，建立了線路分布參數(shù)模型；從單相接地的特點(diǎn)出發(fā)，根據(jù)正、負(fù)、零序電流分量的模值、相角均相等的邊界條件構(gòu)造測(cè)距函數(shù)計(jì)算故障距離，搜索測(cè)距函數(shù)的最小值以確定故障點(diǎn)位置。（2）利用暫態(tài)量的方法基于故障暫態(tài)電流中含有大量的高頻和直流分量，以下文獻(xiàn)探討了配電網(wǎng)中，從發(fā)生接地故障的電流、電壓及相關(guān)電氣量找到富含故障信息與故障距離關(guān)系的特征。本文指出只有某些特定頻段的分量對(duì)故障點(diǎn)位置的變化較為敏感，而對(duì)于故障點(diǎn)定位，哪個(gè)頻段分量最能反映故障點(diǎn)位置是不知的。以上所述方法的共同缺點(diǎn)：神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的方法需要大量的樣本進(jìn)行訓(xùn)練，而這在實(shí)際中不可能得到。 信號(hào)注入法（1）S注入法該法是利用故障時(shí)暫時(shí)閑置的電壓互感器注入交流信號(hào)電流,通過檢測(cè)故障線路中注入信號(hào)的路徑和特征來實(shí)現(xiàn)故障測(cè)距和定位。（2）加信傳遞函數(shù)法文獻(xiàn)[36]提出在故障出線處加方波診斷信號(hào)根據(jù)故障后電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的變化,用頻域分析進(jìn)行定位的單端測(cè)距算法。缺點(diǎn)：理論上可行，在實(shí)用化方面存在很多困難和限制，未得到推廣應(yīng)用。并用EMTP故障仿真數(shù)據(jù)在MATLAB計(jì)算程序中檢驗(yàn)其定區(qū)段效果。而消弧線圈對(duì)于暫態(tài)量中的高頻分量相當(dāng)于開路，所以中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)和經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)的暫態(tài)過程基本是相同的。此電流要從A相流回去，因此從A相流出的電流為。電容性無功功率的實(shí)際方向?yàn)橛赡妇€流向線路。對(duì)于圖21(b)所示的零序網(wǎng)，零序電壓源 的瞬時(shí)值為： （210）式中：—— 正常狀態(tài)的相電壓幅值；—— 故障時(shí)刻的A相（故障相）電壓相角。其中三次諧波電流因?yàn)橄到y(tǒng)的三相對(duì)稱性，在三相星形聯(lián)結(jié)和三角形聯(lián)結(jié)中均無法流通，而僅在三角形閉合回路中流通。中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)單相接地故障的零序網(wǎng)絡(luò)中，零序電流通路上的主要元件為線路的零序?qū)Φ刈杩购拖【€圈的阻抗。將此邊界條件代入公式(213)，有 （214）則從線路始端看入的線路零序輸入阻抗為 （215）代入單位長(zhǎng)度的零序線路參數(shù) （216）便是 （217）式中：、—— 線路單位長(zhǎng)度的零序電阻、電感和電容；—— 線路長(zhǎng)度。即阻抗角由90176。線路阻抗的頻率特性自然也影響到線路電流諧波的性質(zhì)。隨著諧波次數(shù)的升高，對(duì)于一定頻率以上的零序電流諧波而言，中性點(diǎn)上的消弧線圈基本上相當(dāng)于開路。在區(qū)段定位研究中，只需研究配網(wǎng)中的樹狀結(jié)構(gòu)，拓?fù)鋱D可以由圖25表示。（2）故障線路上：1）故障點(diǎn)下游檢測(cè)點(diǎn)檢測(cè)的也是其下游線路自身阻抗，相頻特性和暫態(tài)信號(hào)特性等同于健全線路檢測(cè)點(diǎn)。雖然檢測(cè)點(diǎn)處入端阻抗和簡(jiǎn)單均勻線路入端阻抗相比，其相頻特性要復(fù)雜的多，存在更多的串并聯(lián)諧振過程，且諧振頻率間隔不再固定。（1）的確定選為3 倍的工頻即可有效地消除消弧線圈的影響，也可選為更高頻率如4 倍工頻，可更有效地消除消弧線圈的影響。2）對(duì)經(jīng)常改變線路運(yùn)行結(jié)構(gòu)或線路結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜的系統(tǒng)，故障線路故障點(diǎn)上游檢測(cè)點(diǎn)檢測(cè)的零序阻抗的推導(dǎo)非常復(fù)雜，且每個(gè)檢測(cè)點(diǎn)得到的上限頻率為最保守的估計(jì)。稱首次串聯(lián)諧振為故障的主諧振，其頻率為主諧振頻率。因此，如果根據(jù)主諧振頻率增加一定閾值的方法確定特征頻段，則所有檢測(cè)點(diǎn)特征頻段是統(tǒng)一的。對(duì)應(yīng)圖220，暫態(tài)零序電流從故障虛擬電源輸出，經(jīng)故障區(qū)段分配到各健全區(qū)段。最后考慮了各種影響因素，采用ATP—EMTP和Matlab軟件，對(duì)配電網(wǎng)單相接地故障進(jìn)行故障仿真研究，驗(yàn)證本章提出的綜合區(qū)段定位方案。 基本原理傳統(tǒng)利用工頻分量的方向檢測(cè)和保護(hù)，主要是根據(jù)電壓電流間的相位差判斷電壓超前或滯后于電流來確定故障電流流向。假設(shè)網(wǎng)絡(luò)中有個(gè)檢測(cè)點(diǎn)，條出線，一般區(qū)段由2個(gè)或3個(gè)檢測(cè)點(diǎn)即可確定，可令。若有[1 ]，則說明故障點(diǎn)在由這幾個(gè)檢測(cè)點(diǎn)（1，2，3）確定的區(qū)段內(nèi)；若有[1 ]，則說明故障點(diǎn)有可能在檢測(cè)點(diǎn)3的下游。 算法評(píng)價(jià)與適用條件根據(jù)文[45]和本文的仿真結(jié)果分析，當(dāng)系統(tǒng)在相電壓峰值附近發(fā)生故障，且過渡電阻不是很大時(shí)，不論故障線路還是非故障線路，其暫態(tài)電流能量主要集中在高頻帶：300～2500Hz（此時(shí)故障特征明顯，可以稱為強(qiáng)故障）。從而可據(jù)此選出故障區(qū)段[46]。4）進(jìn)一步比較檢測(cè)點(diǎn)3的下游相鄰檢測(cè)點(diǎn)，重復(fù)步驟3。（3）求取各出線端零序電流工頻分量所占比例：在各條饋線上（M條），分別求零序電流i0(k)的有效值，并求i0M的平均值。（1）系統(tǒng)仿真模型本文以圖33所示的10kV輻射型配電網(wǎng)作為仿真研究對(duì)象。c 負(fù)荷參數(shù)實(shí)際系統(tǒng)負(fù)荷千差萬別，同一線路各相之間負(fù)荷也不相同，為簡(jiǎn)便起見，本文各條線路等效負(fù)荷阻抗統(tǒng)一采用。、過渡電阻Rf=50Ω）表31區(qū)段定位過程中判斷強(qiáng)弱故障的中間結(jié)果線路L1L6L5有效值i0MK=表31第4行數(shù)據(jù)表明，工頻電流所占比例都小于λ=，因此工頻量電流所占比例較小，發(fā)生的為強(qiáng)故障，采用暫態(tài)零序電流方向比較法。表34區(qū)段定位過程中判斷故障區(qū)段的結(jié)果表34 有功低頻零序電流幅值法計(jì)算的結(jié)果區(qū)段1234567參量，故障區(qū)段判斷過程如下：1）將各檢測(cè)點(diǎn)對(duì)應(yīng)值寫入矩陣。為中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)，所以無須確定工頻分量的含量，直接采用暫態(tài)零序電流方向比較法。為中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)，所以無須確定工頻分量的含量，直接采用暫態(tài)零序電流方向比較法。2）利用零序電流有功分量方法在過渡電阻很大（1000Ω以上）或者小初相角時(shí)適用。4 參數(shù)辨識(shí)的故障定位方法4 配電網(wǎng)中故障點(diǎn)定位的參數(shù)辨識(shí)法 引言配電網(wǎng)發(fā)生單相接地故障后，如何快速、準(zhǔn)確的確定故障區(qū)段和故障點(diǎn)位置對(duì)于提高系統(tǒng)的可靠性，減少停電損失具有重要意義。 參數(shù)辨識(shí)的理論基礎(chǔ) 參數(shù)辨識(shí)的基本概念 辨識(shí)的目的就是根據(jù)過程所提供的測(cè)量信息，在某種準(zhǔn)則意義下估計(jì)出模型的未知參數(shù)，其基本原理如