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摘要I摘 要本文基于配网自动化系统平台，在分析和研究用于单相接地故障判据的诸多电气特征量的基础上，构建了三维逻辑空间分析模型，提出了一种接地故障定位的新算法。该算法综合考虑了配电网络中的各个节点呈现的电气特征和电气分布规律，体现了逻辑“0”、“1”的等同贡献。文中还对算法的形成予以理论推导并给出算法误差容错函数，具体算例的分析结果从多个侧面验证了该算法的正确性和有效性。关键词：配网自动化，小电流接地系统，特征判据，空间分析模型，逻辑算法，故障定位ABSTRACTBased on the platform of Distribution Automation, this paper does some researchand analysis on several electric characteristics, from which single phase-to-ground faultcould be distinguished. In the paper, a logical space of model is built and a new logicalalgorithm is proposed. This algorithm considers synthetically electric character of the wholenodes of power networks and electric rules, and accept the effect of logic “0”, which play thesame role as logic “1”. Otherwise, the paper gives theoretical proof and evolution of how thealgorithm comes into being, and defines error-admit function. Lastly, the algorithm isvalidated by three examples in three aspects.Liu Daobing (Power System？ and its Automation)Directed by Prof. Xu YuqinKEY WORDS: distribution automation, small-current grounding network,characteristic criterion, model of space for analysis, logical algorithm目录I目 录中文摘要ABSTRACT第一章 引言 . 11.1 课题背景和意义 . 11.1.1 中性点接地方式概述. 11.1.2 配电自动化概述. 21.1.3 单相接地故障保护的背景 . 21.2 国内外研究现状分析 . 51.3 本文主要工作. 6第二章 配电自动化系统概述 . 72.1 配电自动化系统构成 . 72.1.1 主站系统 . 72.1.2 通讯系统 . 82.1.3 配电终端 . 102.2 FA 的实现. 112.6 故障定位的实现思路 . 12第三章 单相接地故障时各特征量分析. 143.1 原理简介. 143.2 零序电流无功分量 . 153.3 零序电流的有功分量 . 173.4 零序导纳. 183.5 负序电流. 193.6 暂态零序电流 SFB 分量 . 213.7 基于小波变换的零序暂态方向. 23第四章 故障定位的逻辑算法构建. 264.1 构建模型. 264.2 提出逻辑算法. 274.3 误差分析. 274.4 算例验证. 294.4.1 特征量判据误选. 304.4.2 节点失效 . 314.4.3 随机干扰 . 32华 北 电 力 大 学硕 士 学 位 论 文题 目：基于配电自动化系统单相接地故障定位的研究英 文 题 目：study on locating technique of single phase-to-ground faultbased on distribution automation研究生姓名：刘道兵 专业：电气工程及其自动化研 究 方向：电力系统继电保护导 师 姓名：徐玉琴 职称：教授2005 年 5 月 25 日华北电力大学硕士学位论文1第一章 引言目前我国 6kV35kV 中压配电网多采用中性点非直接接地方式，主要包括中性点经消弧线圈接地、中性点经电阻器接地、中性点不接地1等方式，通常称为小电流接地方式。对于配电网的单相接地保护，人们长期以来研究颇多，提出了许多原理和分析方法，也研制出了许多基于不同原理和方法的保护装置，但由于受到诸多条件和因素的限制，对单相接地故障的处理基本上停留在故障选线这一层面。而且，现有的小电流接地选线装置的选线正确率普遍偏低，存在着严重的漏选和误选，从而严重影响供电质量。随着我国配电网改造的不断深入和配网自动化系统试点的逐步开展，对小电流接地系统单相接地故障的处理具备了深入到故障定位层面上的条件。本文正是基于配电自动化系统，对单相接地故障定位进行深入探讨与研究。1.1 课题背景和意义1.1.1 中性点接地方式概述配电网中性点接地方式的选择需要从技术上进行分析，同时兼顾经济成本，应结合电网的现状与发展规划进行技术经济比较，全面考虑，使系统具有更优的技术经济指标，避免因决策失误而造成不良后果。中性点不接地，实际上是经过集中于电力变压器中性点的等值电容接地的，其零序阻抗多为一有限值，而且不一定是常数。如在工频零序电压作用下，零序容抗锐减，高次谐波电流骤增，有时甚至在正常运行情况下也会引起通信干扰。中性点经电阻接地，是指在系统中性点接入适当的电阻，该电阻与系统对地电容构成并联回路，是电容电荷释放元件。从限制弧光接地过电压的角度考虑，电弧从点燃到熄灭期间，因系统所积累的多余电荷能够通过接地电阻泄漏掉，故基本上不会产生间歇性电弧接地过电压。中性点经电阻接地，由于接地电流大，能够简化继电保护，方便地检测接地故障线路，又有利于降低系统的绝缘水平，使一些进口的用于中性点直接接地系统的电气设备的电力电缆能在中性点经小电阻接地的系统中使用，具有较高的经济效益。但是，中性点经电阻接地，特别是以架空线路为主的配电网，其单相接地故障的几率比高压网络大，相应的跳闸次数会大大增加。如果尚未实现环网供电，则停电次数将会增加，使供电可靠性降低。中性点经消弧线圈接地时，虽然调谐电感只在一个不大的范围内变动，但系统的零序阻抗却接近于无穷大。运行中的消弧线圈和现代的自动跟踪补偿装置并不都是恰好在谐振点运行，在一般情况下它们多采用略微偏离谐振点的过补偿运行方式，“谐振接地”比较符合中性点经消弧线圈接地系统的实际情况，所以中性点经目录II4.5 适用性分析. 334.5.1 目前存在的问题. 334.5.2 改善条件 . 33第五章 结论与展望 . 355.1 结论 . 355.2 展望 . 365.2.1 深入分析探讨 . 365.2.2 基于配电自动化系统单相接地故障定位的发展趋势 . 36参考文献 37致 谢 .39在学期间发表的学术论文和参加科研情况 . 40华北电力大学硕士学位论文4出接地电阻，对于非故障线路，接地电阻趋向于无穷大；而对于故障线路，可以给出接地电阻的估计值。这样就可以估算出高阻接地（例如 30100kO）故障时的接地电阻值。而且在接地电阻很大的情况下，由于接地电阻比线路阻抗大得多，因而故障距离不影响选线。暂态首半波法是利用发生单相接地的瞬间（ u(t)=0 除外）非故障线路暂态零序电流和电压首半波的方向相同，暂态零序功率由母线流向线路；而对于故障线路暂态零序电流和电压首半波的方向相反，暂态零序功率由线路流向母线，据此可选出故障线路。该方法适用于中性点不接地及经消弧线圈接地电网。但是，如果故障瞬间为基波电压零点附近则自由分量很小，首半波电流较小，可能出现死区。注入法选线原理是在系统发生单相接地故障时，首先用绝缘检测的电压获得接地故障相别，然后通过该相电压互感器向电网注入一种频率躲开工频及其倍频的信号电流，接地相的 PT 原边相当于被短接，由副边感应的信号电流只在接地线路中流通，经过接地故障点后即行返回，非接地相的线路中没有信号电流。只要检测各线路中有无注入信号电流，便可进行故障选线。而通过对注入信号电流和电压的检测，计算变电所到接地故障点之间的电抗，便可实现故障测距。应用此法还可进行运行方式的识别，区分配电网谐振状态与单相接地状态17。这种方法的优点是，原理简单明了，将状态识别与单相接地选线结合在一起。它的缺点是结构比较复杂，要附加信号源，探测仪等额外的设备，且探头的灵敏度和可靠性易受各种外界因素影响而选线不准确，总在自动化站及无人值守站使用不便，高阻接地不准确。小波分析法，是利用小波变换原理将零序电流分解成不同的尺度和位置的小波系列，零序电流对一定尺度和位置的小波的投影即为零序电流在此小波分量的幅值，即小波变换。根据小波变换的模极大值检测理论，比较小波变换的大小和极性，从而选出接地故障线路相关原理法，由于故障线路表现为电容放电的电路特征，而非故障线路均表现为电容充电的电路特征，利用相关分析原理，对故障后的各条出线的暂态零序电流波形在一定数据窗下进行两两相关分析，形成相关矩阵，求出各条出线与其他出线的相关系数，再经排序策略可得到按照线路发生接地故障的可能性大小的选线序列，从而选线。综上所述，对中性点非直接接地系统单相接地故障选线原理的研究，已取得了很多成果，各种方法均有各自的优缺点，不同的保护原理适用于不同的电网结构。根据这些故障选线原理研发的选线装置，还不具备在电力系统中推广应用的可靠性和准确性。因此，更充分的提取故障的信息量，更可靠的控制模式有待于进一步的研究。本课题基于上述配网自动化系统平台，融合传统的多种选线原理和分析方法，对配网单相接地故障定位进行研究，使现有的配网自动化系统在不增加或少增加设华北电力大学硕士学位论文5备投资的基础上，结合配网自动化系统的 FA（Feeder Automation）功能，实现单相接地故障的快速定位，从而提高供电质量，改善服务水平。1.2 国内外研究现状分析小电流接地系统发生单相接地故障后，接地故障的定位一直是备受关注的研究课题。经过多年的探讨已经有多种故障选线的原理和方法。有些方法在实际系统中得到了较好的应用。在故障定位方面，近年来也有许多研究，但由于各种不利因素的存在，一直没有很好的解决故障定位的精确度问题。目前小电流接地系统单相接地故障定位的主要方法有故障分析测距法和“S 注入法”等。例如：文献17 17提出了利用单相接地故障后的故障电压和电流的特点进行定位，存在问题是故障测距精度随过渡电阻发生很大变化，而且模拟验证费时复杂，实用意义差，尚需要做进一步的研究。文献17按照高压输电线路故障测距中阻抗测距的思想，在小电流接地故障等效序网上导出一含有故障距离的二次方程，但此方法在等效网络简化以及提取基频分量、求解等环节必然产生误差，且面临区别真伪根的问题。文献17 17提出了基于“S 注入法”的选线定位原理，它利用故障时闲置的电压互感器注入交流信号电流，在故障线路中跟踪寻找所注入信号的通路进行故障定位。但该原理要求必须在配电线路不停电的情况下，由巡线人员手持定位探测器沿接地线路进行人工定位。所需时间长，有可能在此期间引起系统中的第二点接地，造成线路自动跳闸。小电流接地系统发生单相接地故障时，由于系统对地电容与故障点之间的充放电，将产生振幅比稳态基频大许多倍的高频暂态分量，而且按照基频计算的消弧线圈，对于高频分量其对地阻抗将成倍的增加，因此对故障后暂态电流的影响较小。由此可见单相接地故障的暂态分量故障特性更明显，其包含有刻画故障特征的更丰富的信息，可以作为小电流接地系统单相接地故障定位的依据。文献17根据电力系统故障相暂态信号的特征提出了时间序列小波神经网络，实现了小电流接地系统直配线路单相接地故障定位。但是故障馈线上故障相总的暂态电流分量要受到相关系统非故障线路对地电容的大小、故障时刻相电压的角度、故障过渡电阻、故障馈线的不对称性以及系统运行方式和结构等诸多不确定因素的影响，因此利用故障相的暂态电流分量进行故障定位并没有解决故障定位的精确度问题。小电流接地系统发生单相接地故障时，故障馈线非故障相的暂态电流分量（Transient Current Component，TCC）仅与自身参数有关，可以避免系统运行不确定因素的影响。而且非故障相的暂态电流流过故障线路可以形成回路，此电流中包含了故障距离的信息。文献17提出了利用故障馈线非故障相的暂态电流进行单相接华北电力大学硕士学位论文3要为电阻接地方式，采取零序过流保护，对于低阻接地，作用于跳闸；对于高阻接地，作用于告警。在日本，电网主要是不接地或经高阻接地，高阻接地系统采用零序过电流保护跳闸；不接地系统主要采用零序功率方向继电器。在俄罗斯，小电流接地系统主要采取不接地和经消弧线圈接地方式，主要采用零序功率方向和首半波法。在我国，大多数配电网采用中性点不接地方式或经消弧线圈接地方式，可带故障运行 12 小时而不立即跳闸，近年来，一些城市电网改用经电阻接地的运行方式。长期以来，小电流接地系统的单相接地保护课题研究不断，并提出了许多选线方法，究其原理都不外乎是利用单相接地故障时系统电气量所呈现出来的特征及其规律性2345。这些特征可以在稳态的基波和谐波电流、电压中找出（例如 3、5、7 次谐波），还可以在电磁暂态过程中找出。已有的方法有零序电流群体比幅比相法67、零序有功分量法8、五次谐波功率方向法、DDA9法、首半波法10、注入法1112和小波法131415、相关原理法16等。群体比幅比相法：当系统零序电压高于 30额定相电压时，认为发生了单相接地故障。首先对各线路零序电流按幅值进行排队，选取零序电流最大的三条线路。然后对它们的相位进行比较，相位与其它两相相反的为故障线路。如果三条线路的电流同相则认为发生了母线故障。对中性点不接地系统，比幅比相对基波进行。对中性点经消弧线圈接地系统，比幅比相对五次谐波进行。此法在实践中得到了补充和发展，衍生出了一系列补充方案。群体比幅比相原理有整定简易、易于维护的优点，但是受 CT 不平衡影响较大。对于消弧线圈接地系统，完全依赖于五次谐波的特征选线，信号过于微弱，可靠性不能保证。有功功率法：配电网发生单相接地故障时，非故障线路零序电流中只包含本线路的泄漏有功电流，且其方向为由母线流向线路；而故障线路零序电流为整个电网总的有功电流与故障线路泄漏有功电流之差，其方向为由线路流向母线。利用零序有功功率的大小及方向可选出故障线路。五次谐波功率方向法：通过比较各出线五次谐波功率的正负来选出故障线路。消弧线圈对五次谐波呈现高阻抗，此时的电感电流远小于系统电容电流，相差约为25 倍左右，故可忽略电感电流。对五次谐波按中性点不接地系统选线，在非故障线路首端检测到的五次谐波为容性而故障线路为感性，因此它们的五次谐波无功功率方向正好相反。但实际上，系统中五次谐波电压数值较小且不稳定，受系统电压水平、运行方式、负荷状态等因素的影响，完全依赖于谐波特征进行选线，工作的可靠性没有保证。还有一种方法是 DDA（Differential Detection using phase-to-ground Admittance），此种方法也用到了零序电流的变化量，但它不仅考虑了这些变化量，而且考虑了整个小电流接地系统的参数。DDA 算法中首先确定故障相，然后将每条馈线逐一估算华北电力大学硕士学位论文2消弧线圈接地的电力系统通常称为谐振接地系统。在我国，电网相对薄弱，线路故障较多。据电力运行部门统计，每年发生单相接地故障的次数占年故障总次数的 80%强。由于采用小电流接地方式运行，单相接地故障时线电压矢量三角形不变，三相对中性点电压不变，故对用户供电无明显影响。虽然这种接地方式会由于非故障相对地电压可升高到 3倍，而对设备的绝缘水平要求提高，但在电网电容电流不大，接地电弧能够自熄的条件下，电网可带故障继续供电 12 小时。因此，我国早期的中低压配电网多采用不接地方式，提高了供电的可靠性和连续性。1.1.2 配电自动化概述所谓配电自动化，即“利用现代电子、计算机、通信及网络技术，将配电网在线数据和离线数据、配电网数据和用户数据、电网结构和地理图形进行信息集成,构成完整的自动化系统，实现配电网及其设备正常运行及事故状态下的监测、保护、控制、用电和配电管理的现代化”。配电自动化系统(DA)在纵向结构分属于配电管理系统 (DMS)的子系统，横向与变电站综合自动化、调度自动化、电力 MIS 等紧密关联。配电自动化系统，主要监控的设备是 10V 城网配电线路的电力元件，包括柱上开关、变压器，随着城网改造工作的开展，也出现了越来越多的箱式变电站、电缆分支箱、小型开闭站等组合式设备。这些设备沿着配电线路分散在城网的所有供电范围。依照配电自动化系统应完成的功能要求，考虑若干年内的发展需要，配电自动化系统的整体结构包括以下子系统：配电中心主站系统、通信系统和配电自动化终端系统。主站系统是配电网自动化系统的上层系统，完成对配网系统各种在线设备的监测和控制，并对线路发生的故障进行处理；通信系统是主站与配电终端系统信息交互的平台和纽带，是整个配电自动化系统的神经；配电自动化终端对通过传感器对线路电气量进行采集、处理和上传，并对配电设备进行监控。配电自动化系统应覆盖所有配电设备，但应考虑现有的调度自动化系统已监控一部分设备，为避免设备的重复投入，配电自动化系统通过与该系统进行数据通讯并获取有关信息，同时，根据需要，可向调度自动化系统提供配网的相关数据。另外，由于大部分供电企业已经建立了自己的 MIS 系统，配电自动化系统应该充分利用原有 MIS 系统的网络资源和功能，将配电自动化系统的信息以 WEB 形式发布到MIS 系统，实现配电自动化数据的 MIS 浏览。1.1.3 单相接地故障保护的背景电网中性点接地方式不同，接地故障处理方式也各异。在美国，电网中性点主华北电力大学硕士学位论文6地故障定位的观点。但该理论目前尚处于初步探索阶段，对于这种方法是否合理、合理的程度有多少，还缺少必要的实验和论证。1.3 本文主要工作基于配网自动化系统单相接地故障的定位是建立在配网自动化系统平台上。传统的馈线已被分段开关区段化，在实现配网自动化的线路上装设有监控开关的FTU，FTU 可通过随开关装设的 CT、PT 方便地测量得到线路上开关处的三相电流、三相电压等电气量和信号量。可见，配电网络电气量的采集和信号获取不仅仅局限于馈线首端的 RTU，而是扩展到了按线路分布的各个监控节点的 FTU。本文依据这些节点的信息和配电网络架构，构建了三维逻辑空间分析模型，提出了小电流接地系统单相接地故障定位的新方法，提高了故障定位的准确性。主要工作内容包括：（1） 在配网自动化系统中， FTU/RTU 有很强的数据采集、计算和处理能力，能快速采集各个监测点的电压、电流等电气量，并根据需要完成零序电压、零序电流、零序有功分量、零序无功分量，谐波分量、暂态分量以及相关增量等的计算，完成小波分析及其特征信号的提取等等。因此，通过FTU/RTU 可方便地获得反映馈电线路在该节点处的相关信息，这些信息数据通过配电自动化系统的通信通道向后台系统报送。换言蔽之：FTU/RTU 能实时完成配电自动化系统对线路的“侦察”功能。本文结合配电自动化系统 FTU/RTU 的测量功能特点，深入分析了小电流接地系统发生单相接地故障时不同位置 FTU/RTU 测量值的特征，研究了基于单相接地故障稳态和暂态特征的多种选线原理的应用，分析研究并按需提取相关特征量做判据，如：零序电流有功分量、零序电流无功分量、零序导纳、负序电流、暂态 SFB分量和小波模极值，并给出判定方法。（2） 对中心主站的单相接地故障定位方法进行了研究，根据需要构建了三维逻辑空间信息模型。结合逻辑空间信息模型，提出了一种分析故障定位的逻辑算法。对算法的形成予以理论推导并给出了算法误差容错函数并对算法的特点进行分析。（3） 然后，根据实际可能发生的情况，从特征判据误选、网络节点失效和随机干扰这三个具有代表性的侧面结合具体算例予以验证了上述故障定位新方法。？（4） 最后，对本算法进一步作深入分析和探讨，并简述基于配电自动化系统单相接地故障定位的发展趋势。华北电力大学硕士学位论文9通。因此，在这些系统之间实现通讯，可以方便地通过局域网（以太网）方式实现。2.1.2.2 主站与配电终端间通信该层是配电自动化通讯系统中关键的一个层。由于配电终端设备数量庞大，节点众多，分布范围广，地理位置分散，路由复杂。该层的通讯网络，基本是一个一点对多点的结构。因此，结合具体的情况，一般采取以光纤通讯为主，辅助以一定的有线通讯、载波的方案，达到既通讯可靠，又经济可行的目的。另外为提高通信的可靠性，通常采用光纤通信中的双纤自愈环组网方式。主站与终端通信的结构如下图 2.2 所示：配电终端设备数量庞大，终端通讯子网结构又复杂，因此，配电中心主站系统全数据的刷新速度，与调度自动化系统的相比，存在着一定的差距，但配电中心对双纤自愈配电主站城中变西郊变 金山变PDH 系统正东路开闭所 1正东路开闭所 2正东路开闭所 3团结变丁卯安居开闭所 2丁卯安居开闭所 1FTUFTU FTU FTUFTUFTUFTU配FTU通 信 前置 1通 信 前置机 2通 信 前置机 3SDH开闭所 1RTU1开闭所 2RTU2开闭所 3RTU3通 信 前置机 4开闭所 4RTU4开闭所 5RTU5TTUTTUTTUTTUTTUTTU图 2.2 主站与配电终端通信结构华北电力大学硕士学位论文10配电网重要时间的实时性响应，仍然有相当高的要求。因此，除了要规划合理的通讯子网的结构外，在通讯协议的选择和站端对终端设备的巡测方式的设计上，同样也得合理地选择。站端系统与终端的通讯协议，要求具备重要事件优先检出，并优先传送，站端对重要数据也具备优先处理原则，才可以保持配电自动化系统整体的实时性。目前较常用的协议有 DNP3.0，IEC870-5-101 等。2.1.3 配电终端配电终端主要是监控、监测中压 10kV 电力网络和设备的自动化单元，主要有监控开关 FTU、 开闭所 RTU、配电变压器 TTU 组成。FTU 是安装在柱上开关的现场数据采集、控制终端装置。FTU 现场采集开关的位置信号、电流、电压、有功、无功、功率因数、电量等数据，执行主站遥控命令对开关进行分、合闸控制操作。主站通过 FTU 的测量实现配网的 SCADA 功能，并能通过对各 FTU 的控制实现配网的故障识别、故障隔离、网络重构及配网的无功/电压控制和优化运行等功能。FTU 的功能主要可体现在：（1）采集并发送状态量信息，遥信变位主动上报（2）采集并发送模拟量测值（3）过电流识别（短路、过流、浪涌）（4）故障区段的自动隔离和恢复（5）接受并执行遥控命令（6）被测量越死区传送（7）越限告警（8）交流采样（9）接地故障报告（10）程序自恢复（11）支持主动上报规约（12）装置自测（13）与主站通讯功能（14）装置远程诊断（15）远程参数下载（16）自带 UPS（17）开关失电后对开关作一次分合操作开闭站终端（RTU）是安装在开闭所的数据采集与控制终端装置，开闭站 RTU完成对开闭所开关设备的位置信号，电压、电流、有功、无功、功率因数、电量等数据的采集，执行主站遥控命令，对开关进行分、合闸操作。开闭所 RTU 通过光纤华北电力大学硕士学位论文7第二章 配电自动化系统概述2.1 配电自动化系统构成配电自动化的内容是对城域所辖的柱上开关、开闭所、配电变压器进行监控和协调。既要实现 FTU 的三遥功能，又要实现对故障的识别和控制功能。从而配合配电自动化主站实现城区配网运行中的工况监测、网络重构、优化运行。另外，作为系统自动化的一部分，它直接面向用户，且信息量大，故要求它必须具备很先进的适应性和强大的多系统接口能力。与其它自动化系统比,它在使用上的特点是协调和集成,在充分数据共享的基础上发挥集成后系统整体的性能以支持和带动电力企业业务和管理水平的提高。配电自动化的内容和特点决定了配电自动化的系统结构应当是一个分层、分级、分布式的监控管理系统，应遵循开放系统的原则，按全分布式概念设计，系统整体设计可分为主站系统、通信系统和监控终端单元三部分。下面分别这三部分进行简述。2.1.1 主站系统主站系统是整个自动化系统的枢纽和中央。为了提高网络的快速可靠性，主站系统一般采用高速以太网双机配置、互为备用。该网络构成配网自动化的调度中心(中心主站)，是由共享同一数据库的实现配网自动化不同功能的工作站及服务器组成。系统硬件设备及接口符合国际工业标准。操作系统可选用中文 WindowNT 网络或 Unix 操作系统。在此基础之上提供配网自动化软件支持平台，包括数据库软件、人机交互软件、通信软件、分布式的配电监控、管理应用软件。采用开放式和分布式的体系及面向对象技术，具有开放性和可扩展性。应用软件以配网实时数据库为基础，应用客户机/服务器模式，各自独立实现不同的自动化功能。系统的接口能力及开放性全依赖于这一层，所以目前良好的主站系统一般要求达到以下要求：（1） 底层数据的同一共享(数据库唯一，标准接口)；（2） SCADA 与地理信息系统(GIB)紧密集成；（3） 实时数据和管理数据的结合(“营配合一”,与电力 MIS 集成)；（4） 先进、灵活的发布和支持查询能力；华北电力大学硕士学位论文82.1.2 通讯系统通讯系统是将各子系统有机连接起来的非常重要的环节，是配电自动化系统的神经系统。配电自动化的许多功能都要通过通讯系统来进行，一个完善、高速可靠的通讯网络，对配电自动化的实时监控起着至关重要的作用。通信系统可分两层，即主站与其他系统间的通信和主站与配电终端间的通信。2.1.2.1 主站与其他系统间的通信配电自动化主站系统与 EMS 要进行数据交换，从 EMS 获取变电站的数据信息，并可将配电自动化系统的信息，按要求传送给 EMS；同时，配电自动化系统的数据信息，可以在 MIS 上进行发布，实现远程数据浏览功能。由于配电自动化系统（ DMS）、EMS、MIS 都建成了各自的计算机网络，供电企业的各个单位之间，基本上都实现了局域网互图形、数据维护Laser printer网关数据库U.P.S.服务器光端机A光端机BMIS操作后台1操作后台2操作后台N市调远程终端用户服务中心远程终端EMS网关模拟盘驱动主机帧中继图2 ? DMS主站系统硬件构成通讯前置 A通讯前置B帧中继光纤环网图 2.1 主站构成华北电力大学硕士学位论文11与主站进行通讯。RTU 主要的功能有：（1）采集并发送状态量信息，遥信变位主动上报（2）采集并发送数字量（3）采集并发送模拟量测值（4）采集并发送脉冲计数值（5）过电流识别（短路、过流、浪涌）（6）故障区段的自动隔离和恢复（7）接受并执行遥控命令（8）接受并执行校时命令（9）被测量越死区传送（10）越限告警（11）事件顺序记录并向远方传送，站内分辨率 10ms（12）交流采样（13）接地故障报告（14）程序自调，单端运行（15）支持主动上报规约（16）通道监视（17）装置自诊断，远程诊断（18）远程参数下载（19）自带 UPS（20）与主站及当地保护设备通信功能配变监测终端（TTU）是安装于共用变压器旁的监测终端装置。采集配电变压器的电流、电压、有功、无功、分时电量、电压合格率等数据，TTU 通过 RS485 接口利用光纤或双绞电缆与 FTU 内通信节点联接，经通信节点与主站进行通讯。2.2 FA 的实现不同母线的两条出线通过联络开关 S3联成手拉手供电环，在正常情况下，出口开关（断路器）CB1、CB2 和分段开关 S1、S2、S4、S5处于合状态，线路 A、B、C、D、E、F 均带电。如下图 2.3 所示：华北电力大学硕士学位论文12当在线路 B 发生永久相间故障时，故障电流流过断路器 CB1、和分段开关 S1，断路器断开重合在分开，在此过程中 FTU0、FTU1 检测到故障电流，向主站报过流信号，而 FTU2、FTU3、FTU4、FTU5、FTU6 无过流信号，主站根据收集到的过流信号和断路器 CB1 分信号后，遥控分开开关 S1、S2，合上断路器 CB1 和开关 S3，故障被隔离，C 段负荷被转带后恢复供电。如下图 2.4 所示。2.6 故障定位的实现思路FTU 的丰富测量功能使得线路上开关处的三相电流、三相电压可以方便得到，S3S1S2S4S5CB1CB2图 2.4 FA 故障处理和负荷转带A BCD E FFTU0断路器分段开关FTU1 FTU2FTU3FTU5FTU4FTU6S3S1S2S4S5CB1CB2图 2.3 手拉手环供电方式ABCD E FFTU0断路器分段开关FTU1 FTU2FTU3FTU5FTU4FTU6华北电力大学硕士学位论文13导致电气特征量的选取不再依赖于零序电流；FTU 具有很高的测量精度，有利于特征提取；配电自动化的通信系统使得新一代小电流接地保护能够获取任意 FTU 处的特征量并进行综合比较。利用完全分布的 FTU 很容易得到整个配电网的电气特征量分布情况，通过配电主站综合分析各 FTU 处的故障特征，确定出故障线路及故障区段。华北电力大学硕士学位论文15I(0)=,1(0),2(0),(0),(0),1(0),2(0),(0),(0)2,1(0)2,2(0)2,(0)2,(0)1,1(0)1,2(0)1,(0)1,(0)21njnnnjnmiiijimjmjmIIIIIIIIIIIIIIIILLMMLMLMLLMMLMLMLLLL(3-2)主站获取各点 FTU 的零序电流值，实时刷新电流数组，并记录在后台的历史库中。同理，可获得零序电压数组：U(0)=,1(0),2(0),(0),(0),1(0),2(0),(0),(0)2,1(0)2,2(0)2,(0)2,(0)1,1(0)1,2(0)1,(0)1,(0)21njnnnjnmiiijimjmjmUUUUUUUUUUUUUUUULLMMLMLMLLMMLMLMLLLL(3-3)以出线各段的零序电压为参考，零序电流相角数组：(0)=,1(0),2(0),(0),(0),1(0),2(0),(0),(0)2,1(0)2,2(0)2,(0)2,(0)1,1(0)1,2(0)1,(0)1,(0)21njnnnjnmiiijimjmjmLLMMLMLMLLMMLMLMLLLL(3-4)3.2 零序电流无功分量在配电自动化网络中，线路一般不超过数十公里，线路分布特性可用集中“ ”型等值电路来表示25。而在 NUS 中，由于线路的零序工频等值电阻和感抗相对容抗来说可以被忽略，线路特性可用电容来近似26，故其电容电流也通过计算零序电流的无功分量来近似。当放生单相接地故障时，非故障线路上各线段留过的零序电流为自本段线路首端至本条线路末端这段线路对地的电容电流，其方向均由母线流向线路；而故障线路首端的零序电流为全系统非故障线路对地电容电流之和，在故障线路的接地点至母线这区段中，流过分段开关的零序电流在数值上较本故障线路首端的零序电流大，其方向均为线路流向母线，而故障点后各段的零序电流方向为母线至线路。各段的零序电流的无功分量ijQI,(0)：*sin()i, j(0)Qi,j(0)i,j(0)I = I(3-5)华北电力大学硕士学位论文16于是得到零序电流无功分量数组：I(0)Q=nQnQnjQnmQiQiQijQimQQQjQmQQQjQmQnjIIIIIIIIIIIIIIII,1(0),2(0),(0),(0),1(0),2(0),(0),(0)2,1(0)2,2(0)2,(0)2,(0)1,1(0)1,2(0)1,(0)1,(0)21LLMMLMLMLLMMLMLMLLLL(3-6)选式（3-6）数组的第一列：( )TQQiQnQIIII1,1(0)2,1(0),1(0),1(0)LL进行比幅比相19，即选取符号为负数值为大者xQI,1(0)，则零序无功电流阀值dQI(0)：dQdQxQIKI(0)(0),1(0)= *（dQK(0)为调整系数，可取 0.9）零序无功电流ijQI,(0)与dQI(0)比较，输出逻辑（1 或0），如图 3.2 所示：ijQL,(0)=1，说明第 i 条出线第 j 个分段开关（下文称“监控节点ijP,” ）在接地故障线路的前侧（即从故障点至母线这段线路，不含母线，后文皆称“故障线路前侧” ）；ijQL,(0)=0，说明该监控点ijP,不在故障线路或者在故障线路后侧（即从故障点至本线路末段，后文皆称“故障线路后侧” ）；同时代表母线接地逻辑QL0,1(0)=0。如前比幅比相得出结果为母线接地，则代表母线故障的逻辑量QL0,1(0)=1，所有线路逻辑量ijQL,(0)=0。将上述方法得到的逻辑量写成二维数组形式，即：L(0)Q=nQnQnjQnmQiQiQijQimQQQjQmQQnjLLLLLLLLLLLLL,1(0),2(0),(0),(0),1(0),2(0),(0),(0)1,1(0)1,2(0)1,(0)1,(0)1,1(0)2LLMMLMLMLLMMLMLMLL(3-7)零序电流无功分量对中性点不接地系统的金属性接地故障是很好的特征判据，但特征量的显著性受接地时过度电阻的影响，对反复燃弧的接地故障无法保证选择性，且不+-图 3.2 无功电流幅值比较ijQI,(0)dQI(0)ijQL,(0)华北电力大学硕士学位论文17适用于中性点经消弧线圈接地的配电网络。3.3 零序电流的有功分量在中性点经消弧线圈接地的配电