【正文】 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。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。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。（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。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。出線開(kāi)關(guān)、線路分段開(kāi)關(guān)具有以高性能單片機(jī)為核心、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)。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。但是投資較大，對(duì)通信系統(tǒng)的可靠性和通信速率要求很高。這種模式通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)的FTU將檢測(cè)到的故障信息通過(guò)通訊設(shè)備上傳到主站，由主站通過(guò)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)。但是由于受原理的限制，存在一些不足之處:①故障處理過(guò)程需要開(kāi)關(guān)多次分洽操作，對(duì)系統(tǒng)及用戶沖擊大；②當(dāng)運(yùn)行方式發(fā)生改變時(shí)，需要改變重合器的整定參數(shù)；④故障點(diǎn)下游的重合閉鎖要依靠檢測(cè)故障時(shí)的異常電壓來(lái)作為閉鎖條件，當(dāng)故障不同時(shí)，異常電壓的特征變化較大，難以自動(dòng)恢復(fù)供電。（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。當(dāng)發(fā)生故障時(shí)，電力工作人員可以根據(jù)故障指示器的指示信息和工作經(jīng)驗(yàn)沿線路查找故障區(qū)段，并利用負(fù)荷開(kāi)關(guān)人工隔離故障區(qū)段和供電恢復(fù)操作。按照配電自動(dòng)化的發(fā)展過(guò)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]。配電自動(dòng)化的一個(gè)主要功能和實(shí)施目標(biāo)：故障定位、隔離及供電恢復(fù)。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)。在政策的支持下，近十年來(lái)我國(guó)的配電自動(dòng)化有較大的發(fā)展，在一些經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)、較發(fā)達(dá)地區(qū)建設(shè)起了不同規(guī)模的配電自動(dòng)化系統(tǒng)?，F(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。隨著配電網(wǎng)規(guī)模的不斷擴(kuò)大、用戶對(duì)供電質(zhì)量要求的不斷提高，人們對(duì)配電網(wǎng)自動(dòng)化水平提出了更高的要求，配電網(wǎng)單相接地故障定位問(wèn)題更加突出，迫切需要從根本上予以解決。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。雖然單相接地不會(huì)造成供電中斷，帶單相接地故障長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行就易使健康相絕緣薄弱處發(fā)生對(duì)地?fù)舸?，造成兩相接地短路故障，弧光接地還會(huì)引起全系統(tǒng)過(guò)電壓，進(jìn)而損壞設(shè)備，破壞系統(tǒng)連續(xù)運(yùn)行。但隨著城市配電網(wǎng)的高速發(fā)展，配網(wǎng)結(jié)構(gòu)越來(lái)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。在發(fā)生單相接地 (用表示)時(shí)，這種運(yùn)行方式的接地電流往往比負(fù)荷電流小得多，而且故障點(diǎn)處的電弧通常能夠自行熄滅，因此這樣的系統(tǒng)常稱為小電流接地系統(tǒng)。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。 課題背景及研究意義 單相接地故障的危害及其研究意義隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)和電力工業(yè)的發(fā)展，我國(guó)城鄉(xiāng)電網(wǎng)迫切需要實(shí)現(xiàn)配電自動(dòng)化，以提高供電質(zhì)量和可靠性。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。該方法更充分地利用了單相接地故障時(shí)的暫態(tài)故障信息。2．針對(duì)故障點(diǎn)定位問(wèn)題，提出一種參數(shù)辨識(shí)法。該方法綜合了兩種具體的區(qū)段定位方法：基于特征頻帶的暫態(tài)零序電流方向比較法和零序電流有功分量幅值比較法，前者提取首容性頻帶內(nèi)暫態(tài)零序電流分量用于電流流向比較，適用于中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)的強(qiáng)故障與中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)的所有故障；后者通過(guò)比較各個(gè)檢測(cè)點(diǎn)處零序電流有功分量大小選擇故障區(qū)段，適用于中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)發(fā)生弱故障的情況。 畢業(yè)論文小電流接地系統(tǒng)單相接地故障選線方法的分析研究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(jiàn)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。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(wèn)題，本文的主要研究工作如下：1．針對(duì)故障區(qū)段定位問(wèn)題，提出一種綜合區(qū)段定位方法。綜合區(qū)段定位方法適合于各種故障類型，具有很高的靈敏度和準(zhǔn)確性。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(guò)最小二乘優(yōu)化算法來(lái)辨識(shí)出故障點(diǎn)位置。3．最后，提出了利用現(xiàn)有的配電自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)備解決故障定位的實(shí)現(xiàn)方案：首先利用綜合區(qū)段定位方法進(jìn)行故障區(qū)段定位，然后在故障區(qū)段內(nèi)應(yīng)用參數(shù)辨識(shí)法進(jìn)行故障點(diǎn)定位。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。配電系統(tǒng)中發(fā)生機(jī)率最大的故障是單相接地故障。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。在小電流接地電網(wǎng)中發(fā)生單相接地故障時(shí)，故障點(diǎn)電位為大地的電位，中性點(diǎn)電位升為相電壓，非故障相導(dǎo)線對(duì)地電壓升高為原來(lái)的倍，三相線電壓仍三相對(duì)稱，不影響對(duì)用戶的正常供電，而且故障電流又較小，因此單相接地保護(hù)只動(dòng)作于信號(hào)，允許電網(wǎng)繼續(xù)運(yùn)行1～2h,這在一定程度上保證了供電的連續(xù)性[1]。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(guò)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。所以及時(shí)地確定故障點(diǎn)并排除故障便顯得非常重要。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。從配電網(wǎng)自動(dòng)化的角度說(shuō)，不僅要求正確地選出故障線路，而且要求能夠自動(dòng)確定故障線路區(qū)段，并進(jìn)一步確定故障點(diǎn)，盡快消除故障。 配電自動(dòng)化現(xiàn)狀及其處理模式在長(zhǎng)期的發(fā)展過(guò)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。隨著現(xiàn)在工農(nóng)業(yè)的高度電氣化、高度自動(dòng)化以及信息產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展，配電網(wǎng)的規(guī)模也在不斷擴(kuò)大，人們對(duì)電力供應(yīng)的安全可靠性提出了越來(lái)越高的要求，減小停電范圍、縮短停電時(shí)間、全面建設(shè)配電自動(dòng)化系統(tǒng)成了配電網(wǎng)改造和建設(shè)的重要任務(wù)。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(guò)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)。是故障處理的三個(gè)過(guò)程，是減小停電范圍、縮短停電時(shí)間、提高供電可靠性的關(guān)鍵所在。（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(kāi)關(guān)采用斷路器，分段開(kāi)關(guān)和聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)采用無(wú)遙控功能的負(fù)荷開(kāi)關(guān)，并在負(fù)荷開(kāi)關(guān)和線路分支處安裝故障指示器。這種模式自動(dòng)化水平也較低，故障處理所需的停電時(shí)間比較長(zhǎng)，系統(tǒng)的供電可靠性不高，但是對(duì)系統(tǒng)及用戶的沖擊小，因此這種處理模式仍普遍存在于我國(guó)配電網(wǎng)中。這種模式是通過(guò)智能化開(kāi)關(guān)設(shè)備的相互配合進(jìn)行開(kāi)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。（3）集中智能模式集中智能模式的主要設(shè)備是有遙控功能的開(kāi)關(guān)設(shè)備、饋線終端單元(Feeder Terminal Unit，即FTU)、通信信道和主站系統(tǒng)。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(kāi)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。隨著國(guó)家投資力度的加大，我國(guó)配電網(wǎng)得到了大力的改造，配電自動(dòng)化系統(tǒng)在全國(guó)范圍逐漸推廣，得到了廣泛的應(yīng)用，很多地方的自動(dòng)化系統(tǒng)的通信條件得到了極大的改善，通信可靠性基本得到了保障，為集中智能模式的實(shí)施創(chuàng)造了條件。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(kāi)關(guān)具有開(kāi)斷短路故障電流的能力，線路分段開(kāi)關(guān)具備開(kāi)斷正常工作電流的能力；（2）出線開(kāi)關(guān)、線路分段開(kāi)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)。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)。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。（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。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。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。（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。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。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。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。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。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。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)。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)[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