【正文】 率的頻帶范圍。 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，將零序網(wǎng)絡中從0 到該檢測點檢測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點的特征頻段，簡稱為SFB。零序諧波電流的相角主要取決于諧波電流的通路阻抗，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)。雖然檢測點處入端阻抗和簡單均勻線路入端阻抗相比，其相頻特性要復雜的多，存在更多的串并聯(lián)諧振過程，且諧振頻率間隔不再固定。的容性頻帶，以第二個交變頻帶為首的偶數(shù)次頻帶都是阻抗角為90176。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)。其入端阻抗及其特性分析的基本思路是：從背側網(wǎng)絡的每一個末梢開始，利用線路串聯(lián)和并聯(lián)阻抗特性分析方法依次遞推每個中間節(jié)點的阻抗表示形式及特性，直至該檢測點。（2）故障線路上：1）故障點下游檢測點檢測的也是其下游線路自身阻抗，相頻特性和暫態(tài)信號特性等同于健全線路檢測點。在區(qū)段定位中，需要分析線路中每個檢測點處的暫態(tài)信號特征：（1）健全線路上：各檢測點檢測的零序阻抗是下游線路自身阻抗，仍然可以看作末端開路的均勻傳輸線。圖26 五個區(qū)段的配網(wǎng)拓撲圖 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，健全線路零序電流為容性。所在位置在圖25以符號標示。在區(qū)段定位研究中，只需研究配網(wǎng)中的樹狀結構，拓撲圖可以由圖25表示。 區(qū)段的暫態(tài)零序電流特性分析 配電系統(tǒng)的結構從拓撲結構上，配電網(wǎng)可分為輻射狀網(wǎng)、樹狀網(wǎng)和環(huán)狀網(wǎng)，如圖24所示。而這第一個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償都較工頻基波小，所以仍為幅值較大的容性電流。需要注意的是第一個頻帶，由線路阻抗特性可知這個頻帶是容性的。隨著諧波次數(shù)的升高，對于一定頻率以上的零序電流諧波而言，中性點上的消弧線圈基本上相當于開路。可見，消弧線圈的感性補償作用在系統(tǒng)過補償時，能使故障線路零序電流基波分量由一個幅值較大的容性電流變?yōu)橐粋€幅值較小的感性電流。即對基波電流分量有如下關系： （218）式中：—— 過補償度；—— 消弧線圈電感；—— 全系統(tǒng)對地電容和；——消弧線圈電流的基波分量；——系統(tǒng)對地容性電流的基波分量。（2）消弧線圈對零序諧波電流的影響消弧線圈的電感值，是針對故障穩(wěn)態(tài)下的系統(tǒng)對地容性電流作過補償整定的。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)。綜合觀察圖23，可發(fā)現(xiàn)線路參數(shù)和線路長度共同影響著阻抗值的大小，而影響阻抗角的變化周期（即容性頻帶或感性頻帶的長度）卻只有線路長度。的過零點頻率對應于阻抗值的梳狀尖峰點（此時線路發(fā)生并聯(lián)諧振）。的過零點頻率對應于阻抗值的最低點（此時線路發(fā)生串聯(lián)諧振），阻抗角由90176。即阻抗角由90176。的感性頻帶。以第一個交變頻帶為首的奇數(shù)次頻帶 都是阻抗角為90176。Skm)1線路28 + 2線路15 + 3線路15 + 圖23 低頻帶（0～10kHz）內(nèi)不同長度、參數(shù)線路的阻抗頻率特性可見線路零序阻抗的相頻特性（見圖23左側三個小圖）是在正負90176。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）代入單位長度的零序線路參數(shù) （216）便是 （217）式中：、—— 線路單位長度的零序電阻、電感和電容；—— 線路長度。如以線路長度l代入x，則可得線路始端的電壓、電流為 （213）本文分析的是線路零序輸入阻抗。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。對于低頻帶的線路阻抗分析，使用長線－均勻分布參數(shù)模型可保證其精確性。中性點經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)單相接地故障的零序網(wǎng)絡中，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。而電路結構突變和鐵芯飽和產(chǎn)生諧波電壓的過程，都對電壓的相角沒有太大改變。具體到中性點非直接接地系統(tǒng)的零序網(wǎng)絡中，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。以上分析的是故障零序電流諧波的幅值情況。其中三次諧波電流因為系統(tǒng)的三相對稱性，在三相星形聯(lián)結和三角形聯(lián)結中均無法流通，而僅在三角形閉合回路中流通。因此，零序電壓源發(fā)出的工頻零序電壓，在中性點連接消弧線圈的變壓器里，被畸變?yōu)橐唤M串聯(lián)的零序奇次諧波電壓源，其幅值隨諧波次數(shù)的增加而減小。另外，當一個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。則零序電流的時變波形中存在一個先突變、后衰減的暫態(tài)過程。對于圖21(b)所示的零序網(wǎng)，零序電壓源 的瞬時值為： （210）式中：—— 正常狀態(tài)的相電壓幅值；—— 故障時刻的A相（故障相）電壓相角。而當發(fā)生接地故障時，接地電容電流的暫態(tài)分量比穩(wěn)態(tài)量大很多倍，因此可以考慮利用暫態(tài)分量來實現(xiàn)故障區(qū)段定位。②當采用過補償方式時，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，其次由于過補償度不大，也難利用零序電流的大小來判斷。電容性無功功率的實際方向為由線路流向母線；2）若為經(jīng)消弧線圈補償系統(tǒng)，零序電流為全系統(tǒng)所有非 故障元件對地電容電流與消弧線圈電流之和。電容性無功功率的實際方向為由母線流向線路。通過對中性點不接地（或經(jīng)消弧線圈接地）系統(tǒng)零序電流的分析，可知：（1）當中性點不直接接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時，全系統(tǒng)將出現(xiàn)零序電壓。上述故障線路電流特點對消弧線圈接地系統(tǒng)不再適用。(a) (b)圖21 中性點非直接接地系統(tǒng)中，單相接地時的電流分布(a) 用三相系統(tǒng)表示 (b) 零序等效網(wǎng)絡中性點不接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地時，在接地點要流過全系統(tǒng)的對地電容電流，如果此電流比較大，就會在接地點燃起電弧，引起弧光過電壓，從而使非故障相的對地電壓進一步升高，容易使絕緣損壞，形成兩點或多點接地，造成停電事故。此電流要從A相流回去，因此從A相流出的電流為。發(fā)電機端的零序電流為 （23）其有效值為 （24）即發(fā)電機零序電流為其本身的電容電流，電容性無功功率的方向為母線流向線路，這個特點與非故障線路是一樣的。這時的電容電流分布如圖21(a)示。本章的主要工作即尋找故障區(qū)段和非故障區(qū)段暫態(tài)電氣分量的特征差異，及存在特征差異的頻帶。而消弧線圈對于暫態(tài)量中的高頻分量相當于開路，所以中性點不接地系統(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。在中性點非直接接地系統(tǒng)單相接地故障時，存在一個明顯的暫態(tài)過程，電氣量中含有大量豐富的高頻分量和直流分量。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穩(wěn)態(tài)分量。（4）提出利用配電自動系統(tǒng)實現(xiàn)單相接地的故障定位技術方案。并用EMTP故障仿真數(shù)據(jù)在MATLAB計算程序中檢驗其定區(qū)段效果。本文所做的工作如下：（1）對中性點非直接接地系統(tǒng)的單相接地故障進行暫態(tài)過程分析，尋找故障區(qū)段和非故障區(qū)段暫態(tài)電氣分量的特征差異，及存在特征差異的頻帶。缺點是需要外加聲頻信號，分支上的故障點位置只能歸結為分支與主支的聯(lián)結點，確切故障距離無法確定，且采用線路兩側信息，需要數(shù)據(jù)通信，實用性不強。將模擬電路故障診斷理論應用于分布參數(shù)傳輸網(wǎng)故障診斷,提出利用單相接地后的故障電壓和電流的特點進行測距和定位,從端口方程出發(fā),通過施加音頻正弦信號,以比較傳輸網(wǎng)可測端口故障前后測試信號的變化量為根據(jù),實現(xiàn)自動在線定位故障分支。缺點：理論上可行，在實用化方面存在很多困難和限制，未得到推廣應用。文獻[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。文獻[39]通過試驗進一步驗證了利用傳遞函數(shù)法實現(xiàn)配電網(wǎng)故障定位的可行性和有效性。文獻[37]詳細推導了三相配電線路接地故障定位的傳遞函數(shù)表達式。（2）加信傳遞函數(shù)法文獻[36]提出在故障出線處加方波診斷信號根據(jù)故障后電路拓撲結構的變化,用頻域分析進行定位的單端測距算法。優(yōu)點：適合于線路上只安裝2相電流互感器的系統(tǒng)。文獻[35] 針對此要求，在基于注入信號電流定位法的基礎上,提出了“直流開路,交流尋蹤”的離線故障定位新方法。在發(fā)生接地故障后,通過三相電壓互感器的中性點向接地線路注入特定頻率的電流信號,注入信號會沿著故障線路經(jīng)接地點注入大地,用信號尋跡原理即可實現(xiàn)故障選線并可確定故障點。 信號注入法（1）S注入法該法是利用故障時暫時閑置的電壓互感器注入交流信號電流,通過檢測故障線路中注入信號的路徑和特征來實現(xiàn)故障測距和定位。行波法具有不受系統(tǒng)參數(shù)、系統(tǒng)運行方式變化，線路不對稱及互感器變換誤差等因素的影響,在電子技術日益發(fā)展的今天,利用故障產(chǎn)生的行波信息實現(xiàn)配電網(wǎng)故障測距具有重要研究意義。文獻[30][31]中提出的兩種方法從理論上可行，但由于配電網(wǎng)結構復雜，在混合線路接頭處，行波在波阻抗不連續(xù)點的折射和反射造成線路一端測得的行波波形特別復雜，很難識別故障點的反射波。行波法是利用故障產(chǎn)生的行波來計算故障距離。以上所述方法的共同缺點：神經(jīng)網(wǎng)絡的方法需要大量的樣本進行訓練，而這在實際中不可能得到。并提出克服故障瞬時角影響因素的校正算法。文獻[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距的基本依據(jù)，不受系統(tǒng)運行方式的影響，主要受故障距離的影響。文獻[28]對上文進行了改進，結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)信號分析的小波模糊神經(jīng)網(wǎng)絡方法。本文指出只有某些特定頻段的分量對故障點位置的變化較為敏感，而對于故障點定位，哪個頻段分量最能反映故障點位置是不知的。所用電氣量為暫態(tài)的某些分量。文獻[26]利用PRONY算法對小電流接地系統(tǒng)的故障電流暫態(tài)過程進行分析，指出對于不同的故障點位置，故障暫態(tài)信號中的某些分量呈現(xiàn)一定規(guī)律的變化。該文的方法本質(zhì)仍屬于阻抗法。（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，以下文獻探討了配電網(wǎng)中，從發(fā)生接地故障的電流、電壓及相關電氣量找到富含故障信息與故障距離關系的特征。上述方法總的缺點：所利用的電氣量為工頻量。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。文獻[3]與文獻[21]思路一致，進一步提出基于故障分量的單端量測距，消除了負荷電流的影響。 文獻[21]基于對稱分量分解的原理，建立了線路分布參數(shù)模型；從單相接地的特點出發(fā)，根據(jù)正、負、零序電流分量的模值、相角均相等的邊界條件構造測距函數(shù)計算故障距離，搜索測距函數(shù)的最小值以確定故障點位置。文獻[20]假設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測距算法的影響。阻抗測距方法優(yōu)點是簡單經(jīng)濟，缺點是受限于系統(tǒng)建模，參數(shù)簡化，分量提取等環(huán)節(jié)勢必產(chǎn)生原理性誤差。另本文應用Z變換方法，將方程求解轉(zhuǎn)為時域，利用不同時刻采樣值構造方程組，以消除過渡電阻的影響來實現(xiàn)故障測距。文獻[19]的測距思路與文獻[17]一致，但針對的中性點非直接接地系統(tǒng)。國外的研究主要關注問題：變化的負荷模型；過渡阻抗；相不平衡；多分支；沿線為架空線和電纜線的混合。 文獻[17]應用相電壓、電流相量，按照高壓輸電線路單端測距方法中零序電流修正的思路，來實現(xiàn)故障距離的求解。其故障測距結果具有可以接受的準確性。該方法主要是使用在線路終端測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象。故障測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），并結合特殊的濾波技術，準確的從被測故障信號中提取基頻相位。阻抗法多在國外的文章中探討，國外配電系統(tǒng)大多為中性點直接接地方式，故其關于配電系統(tǒng)的研究成果只能起到參考作用。（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。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，在實際中難以準確定位。文獻[12]提出類似的方法，不過不是基于相量和，而是基于區(qū)段零序電流的有效值法。文獻[10] 提出了基于區(qū)段零序能量的相對性定位方法，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)小于零的特點來確定故障區(qū)段。但由于5次諧波幅值較小，不易檢測，如何提高檢測裝置的靈敏度和抗干擾能力，是其推廣應用的關鍵。國內(nèi)的單相接地故障指示器主要是基于五次諧波電流法[9]。這些文獻展示了國外的一些研究方向和具體應用。此外，在電纜線路故障定位的研究中，文獻[7]研制了用于配電網(wǎng)故障監(jiān)測的光電式零序電流電壓傳感器，采用零序功率相角監(jiān)測的方法定位故障分支。由于零序電流與電網(wǎng)的分布電容大小及接地方式有關,此方法探測精度不高。單相接地故障指示