【正文】 量 分布情況，通過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。如下圖 所示。 FA 的實(shí)現(xiàn) 不同母線的兩條出線通過聯(lián)絡(luò)開關(guān) S 3 聯(lián)成手拉手供電環(huán)，在正常情況下，出口 開關(guān)（斷路器） CB CB2 和分段開關(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。 RTU 主要的功能有： （ 1）采集并發(fā)送狀態(tài)量信息，遙信變位主動 上報 （ 2）采集并發(fā)送數(shù)字量 （ 3）采集并發(fā)送模擬量測值 （ 4）采集并發(fā)送脈沖計數(shù)值 （ 5）過電流識別（短路、過流、浪涌） （ 6）故障區(qū)段的自動隔離和恢復(fù) （ 7）接受并執(zhí)行遙控命令 （ 8）接受并執(zhí)行校時命令 （ 9）被測量越死區(qū)傳送 （ 10）越限告警 （ 11）事件順序記錄并向遠(yuǎn)方傳送，站內(nèi)分辨率 10ms （ 12）交流采樣 （ 13）接地故障報告 （ 14）程序自調(diào)，單端運(yùn)行 （ 15）支持主動上報規(guī)約 （ 16）通道監(jiān)視 （ 17）裝置自診斷，遠(yuǎn)程診斷 （ 18）遠(yuǎn)程參數(shù)下載 （ 19）自帶 UPS （ 20）與主站及當(dāng)?shù)?保護(hù)設(shè)備通信功能 配變監(jiān)測終端（ TTU）是安裝于共用變壓器旁的監(jiān)測終端裝置。 主站與其他系統(tǒng)間的通信 配電自動化主站系統(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 可將配電自動化系統(tǒng)的信息，按要求傳送給 EMS；同時，配電自動化系統(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。配電自動化的許多功能都要通過通訊系統(tǒng)來進(jìn)行，一個完善、高速可靠的通訊網(wǎng) 絡(luò)，對配電自動化的實(shí)時監(jiān)控起著至關(guān)重要的作用。應(yīng)用軟件以配網(wǎng)實(shí)時數(shù)據(jù)庫為 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)不同的自動化功能。在此基礎(chǔ)之上提供配網(wǎng)自動化軟件支持平臺，包括數(shù)據(jù)庫軟件、 人機(jī)交互軟件、通信軟件、分布式的配電監(jiān)控、管理應(yīng)用軟件。系統(tǒng)硬件設(shè)備及接口符合國際工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。為了提高網(wǎng)絡(luò)的快速可靠性，主站 系統(tǒng)一般采用高速以太網(wǎng)雙機(jī)配置、互為備用。下面分別這三部分進(jìn)行簡述。與其它自動化系統(tǒng)比 ,它在使用上的特點(diǎn)是協(xié)調(diào)和 集成 ,在充分?jǐn)?shù)據(jù)共享的基礎(chǔ)上發(fā)揮集成后系統(tǒng)整體的性能以支持和帶動電力企業(yè) 業(yè)務(wù)和管理水平的提高。從而配合配 電自動化主站實(shí)現(xiàn)城區(qū)配網(wǎng)運(yùn)行中的工況監(jiān)測、網(wǎng)絡(luò)重 構(gòu)、優(yōu)化運(yùn)行。開閉所 RTU 通過光纖華北電力大學(xué)碩士學(xué)位論文 7 第二章 配電自動化系統(tǒng)概述 配電自動化系統(tǒng)構(gòu)成 配電自動化的內(nèi)容是對城域所轄的柱上開關(guān)、開閉所、配電變壓器進(jìn)行監(jiān)控和 協(xié)調(diào)。主站通過 FTU 的測量實(shí)現(xiàn)配網(wǎng)的 SCADA 功能，并 能通過對各 FTU 的控制實(shí)現(xiàn)配網(wǎng)的故障識別、故障隔離、網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)及 配網(wǎng)的無功 / 電壓控制和優(yōu)化運(yùn)行等功能。 FTU 是安裝在柱上開關(guān)的現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集、控制終端裝置。目前較常用的協(xié)議有 ， IEC8705101 等。因此，除了要規(guī)劃合理的通 訊子網(wǎng)的結(jié)構(gòu)外，在通訊協(xié)議的選擇和站端對終端設(shè)備的巡測方式的設(shè)計上，同樣 也得合理地選擇。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。該層的通訊網(wǎng)絡(luò)，基本是一個一 點(diǎn)對多點(diǎn)的結(jié)構(gòu)。 主站與配電終端間通信 該層是配電自動化通訊系統(tǒng)中關(guān)鍵的一個層。華北電力大學(xué)碩士學(xué)位 論文 9 通。 （ 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。結(jié)合邏輯空間信息模型，提出了一種分析故障定位的邏 輯算法。本文結(jié)合 配電自動化系統(tǒng) FTU/RTU 的測量功能特點(diǎn)，深入分析了小電流接地系統(tǒng) 發(fā)生單相接地故障時不同位置 FTU/RTU 測量值的特征，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。因此，通過 FTU/RTU 可方便地獲得反映饋電線路在該節(jié)點(diǎn)處的相關(guān)信息，這些信息 數(shù)據(jù)通過配電自動化系統(tǒng)的通信通道向后臺系統(tǒng)報送。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。傳 統(tǒng)的饋線已被分段開關(guān)區(qū)段化，在實(shí)現(xiàn)配網(wǎng)自動化的線路上裝設(shè)有監(jiān)控開關(guān)的 FTU， FTU 可通過隨開關(guān)裝設(shè)的 CT、 PT 方便地測量得到線路上開關(guān)處的三相電流、三相 電壓等電氣量和信號量。但該理論目前尚處于初步探索階段，對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。 單相接地故障保護(hù)的背景 電網(wǎng)中性點(diǎn)接地方式不同，接地故障處理方 式也各異。 配電自動化系統(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，配電自動化系統(tǒng)通過與該系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊 并獲取有關(guān)信息，同時，根據(jù)需要，可向調(diào)度自動化系統(tǒng)提供配網(wǎng)的相關(guān)數(shù)據(jù)。 依照配電自動化系統(tǒng)應(yīng)完成的功能要求，考慮若干年內(nèi)的發(fā)展需要，配電自動 化系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)包括以下子系統(tǒng)：配電中心主站系統(tǒng)、通信系統(tǒng)和配電自動化終 端系統(tǒng)。 配電自動化系統(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 開關(guān)、變壓器，隨著城網(wǎng)改造工作的開展，也出現(xiàn)了越來越多的箱式變電站 、電纜 分支箱、小型開閉站等組合式設(shè)備。 配電自動化概述 所謂配電自動化，即“利 用現(xiàn)代電子、計算機(jī)、通信及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，將配電網(wǎng)在 線數(shù)據(jù)和離線數(shù)據(jù)、配電網(wǎng)數(shù)據(jù)和用戶數(shù)據(jù)、電網(wǎng)結(jié)構(gòu)和地理圖形進(jìn)行信息集成 , 構(gòu)成完整的自動化系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)及其設(shè)備正常運(yùn)行及事故狀態(tài)下的監(jiān)測、保護(hù)、 控制、用電和配電管理的現(xiàn)代化”。雖然這種接地方式會由于非故障相對地電壓可升高到 3倍，而對設(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。據(jù)電力運(yùn)行部門統(tǒng)計，每年發(fā)生單相 接地故障的次數(shù)占年故障總次數(shù)的 80%強(qiáng)。 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)。但實(shí)際上，系統(tǒng)中 五次諧波電壓數(shù)值較小且不穩(wěn)定，受系統(tǒng)電壓水 平、運(yùn)行方式、負(fù)荷狀態(tài)等因素的影響，完全依賴于諧波特征進(jìn)行選線，工作的可 靠性沒有保證。 消弧線圈對五次諧波呈現(xiàn)高阻抗，此時的電感電流遠(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。利用零序 有功功率的大小及方向可選出故障線路。對于消弧線圈接地系統(tǒng)，完全依賴于五次諧波的 特征選線，信號過于微弱，可靠性不能保證。此法在實(shí)踐中得到了補(bǔ)充 和發(fā)展，衍生出了一系列補(bǔ)充方案。對中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)，比幅比相對基波進(jìn)行。 然后對它們的相位進(jìn)行比較，相位與其它兩相相反的為故障線路。 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，認(rèn)為發(fā)生了單相接 地故障。這些特征可以在穩(wěn)態(tài)的基波和諧波電流、電壓中找出（例如 7 次諧波），還可以在電磁暫態(tài)過程中找出。在我國，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 小時而不立即跳閘，近年來，一些城市電網(wǎng)改用經(jīng)電阻接地的運(yùn)行方 式。在日本，電網(wǎng)主要是不接地或經(jīng)高阻接地，高阻接地系統(tǒng)采用零 序過電流保護(hù)跳閘；不接地系統(tǒng)主要采用零序功率方向繼電器。而且非故障相的暫態(tài)電流流過故障線路可以形成回路，此電流中包 含了故障距離的信息。但是故障饋線上故障相總的暫態(tài)電流分量要受到相關(guān)系 統(tǒng)非故障線路對地電容的大小、故障時刻相電壓的角度、故障過渡電阻、故障饋線 的不對稱性以及系統(tǒng)運(yùn)行方式和結(jié)構(gòu)等諸多不確定因素的 影響，因此利用故障相的 暫態(tài)電流分量進(jìn)行故障定位并沒有解決故障定位的精確度問題。 由此可見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)。所需時間長，有可能在此期間引起系統(tǒng)中的第二點(diǎn)接地， 造成線路自動跳閘。 文獻(xiàn) [17] [17 提出了基于“ S 注入法”的選線定位原理，它利用故障時閑置的電壓 互感器注入交流信號電流，在故障線路中跟蹤尋找所注入信號的通路進(jìn)行故障定 位。 例如：文獻(xiàn) [17] [17] 提出了利用單相接地故障后的故障電壓和電流的特點(diǎn)進(jìn)行定 位，存在問題是故障測距精度隨過渡電阻發(fā)生很大變化，而且模擬驗(yàn)證費(fèi)時復(fù)雜， 實(shí)用意義差，尚需要做進(jìn)一步的研究。在故障定位方面，近年來也有許多研 究，但由于各種不利因素 的存在，一直沒有很好的解決故障定位的精確度問題。經(jīng)過多年的探討已經(jīng)有多種故障選線的原理和方法。 本課題基于上述配網(wǎng)自動化系統(tǒng)平臺 ，融合傳統(tǒng)的多種選線原理和分析方法， 對配網(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)這些故障選線原理研發(fā)的選線裝置，還不具備在電力系統(tǒng)中推廣應(yīng)用的可靠性 和準(zhǔn)確性。根據(jù)小波變換的模極大值檢測理論，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。它的缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜， 要附加信號源，探測儀等額外的設(shè)備，且探頭的靈敏度和可靠性易受各種外界因素 影響而選線不準(zhǔn)確，總在自動化站及無人值守站使用不便，高阻接地不準(zhǔn)確。應(yīng)用此法還可進(jìn)行 運(yùn)行方式的識別，區(qū)分配電網(wǎng)諧振狀態(tài)與單相接地狀態(tài) [17] 。只要檢測各 線路中有無注入信號電流，便可進(jìn)行故障選線。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)。 暫態(tài)首半波法是利用發(fā)生單相接地的瞬間（ u(t)=0 除外）非故障線路暫態(tài)零序 電流和電壓首半波的方向相同，暫態(tài)零序功率由母線流向線路；而對于故障線路暫 態(tài)零序電流和電壓首半波的方向相反，暫態(tài)零序功率由線路流向母線，據(jù)此可選出 故障線路。這樣就可以估算出高阻接地（例如 30～ 100kO）故障時的接 地電阻值。 中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地時，雖然調(diào)諧電感只在一個不大的范圍內(nèi)變動，但系統(tǒng) 的零序阻抗卻接近于無窮大。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)會大大增加。從限制弧光接地過電壓的角度考慮，電弧 從點(diǎn)燃到熄滅期間，因系統(tǒng)所積累的多余電荷能夠通過接地電阻泄漏掉，故基本上 不會產(chǎn)生間歇性電弧接地過電壓。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，有時甚至在正常運(yùn)行情況下也會引起通信干擾。 課題背景和意義 中性點(diǎn)接地方式概述 配電網(wǎng)中性點(diǎn)接地方式的選擇需要從技術(shù)上進(jìn)行分析，同時兼顧經(jīng)濟(jì)成本，應(yīng) 結(jié)合電網(wǎng)的現(xiàn)狀與發(fā)展規(guī)劃進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，全面考慮，使系統(tǒng)具有更優(yōu)的技術(shù) 經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，避免因決策失誤而造成不良后果。隨著我國配電網(wǎng)改造的不斷深入和配網(wǎng)自動化系統(tǒng)試點(diǎn)的逐 步開展，對小電流接地系統(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。對于配電網(wǎng)的單相接地保護(hù)，人們長期以來研究頗多，提出了許多原 理和分析方法，也研制出了許多基于不同原理和方法的保護(hù)裝置，但由于受到諸多 條件和因素的限制，對單相接地故障的處理基本上停留在故障選線這一層面。文中還對算法的形成予以理論推導(dǎo)并給出算法 誤差容錯函數(shù)，具體算例的分析結(jié)果從多個側(cè)面驗(yàn)證了該算法的正確性和有效性。摘要 I 摘 要 本文基于配網(wǎng)自動化系統(tǒng)平臺，在分析和研究用于單相接地故障判據(jù)的諸多電 氣特征量的基礎(chǔ)上，構(gòu)建了三維邏輯空間分析模型，提出了一種接地故障定位的新 算法。該算法綜合考慮了配電網(wǎng)絡(luò)中的各個節(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)。 關(guān)鍵詞：配網(wǎng)自動化，小電流接地系統(tǒng)，特征判據(jù)，空間分析模型，邏輯算法，故 障定位 ABSTRACT Based on the platform of Distribution Automation, this paper does some research and analysis on several electric characteristics, from which single phasetoground fault could be distinguished. In the paper, a logical space of model is built and a new logical algorithm is proposed. This algorithm c