【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 有遠(yuǎn)程通信接口的控制器，該控制器具有相應(yīng)的硬件接口電路將三相電壓、電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為零序電壓、零序電流信號(hào)。 以上 三種方式的故障隔離和恢復(fù)供電都是在發(fā)生相間短路時(shí)起作用的，對(duì)于單相接地，因單相接地故障電流較小，不需要立即停電，單相接地故障的識(shí)別只能依靠變電站中的接地選線裝置實(shí)現(xiàn)。 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。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。 單相接地故障定位的研究現(xiàn)狀分析 單相接地故障定位要解決的主要問(wèn)題包括三部分 :（ 1） 當(dāng)母線上有很多出線時(shí)，首先需要進(jìn)行故障選線 。（ 2）選出故障線后，因?yàn)橐粭l配電線上可能有很多分支線，需要確定故障點(diǎn)所在的分支或者故障區(qū)段 。（ 3）在故 障分支或者故障區(qū)段中確定故障點(diǎn)位置。 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。 目前國(guó)內(nèi)外對(duì)故障定位的研究大多數(shù)集中在第一部分。故障選線問(wèn)題經(jīng)過(guò)多年的研究已經(jīng)取得了不少的研究成果，而如何確定故障區(qū)段和故 障點(diǎn)位置卻缺乏成熟的研究成果。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 緒論 3 （ 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。 （ 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。 監(jiān)測(cè)定位法 監(jiān)測(cè)定位法就是在配電線路的主要節(jié)點(diǎn)加裝故障探測(cè)器，將故障信息加以匯總分析，得到故障所在區(qū)段。目前常用的戶外故障探測(cè)器有線路故障指示器和線路 FTU兩種，都是根據(jù)故 障點(diǎn)前后故障信息的不同確定故障所在區(qū)段。 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。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。由于零序電流與電網(wǎng)的分布電容大小及接地方式有關(guān) ,此方法探測(cè)精度不高。國(guó)內(nèi)關(guān)于 這方面的文獻(xiàn)不多，國(guó)外對(duì)此已有研究和應(yīng)用，如挪威分段懸掛在線路和分叉點(diǎn)上的懸掛式接地故障指示器等，其投資較大，不利于大面積推廣。 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。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。這些文獻(xiàn)展示了國(guó)外的一些研究方向和具體應(yīng)用。但是根據(jù)我國(guó)配網(wǎng)特點(diǎn)，及投資成本，這些方法在實(shí)用上還存在一些問(wèn)題。 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]。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)。但由于 5 次諧波幅值較小，不易檢測(cè)，如何提高檢測(cè)裝置的靈敏度和抗干擾能力，是其推廣應(yīng)用的關(guān)鍵。 在饋線上安裝具有測(cè)量和通信功能的 FTU，為新方法的采用提供了可能。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。 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)。文獻(xiàn) [12]提出類似的方法，不過(guò)不是基于相量和，而是基于區(qū)段零序電流的有效值法。 文獻(xiàn) [13]將有功分量方向保護(hù)法和 sinI ?? 法兩種方法融合、改進(jìn)，提出了一種配合 FTU工作的小電流系統(tǒng)單相接地故障定位方法 — 零序電流增量法。 1 緒論 4 上述無(wú)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。 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。 （ 1）故障分析法 故障分析法中，阻抗法是一種常用的一種方法。阻抗法的故障測(cè)距原理是假定線路為均勻線，計(jì)算出的故障回路阻抗或電抗與測(cè)量點(diǎn)到故障點(diǎn)的距離成正比，根據(jù)故障時(shí)刻測(cè)量到的電壓，電流量計(jì)算出故障回路的阻抗，從而求出故障距離。 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) [14]提出的方法是針對(duì)配電網(wǎng)絡(luò)中架空線。故障測(cè)距的算法是基于暫態(tài)電壓（為故障后總電壓和故障前穩(wěn)態(tài)電壓的差值），并結(jié)合特殊的濾波技術(shù)，準(zhǔn)確的從被測(cè)故障信號(hào)中提取基頻相位。 文獻(xiàn) [15]提出了一種故障定位裝置的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)思路，該裝置是用來(lái)對(duì)輻射狀變電站饋電線和配電線路進(jìn)行故障測(cè)距的。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。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。其故障測(cè)距結(jié)果具有可以 接受的準(zhǔn)確性。文獻(xiàn) [14]提出的方法與文獻(xiàn) [16]類同。 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(lái)實(shí)現(xiàn)故障距離的求解。文獻(xiàn) [18]考慮了負(fù)荷變化對(duì)故障測(cè)距的影響。 國(guó)外的研究主要關(guān)注問(wèn)題：變化的負(fù)荷模型；過(guò)渡阻抗；相不平衡；多分支；沿線為架空線和電纜線的混合。利用的電氣量為基頻電氣量。 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)。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。另本文應(yīng)用 Z變換方法，將方程求 解轉(zhuǎn)為時(shí)域，利用不同時(shí)刻采樣值構(gòu)造方程組，以消除過(guò)渡電阻的影響來(lái)實(shí)現(xiàn)故障測(cè)距。但采用集中參數(shù)，且無(wú)法確定分支。 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。 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) [20]假設(shè) Z 為純阻性，采用了線路分布參數(shù)模型，精確考慮了分布電容對(duì)測(cè)距算法的影響。但本文中近似認(rèn)為線路故障分量電流全部流過(guò)過(guò)渡電阻 。 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1 緒論 5 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。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) [3]與文獻(xiàn) [21]思路一致，進(jìn)一步提出基于故障分量的單端量測(cè)距，消除了負(fù)荷電流的影響。 文獻(xiàn) [22]為改進(jìn)故障測(cè)距的計(jì)算方法，對(duì)多端測(cè)距算法進(jìn)行了研究。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(lái)了一定的誤差。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)。 上述方法總的缺點(diǎn)：所利用的電氣量為工頻量。而因小電流接地系統(tǒng)自身特點(diǎn)不同于中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)，故障前后基頻分量變化很小，且絕大多數(shù)為間歇性瞬時(shí)故障，暫態(tài)波形畸變嚴(yán)重，不可能精確提取基頻分量，故基于基頻分量的測(cè)距方法誤差必然較大 [23][24]。 （ 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。 文獻(xiàn) [25]引入模擬退火算法用于測(cè) 距。該文的方法本質(zhì)仍屬于阻抗法?；舅枷胧墙⒕€路發(fā)生接地故障時(shí)的數(shù)學(xué)模型，再根據(jù)建立的數(shù)學(xué)模型用計(jì)算機(jī)仿真，不斷改變故障分支、故障相、故障點(diǎn)位置參數(shù)及接地電阻，進(jìn)行多次組合，尋找出與測(cè)到的電壓、電流非常接近的計(jì)算值，即可找到對(duì)應(yīng)的故障點(diǎn)參數(shù)。 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(guò)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。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。所用電氣量為暫態(tài)的某些分量。 文獻(xiàn) [27]提出了基于故障后暫態(tài)電 氣量，利用時(shí)間序列小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)原理，來(lái)實(shí)現(xiàn)直配線單相接地故障測(cè)距的方法。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。所用分量為暫態(tài)量中的某些特定頻段分量。 文獻(xiàn) [28]對(duì)上文進(jìn)行了改進(jìn)，結(jié)合模糊控制理論提出適合于電力系統(tǒng)故障暫態(tài)和穩(wěn)態(tài)信號(hào)分析的小波模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法。所用分量為穩(wěn)態(tài)加暫態(tài)分量。 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。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。并提出克服故障瞬時(shí)角影響因素的校正算法。所用分量為特征頻帶（ 0~125hz）內(nèi)的暫態(tài)量。 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。 （ 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1 緒論 6 號(hào)可以實(shí)現(xiàn)各種類型短路故障的測(cè)距。行波法是利用故障產(chǎn)生的行波來(lái)計(jì)算故障距離。在輸電線路行波測(cè)距技術(shù)獲得成功應(yīng)用的基礎(chǔ)上，已經(jīng)有科研人員對(duì)配電網(wǎng)絡(luò)的故障行波測(cè)距開(kāi)展研究。 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) [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。 行波法具有不受系統(tǒng)參數(shù)、系統(tǒng)運(yùn)行方式變化，線路不對(duì)稱及互感器變換誤差等因素的影響 ,在電子技術(shù)日益發(fā)展的今天 ,利用故障產(chǎn)生的行波信息實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)故障測(cè)距具有重要研究意義。但如何解決好實(shí)際應(yīng)用中面臨的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題 ,比如行 波測(cè)距模式的確定、行波信號(hào)的獲取、架空電纜混合線路的影響，短線路、多分支線路的影響以及高阻接地故障的影響，大量配置的價(jià)格問(wèn)題等 ,是其獲得成功應(yīng)用的關(guān)鍵。 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(guò)檢測(cè)故障線路中注入信號(hào)的路徑和特征來(lái)實(shí)現(xiàn)故障測(cè)距和定位。 文獻(xiàn) [33][34]探討了 S 注入法。在發(fā)生接地故障后 ,通過(guò)三相電壓互感器的中性點(diǎn)向接地線路注入特定頻率的電流信號(hào) ,注入信號(hào)會(huì)沿著故障線路經(jīng)接地點(diǎn)注入大地 ,用信號(hào)尋跡原理即可實(shí)現(xiàn)故障選線并可確定故障點(diǎn)。 不少電力部門(mén)要求在系統(tǒng)出現(xiàn)單相接地時(shí)選出接地線路后立即停電 ,在停電狀況下進(jìn)行接地點(diǎn)定位。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(kāi)路 ,交流尋蹤”的離線故障定位新方法?？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(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。 優(yōu)點(diǎn)：適合于線路上只安裝 2 相電流互感器的系統(tǒng)。 缺點(diǎn)：注入信號(hào)的強(qiáng)度受 PT 容量限制；接地電阻較大時(shí)線路上分布電容會(huì)對(duì)注入的信號(hào)分流，給選線和定點(diǎn)帶來(lái)干擾 ；如果接地點(diǎn)存在間歇性電弧現(xiàn)象，注入的信號(hào)在線路中將不連續(xù)，給檢測(cè)帶來(lái)困難；尋找時(shí)間較長(zhǎng)，有可能在此期間引發(fā)系統(tǒng)的第 2點(diǎn)接地，造成線路自動(dòng)跳閘。 （ 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。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。 1 緒論 7 文獻(xiàn) [37]詳細(xì)推導(dǎo)了三相配電線路接 地故障定位的傳遞函數(shù)表達(dá)式。 文獻(xiàn) [38]則給出了依據(jù)傳遞函數(shù)波形的頻率，相位和幅值特征進(jìn)行故障定位的判據(jù)。 文獻(xiàn) [39]通過(guò)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。實(shí)現(xiàn)了多分支線路的故障定位。 文獻(xiàn) [40]在利用系統(tǒng)傳遞函數(shù)作為故障分析的基本方法的基礎(chǔ)上 ,提出了解決多分支配電網(wǎng)接地故障定位的特征向量法。 該法優(yōu)點(diǎn)：不受負(fù)載參數(shù)變化影響。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。 （ 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 。將模擬電路故障診斷理論應(yīng)用于