小电流接地系统单相接地故障选线方法的分析研究_毕业论文(编辑修改稿)

小电流接地系统单相接地故障选线方法的分析研究_毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

有远程通信接口的控制器，该控制器具有相应的硬件接口电路将三相电压、电流信号转换为零序电压、零序电流信号。 以上 三种方式的故障隔离和恢复供电都是在发生相间短路时起作用的，对于单相接地，因单相接地故障电流较小，不需要立即停电，单相接地故障的识别只能依靠变电站中的接地选线装置实现。 在馈线上安装具有测量和通信功能的新型配电开关，能获取大量的线路电量信息，为新方法的采用提供了可能。 本文的区段定位研究也正是基于此种技术条件，在测量一条馈线上各开关处的零序电流和零序电压的基础上，实现区段定位。 单相接地故障定位的研究现状分析 单相接地故障定位要解决的主要问题包括三部分 :（ 1） 当母线上有很多出线时，首先需要进行故障选线。 （ 2）选出故障线后，因为一条配电线上可能有很多分支线，需要确定故障点所在的分支或者故障区段。 （ 3）在故 障分支或者故障区段中确定故障点位置。 在传统的故障定位过程中，配电网一般采用逐条线路拉闸停电的方法来确定故障线路，在选出故障线路后，再派工作人员到现场沿线查找故障区段和故障点，然后切除故障，这种方法由于人工的介入，所需的停电时间比较长，不能适应人们对配电网自动化水平的新要求。 目前国内外对故障定位的研究大多数集中在第一部分。 故障选线问题经过多年的研究已经取得了不少的研究成果，而如何确定故障区段和故 障点位置却缺乏成熟的研究成果。 为了不断适应配电自动化水平的要求，许多学者对配电网的故障定位作了大量研究，定位方法主要可以分为三类： 1 绪论 3 （ 1） 利用户外故障探测器检测的故障点前后故障信息的不同确定故障区段的监测定位法。 （ 2）在线路端点处测量确定故障距离为目的的故障分析法； （ 3）故障发生后通过向系统注入信号实现寻迹的信号注入法。 监测定位法 监测定位法就是在配电线路的主要节点加装故障探测器，将故障信息加以汇总分析，得到故障所在区段。 目前常用的户外故障探测器有线路故障指示器和线路 FTU两种，都是根据故 障点前后故障信息的不同确定故障所在区段。 单相接地故障指示器是安装在配电架空线路、开关柜出线上用于指示故障电流流通的装置。 架空线故障指示器是基于测量线路零序电流产生的磁场进行故障点检测的设备 [5][6]，发生接地故障时，接地故障点前的线路周围存在由负荷电流产生的垂直磁场和由接地故障电流产生的水平磁场，由于接地故障电流产生的磁场比负荷电流产生的磁场的垂直衰减速度慢，基于此可以检测出接地故障电流产生的磁场，接地点后将检测不到此磁场信息。 由于零序电流与电网的分布电容大小及接地方式有关 ,此方法探测精度不高。 国内关于 这方面的文献不多，国外对此已有研究和应用，如挪威分段悬挂在线路和分叉点上的悬挂式接地故障指示器等，其投资较大，不利于大面积推广。 此外，在电缆线路故障定位的研究中，文献 [7]研制了用于配电网故障监测的光电式零序电流电压传感器，采用零序功率相角监测的方法定位故障分支。 文献 [8]使用光纤传感器实现电缆线路各个节点故障后零序电容电流的测量，由此确定发生故障的区段。 这些文献展示了国外的一些研究方向和具体应用。 但是根据我国配网特点，及投资成本，这些方法在实用上还存在一些问题。 国内的单相接地故障指示器主要是基于五次谐 波电流法 [9]。 五次谐波电流法是根据故障点前向支路、后向支路和非故障支路的零序电压、零序电流的特点，通过测量空间电场和磁场的 5 次谐波并分析其幅值和相位关系判断小电流接地系统单相接地故障点。 但由于 5 次谐波幅值较小，不易检测，如何提高检测装置的灵敏度和抗干扰能力，是其推广应用的关键。 在馈线上安装具有测量和通信功能的 FTU，为新方法的采用提供了可能。 文献 [10] 提出了基于区段零序能量的相对性定位方法，该方法利用非故障区段零序能量函数大于零、故障区段的零序能量函数小于零的特点来确定故障区段。 文献 [11]提出通 过监测一条馈线上各开关处的零序电流和零序电压，计算由区段的各端点流入该区段的零序电流的相量和 (即流入区段零序电流 )，以识别故障区段，判断此馈线故障状态，实现对故障区段的快速隔离的原理 ,该方法根据区段零序电流特点构造了幅值判据和相位判据。 文献 [12]提出类似的方法，不过不是基于相量和，而是基于区段零序电流的有效值法。 文献 [13]将有功分量方向保护法和 sinI  法两种方法融合、改进，提出了一种配合 FTU工作的小电流系统单相接地故障定位方法 — 零序电流增量法。 1 绪论 4 上述无论 基于故障指示器，还是基于 FTU的方法所用均为工频信息，但在配电网中工频电流很小，且很难精确提取工频，在实际中难以准确定位。 故障分析法 故障分析法是利用故障时记录下来的电压、电流量，通过分析计算，求出故障点的距离。 （ 1）故障分析法 故障分析法中，阻抗法是一种常用的一种方法。 阻抗法的故障测距原理是假定线路为均匀线，计算出的故障回路阻抗或电抗与测量点到故障点的距离成正比，根据故障时刻测量到的电压，电流量计算出故障回路的阻抗，从而求出故障距离。 阻抗法多在国外的文章中探讨，国外配电系统大多为中性点直 接接地方式，故其关于配电系统的研究成果只能起到参考作用。 文献 [14]提出的方法是针对配电网络中架空线。 故障测距的算法是基于暂态电压（为故障后总电压和故障前稳态电压的差值），并结合特殊的滤波技术，准确的从被测故障信号中提取基频相位。 文献 [15]提出了一种故障定位装置的设计与开发思路，该装置是用来对辐射状变电站馈电线和配电线路进行故障测距的。 该方法主要是使用在线路终端测量得到的故障前电压电流值，和故障后电压电流值作为研究对象。 使用其基频分量，根据考虑相关因素提出的系统模型进行故障定位。 其故障测距结果具有可以 接受的准确性。 文献 [14]提出的方法与文献 [16]类同。 文献 [17]应用相电压、电流相量，按照高压输电线路单端测距方法中零序电流修正的思路，来实现故障距离的求解。 文献 [18]考虑了负荷变化对故障测距的影响。 国外的研究主要关注问题：变化的负荷模型；过渡阻抗；相不平衡；多分支；沿线为架空线和电缆线的混合。 利用的电气量为基频电气量。 文献 [19]的测距思路与文献 [17]一致，但针对的中性点非直接接地系统。 本文采用故障相网和零序网结合构建故障定位模型，很好的消除了负荷的影响。 另本文应用 Z变换方法，将方程求 解转为时域，利用不同时刻采样值构造方程组，以消除过渡电阻的影响来实现故障测距。 但采用集中参数，且无法确定分支。 阻抗测距方法优点是简单经济，缺点是受限于系统建模，参数简化，分量提取等环节势必产生原理性误差。 目前国内配电网单端量测距法的主要思想是利用线路首端测量得到的电压、电流，根据故障点边界条件构造关系函数计算故障距离，对于多分支线路，逐分支推断故障分支，计算故障距离。 文献 [20]假设 Z 为纯阻性，采用了线路分布参数模型，精确考虑了分布电容对测距算法的影响。 但本文中近似认为线路故障分量电流全部流过过渡电阻。 文献 [21]基于对称分量分解的原理，建立了线路分布参数模型；从单相接地的特点出发，根据正、负、零序电流分量的模值、相角均相等的边界条件构造测距函数计算1 绪论 5 故障距离，搜索测距函数的最小值以确定故障点位置。 提出了利用线路首端测量得到的电压、电流单端故障测距算法。 文献 [3]与文献 [21]思路一致，进一步提出基于故障分量的单端量测距，消除了负荷电流的影响。 文献 [22]为改进故障测距的计算方法，对多端测距算法进行了研究。 但该文是基于线路的集中参数模型，忽略了并联电容的影响，带来了一定的误差。 且因配网分支较多， 不可能布置太多的测量点，所以多端测距法在配电网中实用性不强。 上述方法总的缺点：所利用的电气量为工频量。 而因小电流接地系统自身特点不同于中性点直接接地系统，故障前后基频分量变化很小，且绝大多数为间歇性瞬时故障，暂态波形畸变严重，不可能精确提取基频分量，故基于基频分量的测距方法误差必然较大 [23][24]。 （ 2）利用暂态量的方法 基于故障暂态电流中含有大量的高频和直流分量，以下文献探讨了配电网中，从发生接地故障的电流、电压及相关电气量找到富含故障信息与故障距离关系的特征。 文献 [25]引入模拟退火算法用于测 距。 该文的方法本质仍属于阻抗法。 基本思想是建立线路发生接地故障时的数学模型，再根据建立的数学模型用计算机仿真，不断改变故障分支、故障相、故障点位置参数及接地电阻，进行多次组合，寻找出与测到的电压、电流非常接近的计算值，即可找到对应的故障点参数。 文献 [26]利用 PRONY 算法对小电流接地系统的故障电流暂态过程进行分析，指出对于不同的故障点位置，故障暂态信号中的某些分量呈现一定规律的变化。 即暂态信号中的某些故障分量与故障点之间存在一一对应的关系。 所用电气量为暂态的某些分量。 文献 [27]提出了基于故障后暂态电 气量，利用时间序列小波神经网络原理，来实现直配线单相接地故障测距的方法。 本文指出只有某些特定频段的分量对故障点位置的变化较为敏感，而对于故障点定位，哪个频段分量最能反映故障点位置是不知的。 所用分量为暂态量中的某些特定频段分量。 文献 [28]对上文进行了改进，结合模糊控制理论提出适合于电力系统故障暂态和稳态信号分析的小波模糊神经网络方法。 所用分量为稳态加暂态分量。 文献 [29]提出以故障馈线的非故障相暂态电流分量作为故障测距的基本依据，不受系统运行方式的影响，主要受故障距离的影响。 小波变换提取与故障距离关联的 特征频带小波测度序列。 并提出克服故障瞬时角影响因素的校正算法。 所用分量为特征频带（ 0~125hz）内的暂态量。 以上所述方法的共同缺点：神经网络的方法需要大量的样本进行训练，而这在实际中不可能得到。 （ 3）行波法 故障时 ,产生向线路两端传播的行波信号 ,利用在线路测量端捕捉到的暂态行波信1 绪论 6 号可以实现各种类型短路故障的测距。 行波法是利用故障产生的行波来计算故障距离。 在输电线路行波测距技术获得成功应用的基础上，已经有科研人员对配电网络的故障行波测距开展研究。 文献 [30][31]中提出的两种方法从理论上可行，但由于 配电网结构复杂，在混合线路接头处，行波在波阻抗不连续点的折射和反射造成线路一端测得的行波波形特别复杂，很难识别故障点的反射波。 文献 [32]提出利用双端行波法来实现故障测距，并解决了测距中波速度不连续的问题，但只是对双端行波故障测距作了简单仿真验证，对实际应用中面临的困难和关键技术问题考虑不足。 行波法具有不受系统参数、系统运行方式变化，线路不对称及互感器变换误差等因素的影响 ,在电子技术日益发展的今天 ,利用故障产生的行波信息实现配电网故障测距具有重要研究意义。 但如何解决好实际应用中面临的关键技术问题 ,比如行 波测距模式的确定、行波信号的获取、架空电缆混合线路的影响，短线路、多分支线路的影响以及高阻接地故障的影响，大量配置的价格问题等 ,是其获得成功应用的关键。 信号注入法 （ 1） S注入法 该法是利用故障时暂时闲置的电压互感器注入交流信号电流 ,通过检测故障线路中注入信号的路径和特征来实现故障测距和定位。 文献 [33][34]探讨了 S 注入法。 在发生接地故障后 ,通过三相电压互感器的中性点向接地线路注入特定频率的电流信号 ,注入信号会沿着故障线路经接地点注入大地 ,用信号寻迹原理即可实现故障选线并可确定故障点。 不少电力部门要求在系统出现单相接地时选出接地线路后立即停电 ,在停电状况下进行接地点定位。 文献 [35] 针对此要求，在基于注入信号电流定位法的基础上 ,提出了“直流开路 ,交流寻踪”的离线故障定位新方法。 考虑到线路停电后绝缘可能恢复 ,该方法需要停电检测，首先通过外加直流高压使接地点处于保持击穿状态，然后注入交流检测信号 ,通过寻踪注入的交流信号找出故障的准确位置。 优点：适合于线路上只安装 2 相电流互感器的系统。 缺点：注入信号的强度受 PT 容量限制；接地电阻较大时线路上分布电容会对注入的信号分流，给选线和定点带来干扰 ；如果接地点存在间歇性电弧现象，注入的信号在线路中将不连续，给检测带来困难；寻找时间较长，有可能在此期间引发系统的第 2点接地，造成线路自动跳闸。 （ 2）加信传递函数法 文献 [36]提出在故障出线处加方波诊断信号根据故障后电路拓扑结构的变化 ,用频域分析进行定位的单端测距算法。 该方法基于频谱分析的原理和线路的分布参数模型 ,从线路首端施加方波激励信号源 ,在首端测量时域的零序电压和电流数据 ,计算得到频域传递函数 ,根据各分支端口传递函数频谱的频率、相位和波形特征实现接地故障定位。 1 绪论 7 文献 [37]详细推导了三相配电线路接 地故障定位的传递函数表达式。 文献 [38]则给出了依据传递函数波形的频率，相位和幅值特征进行故障定位的判据。 文献 [39]通过试验进一步验证了利用传递函数法实现配电网故障定位的可行性和有效性。 实现了多分支线路的故障定位。 文献 [40]在利用系统传递函数作为故障分析的基本方法的基础上 ,提出了解决多分支配电网接地故障定位的特征向量法。 该法优点：不受负载参数变化影响。 缺点：理论上可行，在实用化方面存在很多困难和限制，未得到推广应用。 （ 3）端口比值故障分支定位法 文献 [41][42]提出了端口比值故障分支定位法。 将模拟电路故障诊断理论应用于。