（电力系统及其自动化专业论文）利用暂态信号的小电流接地故障距离识别技术.pdf

摘 要 范围内r 形等值电路可以用于电力线路等值的结论。r 形等值电路的提出为建立小 电流接地故障数学模型奠定了基础。 3 、采用卡伦堡尔( k a r r e n b a u e r ) 变换对小电流接地故障进行三相解耦，利用 单相接地故障边界条件建立基于r 形等值电路的小电流接地故障复合模网，列写小 电流接地故障测距数学方程。该数学模型即描述母线端电压、电流与故障线路、接 地电阻之间关系的接地故障方程。 4 、利用双线性z 变换实现小电流接地故障拉普拉斯方程的频域离散化，建立 小电流接地故障的时域差分方程。分析小电流接地故障微分方程时发现，由于数值 微分误差较大，导致离散化后的差分方程用于测距计算精度较差。为此本文首先将 时域故障方程转化为s 域的拉普拉斯方程，再通过双线形z 变换将s 域连续的拉普 拉斯方程转换为z 域离散的z 方程，利用z 变换定义最终得到时域的差分方程。由 此得到了包含电压、电流变量及故障线路参数( 非金属性故障时还包含过渡电阻) 的可数值求解的时域小电流接地故障差分方程。转换过程中避免了多值映射、频谱 混叠等问题，提高了故障差分方程模型的精度，为下一步故障距离求解奠定了基础。 5 、利用参数识别技术求解小电流接地故障测距超定方程。针对利用采样信号 联立方程，直接求解小电流接地故障方程时测距误差较大、结果不稳定的问题，本 文采用参数识别中的最小二乘估计法求解由多量采样信号构成的故障超定方程，不 需要任何先验知识，适合用于小电流接地故障暂态计算。 6 、简化小电流接地故障辨识方程，将方程中对线路参数的辨识转化为对故障 距离的辨识。为克服线路参数辨识方程求解复杂、测距精度差的缺点，利用已知线 路分布参数，将故障线路模参数全部转化为故障距离与单位长度线路模参数的乘 积，即将线路模参数辨识方程转化为故障距离辨识方程。这一简化减轻了最小二乘 算法的拟合负担，提高了辨识精度。 7 、利用基于电磁暂态软件包a t p 的数字仿真和基于配电网物理模型的静模试 验对所提出的小电流接地故障测距算法进行验证。仿真和试验结果证明了本文提出 的小电流接地故障测距算法的正确性、有效性和实用性。 8 、通过对各辨识项分量分析比较以及结果校验，选取精度最高的辨识结果作 为最终的故障距离。小电流接地故障距离辨识方程中包含两个故障距离辨识项，对 比分析各分量的能量大小及抗干扰度，确定其中精度较高的辨识项作为测距结果。 本文提出的小电流接地故障测距算法测距精度高，灵敏、可靠且不受中性点运 i l 山东大学博士学位论文 行方式影响，对暂态信号有非常好的适用性，能在半个周波甚至更短的时间窗内完 成准确的故障测距，能够满足现场工程要求，且该技术不需要附加任何设备，成本 低，工程实现方便。算法的不足之处是高阻接地故障的测距精度较低，需要进一步 改进。 本文提出的小电流接地故障暂态测距算法，可以解决小电流接地故障定位这一 长期没有得到解决的难题。该技术的推广应用对于提高电力系统供电可靠性以及推 进小电流接地故障测距技术的发展具有十分重要的意义。 关键词：配电网；可靠性；小电流接地系统；单相接地故障；故障测距；暂态信号； 双线性变换；参数识别； i i i 山东大学博士学位论文 a b s t r a c t f a s td e v e l o p m e n to fe c o n o m ya n di m p r o v e m e n to f l i v i n gs t a n d a r d sl e a d t o r e q u i r e m e n t st oh i g h e rp o w e rs u p p l yr e l i a b i l i t y i nt h ec o u n t r i e sw h i c ht h ep o w e rm a r k e t r e f o r mh a sb e e nc a r r i e do u t ，s u p p l yr e l i a b i l i t yi st h e i m p o r t a n ti n d i c a t o ro fp o w e r c o m p a n yp e r f o r m a n c es u p e r v i s e db yt h es t a t ee l e c t r i c i t yr e g u l a t o r yc o m m i s s i o n i nt h i s s i t u a t i o n ，t h ed e v e l o p m e n ta n da p p l i c a t i o no fp o w e rl i n ef a u l tl o c a t i o nt e c h n i q u ei sp a i d m o r ea t t e n t i o nt ob yp o w e ru t i l i t i e s ，w h i c hi n t e n dt os h o r t e nt i m eo ff a u l ts e a r c h i n ga n d r e p a i r i n g ，a n di m p r o v et h es u p p l yr e l i a b i l i t ya n dc u s t o m e rs a t i s f a c t i o n i nc h i n a ，m o s tm yd i s t r i b u t i o nn e t w o r k s ( 6 - 6 6 k v ) e m p l o yn o n e f f e c t i v e l ye a r t h e d n e u t r a l s i ns u c hs y s t e m s ，w h e nas i n g l ep h a s et oe a r t h ( s p e ) f a u l to c c u r s ，t h ef a u l t e d s y s t e mc a nb ep e r m i t t e dt ok e e ps e r v i c ef o r1 - 2h o u r sw i t h o u tr e m o v i n gt h ef a u l t ，w h i c h r e d u c e st h ep r o b a b i l i t yo fm o r es e r i o u sa c c i d e n t s u n l i k ee f f e c t i v e l ye a r t h e ds y s t e m s ，t h e f a u l tc u r r e n tc a u s e db ys p ef a u l ti nn o n e f f e c t i v e l ye a r t h e ds y s t e m si sv e r ys m a l l ，a n d t h es t e a d yc h a r a c t e r i s t i c sa r ei n c o n s p i c u o u s s ot h ef a u l tl o c a t i o ni s s u ef o rs p ef a u l ti n n o n e f f e c t i v e l ye a r t h e ds y s t e m sh a sn o tb e i n gw e l ls o l v e df o ral o n gt i m e t h ee x i s t i n g t e c h n i q u e sh a v em a n ys h o r t a g e s ，s u c ha sl o ws e n s i t i v i t y , i n a c c u r a t em a t h e m a t i cm o d e l ， e s p e c i a l l yi nt h ea s p e c to fi n a d e q u a t eu t i l i z a t i o no ft r a n s i e n ts i g n a l s t h e r e f o r en e wf a u l t l o c a t i o n t e c h n i q u e s n e e dt ob e d e v e l o p e di n o r d e rt om e e tt h e r e q u i r e m e n to f n o n - e f f e c t i v e l ye a r t h e ds y s t e m s t h ea l g o r i t h ma n da p p l i c a t i o nt e c h n i q u eo ff a u l td i s t a n c ee s t i m a t i o nf o rs p ef a u l ti s r e s e a r c h e di nt h i sp a p e r w i t ha n a l y s i st ot h ef a u l tc h a r a c t e r i s t i c so fs p ef a u l t ，t h ef a u l t d i s t a n c ee q u a t i o nc a l lb eg o r e nb a s e do nt h em e a s u r e dt r a n s i e n tv o l t a g ea n dc u r r e n t t h e nt h ef a u l td i s t a n c ec a l lb eg o a e nb ys o l v i n gt h e e q u a t i o n a c c o r d i n gt ot h ea b o v ek e yt h o u g h t ，as e r i e so fc o r r e s p o n d i n gr e s e a r c h e sw e r e c a r r i e do u t a tl a s tan e wf a u l tl o c a t i o ne s t i m a t i o na l g o r i t h mi sp r o p o s e d ，w h i c hi s s u i t a b l et ot h es p ef a u l ti nn o n e f f e c t i v e l ye a r t h e dn e u t r a ln e t w o r k t h er e s u l to fa t p s i m u l a t i o na n ds t a t i cs i m u l a t i o nh a sp r o v e di t sa c c u r a c ya n dp r a c t i c a l i t y t h ed e t a i l e d r e s e a r c hw o r k si n c l u d e ： ( 1 ) t h et r a n s i e n ta n ds t e a d yc h a r a c t e r i s t i c so fs p ef a u l ti nn o n - e f f e c t i v e l ye a r t h e d n e u t r a ln e t w o r ka r ea n a l y z e d ，a n dt h et r a n s i e n ts i g n a l sa r er e s e a r c h e di nd e t a i l f r o mt h e a n a l y s i s ，t h es t e a d yf a u l ts i g n a li sn o ts u i t a b l et of a u l te s t i m a t i o n ；e s p e c i a l l yf o rt h e c o m p e n s a t e ds y s t e m ，t h em e t h o d sb a s e do nt h es t e a d ys i g n a l sa r ei n v a l i dt o t a l l y b u tt h e v a m p l i t u d eo ft r a n s i e n ts i g n a l si sb i g g e ra n dh a sa no b v i o u sv a r i e t y , a n d i nt h et r a n s i e n t a n a l y s i s ，t h ep e t e r s o nc o i lc a nb en e g l e c t e d ，w h i c hi sc o n v e n i e n c e t ot h ef a u l tl o c a t i o n e s t i m a t i o no fn o n e f f e c t i v e l ye a r t h e dn e u t r a ln e t w o r k ( 2 ) t h et r a d i t i o n a le q u i v a l e n tc i r c u i t so fp o w e r l i n e sa r ea n a l y z e da n dan e wf - m o d e e q u i v a t e n tc i r c u i ti sp r o p o s e d t h ea c c u r a c yo ff - m o d e c i r c u i ti sp r o v e db ya n a l y z i n gi t s t w o p o r t e x t e m a lc h a r a c t e r i s t i c s a n d i m p e d a n c e f r e q u e n c y c h a r a c t e r i s t i c s t h e e m p l o y i n go ff - m o d ee q u i v a l e n tc i r c u i tc a r tr e d u c et h en e tn o d e sa n ds i m p l i f yt h ef a u l t e q u a t i o n t h ea n a l y z i n gr e s u l t sp r o v e dt h a tf - m o d ee q u i v a l e n tc i r c u i tc a ne q u a l m e d i u m l e n 础p o w e rl i n e si nt h es e l e c t e df r e q u e n c yb a n d t h ea d o p t i o no ff - m o d ee q u i v a l e n t c i r c u i tl a y sas o l i df o u n d a t i o nf o rs p e f a u l tm a t h e m a t i c a lm o d e l ( 3 ) t h es p ef a u l tc a nb ed e c o m p o s e dt oa e r i a lm o d ec o m p o n e n ta n de a r t hm o d e c o m p o n e n tb yk a r r e n b a u e rt r a n s f o r m a t i o n a n d b a s e do nf m o d ee q u i v a l e n tc i r c u i t ，t h e m o d a ln e t w o r ko fs p ef a u l tc a r lb eb u i l tw i t ht h eb o u n d a r yc o n d i t i o n f u r t h e rt h ef a u l t l o c a t i o ne s t i m a t i n ge q u a t i o nc a r lb eg o r e n t h ee q u a t i o n s h o w st h er e l a t i o n s h i po f v a r i a b l e s ( v o l t a g e ，c u r r e n t ) a t b u se n d ，f a u l t e dl i n ep a r a m e t e r sa n de a r t hr e s i s t a n c e ( 4 ) t h el a p l a c ef a u l te q u a t i o n i sd i s c r e t i z e d 证f r e q u e n c yd o m a i nu s i n gb i l i n e a r t r a n s f o n n a t i o n ，a n dt h e nt h ec o r r e s p o n d i n gd i f f e r e n c ee q u a t i o ni nd o m a i nc a nb eg o t t e n i ft h ef a u i td i f f e r e n t i a le q u a t i o ni s t r a n s f o r m e dt od i f f e r e n c ee q u a t i o nd i r e c t l y , t h e e s t i m a t i o na c c u r a c yi sw o r s e t h e r e f o rt h e d i f f e r e n t i a l e q u a t i o n msd o m a i nl s t r a n s f o n n e dt ol a p l a c ee q u a t i o ni nf i r s t ，a n dt h e nt h el a p l a c ee q u a t i o ni st r a n s f o r m e dt o ze q u a t i o nb yb i l i n e a rt r a n s f o r m a t i o n a tl a s tt h ed i f f e r e n c ee q u a t i o ni nt i m ed o m a i ni s g o t t e nw i t hzt r a n s f o r m a t i o nd e f i n i t i o n ，w h i c ht h e d i f f e r e n c ee q u m i o ni st h ef a u l t e s t i m a t i o ne q u a n o ni n c l u d i n gv o l t a g e ， c u r r e n t ， f a u l t e dl i n ep a r a m e t e r sa n de a r t h r e s i s t a n c e d u r i n gt h et r a n s f o r m a t i o n s ，f r e q u e n c ya l i a si s a v o i d e da n dt h ea c c u r a c yo f f a u l td i f f e r e n c ee q u a t i o ni si m p r o v e d ( 5 ) t h eo v e r d e t e r m i n e de q u a t i o n so fs p e f a u l ta r es o l v e db yt h el e a s ts q u a r em e t h o d i fo n l vf e ws a m p l i n g si su s e dt os o l v et h ef a u l te q u a t i o n ，t h ec a l c u l a t i o ne r r o ri sb i g g e r a n dt h er e s u l ti si n s t a b l e i nt h i sp a p e rt h el e a s ts q u a r ee s t i m a t i o ni su s e dt os o l v et h e f a u l to v e r d e t e r m i n e de q u a t i o n s ，w h i c hi sf o r m e db yp l e n t i f u ls a m p l i n g s 。t h el e a s ts q u a r e e s t h a t i o nn e e d sn o ta n yp r i o rk n o w l e d g e ，w h i c hi st h eb e s ta p p r o a c ht os o l v e t h ef a u l t t r a n s i e n tp r o b l e m s ( 6 ) s i m p l i f yt h ef a u l t e s t i m a t i o ne q u a t i o nb yt h et r a n s f o r m i n gf r o mf a u l t e d l i n e p a r 咖e t e r se s t i m a t i o nt of a u l tl o c a t i o ne s t i m a t i o n t oo v e r c o m e t h es h o r t a g eo fc o m p l e x a n dl o w a c c u r a c yo ff a u l t e dl i n ee s t i m a t i o ne q u a t i o n ，t h e f a u l t e dl i n ep a r a m e t e r s1 s v t 山东大学博士学位论文 t r a n s f o r m e dt ot h ep r o d u c tw h i c hm u l t i p l y i n gt h ef a u l td i s t a n c ea n dl i n ep a r a m e t e r sp e r u n i tl e n g t hu s i n gt h ed i s t r i b u t e dp a r a m e t e r s s ot h ef a u l tl o c a t i o ne q u a t i o nc a nb eg o r e n t h i ss i m p l i f i c a t i o nr e d u c e st h ec a l c u l a t i o no ft h el e a s ts q u a r ee s t i m a t i o na n di m p r o v e s t h ee s t i m a t i o na c c u r a c y ( 7 ) t h er e s u l t so fa t ps i m u l a t i o na n ds t a t i cs i m u l a t i o nh a v ep r o v e dt h ea c c u r a c yo f t h ep r o p o s e df a u l tl o c a t i o ne s t i m a t i o na l g o r i t h m w i t hb u i l d i n gt h es i m u l a t i o nm o d e la n d s e t t i n gs i m u l a t i o np a r a m e t e r s ，d i f f e r e n tc o n d i t i o n so fs p ef a u l ti ss i m u l a t e d t h er e s u l t s p r o v e dt h ea c c u r a c ya n dp r a c t i c a l i t yo ft h i sf a u l tl o c a t i o na l g o r i t h m ( 8 ) w i t hc o m p a r i s o na n de x a m i n a t i o nt oe a c he s t i m a t i o ni t e m so fr e s u l t s ，t h e h i g h a c c u r a c yi t e mi sc h o s e na st h el a s td i s t a n c er e s u l t t h ef a u l tl o c a t i o ne s t i m a t i o n e q u a t i o ni n c l u d e st w od i s t a n c ei t e m s f r o mt h ec o m p a r i s o no fe n e r g ya n di n t e r f e r e n c e i m m u n i t y , t h eh i 曲- a c c u r a c yi t e mc a nb eg o t t e na st h er e s u l t t h ep r o p o s e da l g o r i t h mh a st h eh i g hr e l i a b i l i t y , s e n s i t i v i t ya n da p p l i c a b i l i t yt o t r a n s i e n ts i g n a l s a n di ti sf r e ef r o mt h ep e t e r s o nc o i la n df a u l tp o s i t i o n ，a n dc a ne s t i m a t e t h ef a u l td i s t a n c ew i t hh a l fc y c l eo rm o r es h o r ts a m p l i n gl e n g t h t h i sf a u l tl o c a t i o n e s t i m a t i o nm e t h o di sl o wc o s tw i t h o u ta n ya d d i t i o n a ld e v i c e sa n dc a nb er e a l i z e de a s i l y , w h i c hc a ns a t i s f yt h er e q u i r e m e n to ff i e l de n g i n e e r i n g b u tw h e nt h ee a r t hr e s i s t a n c ei s m u c hh i 曲e r , t h ee s t i m a t i o na c c u r a c yd e c r e a s e dr e l a t i v e l y , w h i c hs h o u l db ei m p r o v e di n f u t u r e t h ep r o p o s e dd i s t a n c ee s t i m a t i o nt e c h n i c a lm a k e st h ei m p o r t a n tp r o g r e s si nf a u l t l o c a t i o nf i e l do fs p ef a u l t ，a n di t s a p p l i c a t i o nh a so b v i o u s l ys i g n i f i c a n c ef o rt h e i m p r o v e m e n to fs u p p l yr e l i a b i l i t y k e yw o r d s ：d i s t r i b u t i o nn e t w o r k ；r e l i a b i l i t y ；n o n e f f e c t i v e l ye a r t h e d s y s t e m ： s i n g l e - p h a s ee a r t hf a u l t ；f a u l tl o c a t i o n ；t r a n s i e n ts i g n a l ；p a r a m e t e re s t i m a t i o n ；b i l i n e a r t r a n s f o r m a t i o n v i i 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独 立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不 包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研 究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明 的法律责任由本人承担。 论文作者签名：驻圣笛 日期：趔：! q ：! 互 关于学位论文使用授权的声明 本人完全了解山东大学有关保留、使用学位论文的规定，同意学 校保留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论 文被查阅和借阅；本人授权山东大学可以将本学位论文的全部或部分 内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制手段 保存论文和汇编本学位论文。 ( 保密论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名：墨迢坠卜导师签名： 山东大学博士学位论文 第一章绪论 本章介绍了课题的背景和意义，分析了我国中低压配电网的中性点运行方式及小电流接地 故障特点。综述了配电线路的故障定位方法，并介绍了本论丈所研究的暂态法故障测距的提出 思路，最后概述了论文的主要工作及章节安排。 1 1 课题背景及意义 电力系统供电中断将导致生产停顿，生活混乱，甚至危及人身和设备安全，保 证安全可靠供电是电力系统运行的基本要求。随着经济的发展和人民生活水平的提 高，用户对供电可靠性和安全性提出了更高的要求。为适应电力体制改革的总体要 求，我国成立了电力监管委员会，其主要职责之一就是负责电力安全和可靠性监管， 供电可靠性已经成为反映电能质量的重要指标之一。随着电力市场的进一步开放， 供电质量将受到更为严格的约束和监管，直接与电力部门的经济效益和运营资格挂 钩。无论是电力用户，还是供电公司，都有提高供电可靠性的自身需求。影响供电 可靠性的两个主要因素是停电时间和停电次数，而电力系统供电中断大多由故障引 起。据统计，电力用户遭受的停电事故9 5 以上是由配电网引起的( 扣除发电不足 因素) 【l 】，其中大部分是故障原因。因此准确地测定配电网故障位置，对于及时隔 离并修复故障、提高供电可靠性具有十分重要的意义。 统计数据表明，配电网故障中的7 0 是单相接地故障，其中绝大多数是瞬时性 故障( 瞬时性故障在架空线路单相接地故障中约占8 0 0 o - 9 0 ，在电缆线路单相接 地故障中约占3 0 ) 【2 1 。我国6 - 6 6 k v 中压电网普遍采用中性点非有效接地方式( 中 性点不接地或经消弧线圈接地) ，这种运行方式优点在于发生单相接地故障后，三 相负荷电流及线电压依然保持对称，不必立即跳闸，可以带故障运行一段时间，尤 其是采用中性点经消弧线圈接地方式时，可以自行消除瞬间的单相接地故障，从而 减少了停电事故，提高了供电可靠性。但需要注意的是故障后非故障相电压要升高 3 倍，长期带故障运行会破坏绝缘，引发更为严重的相间故障。因此，在系统发 生单相接地故障后，应该准确测定故障位置，切除故障区段，避免事故扩大、影响 非故障区段供电。然而由于稳态故障电流微弱、故障电弧不稳定等原因，中性点非 有效接地系统的故障定位问题一直没有得到很好的解决，特别是谐振接地系统，基 1 第一章绪论 于稳态故障电流的定位方法基本失效，需要研究新的定位判据以满足谐振接地系统 的需要【2 羽。 近几年，基于暂态信息的故障检测技术在电力系统中逐渐得到了应用。最具代 表性的是应用于高压输电线路的行波测距技术，该方法利用高频暂态行波信号的传 输时间与传输距离的一一对应关系计算故障点位置。随着高速数据采集及g p s ( g l o b np o s i t i o ns y s t e m ) 技术的发展，行波测距在高压电网中获得了成功的应用 和推广。此外，在中压电网中，随着数字信号处理技术的发展及小波变换等数学工 具的应用，故障暂态信号经分析处理后也被用于故障选线判断，理论研究表明，基 于暂态信号的选线方法不受中性点运行方式影响，灵敏、可靠且现场运行效果良好， 选线准确率较高。从以上相关研究可以看出，信号获取手段及分析工具的发展为暂 态信号的利用提供了有力支撑，暂态信息已逐渐成为电网故障检测的重要依据。 但同时可以看出，配电网络对暂态信号的利用仍然不够，其研究尚处于起步阶 段，这与配电网自身的结构特点有关。由于配电网络结构复杂，分支点多，采用行 波技术定位故障存在故障波头难以识别的问题，而且测距装置成本较高，在配电网 络中难以实用化。包含丰富故障信息的中低频暂态信号用于故障选线取得了不错的 效果，但在这些中低频暂态信号的研究和应用过程中尚未建立精确的模型进行数学 描述，没有实现量化计算，截至目前，中低频暂态信号在故障测距的定量计算研究 中尚未得到有效利用。因此，有必要对中低频暂态信号做进一步研究，以期解决中 性点非有效接地系统单相接地故障定位困难的问题。 可见，深入研究利用暂态故障信号的小电流接地故障测距原理及应用技术，开 发小电流接地故障测距算法，具有较高的理论意义和实用价值。 1 2 小电流接地系统故障定位技术综述 在中性点非有效接地系统发生的单相接地故障通称为小电流接地故障，针对小 电流接地故障的保护技术主要包括小电流接地故障选线和小电流接地故障定位。在 中低压配电系统中，中性点非有效接地方式凭借其在供电可靠性上的显著优势，获 得了广泛采用，故障选线技术已趋于成熟，可以满足现场工程应用的要求。但小电 流接地故障定位问题一直没有得到很好的解决。下面首先综述包含接地故障在内的 现有的小电流系统故障定位技术。 2 山东大学博士学位论文 根据测量时线路是否带电，故障定位技术可分为在线和离线两种方式。实际的 配电线路故障绝大部分是绝缘击穿故障，在线路停电后，绝缘恢复，故障电阻上升 至数千欧甚至数兆欧，难以通过直流电阻或注入信号寻迹等简单的方法测定故障点 位置，通常需要采用高压设备将故障点击穿后测寻故障点。目前，离线定位法主要 用于电缆故障定位。对于架空线路来说，由于供电距离较长，施加高压击穿故障比 较困难，尤其是线路通常与配电变压器直接相连，外加高电压会对用户用电设备带 来危害。因此，离线定位不适用于架空线路。 在具体实现方式上，故障定位方法可分为利用多个线路终端( f e e d e rt e r m i n a l u n i t ，简称f t u ) 或故障指示器( f a u l tp a s s a g ei n d i c a t o r ，简称f p i ) 的广域故障区段 定位法以及直接利用线路出口处测量到的电气量信息计算故障距离的故障测距法。 前者用于交通便利、自动化水平较高的城区配电网完成快速故障隔离；后者用于供 电距离较长、不易巡检的乡镇配电网或铁路自闭贯通系统完成故障点查找。 按故障定位对测量点信息的需求可将定位技术分为单端法和双端法；按利用信 号的类型又可分为暂态法和稳态法；按定位时利用信号的方式不同还可以分为主动 法和被动法。本节将按不同故障类型分类，详细介绍实际应用中的中性点非有效接 地系统( 即小电流接地系统) 的故障定位方法。 1 2 1 短路故障定位方法 电力系统短路故障是指引起电流急剧增大，电压大幅度下降，并进一步导致电 气设备损坏的相与相或相与地之间的短接【8 1 。短路分为三相短路、两相短路、两相 对地短路和单相对地短路( 发生于大电流接地系统，即中性点直接接地或经小电阻 接地的系统) 。短路故障特征明显，故障定位的实现相对简单。 短路故障电流幅值较大，易于检测，通常采用“过电流法”【4 】( 5 】实现架空线路 短路故障的区段定位，原理与过流保护相同。 第一章绪论 i 变电烈r 1广 变电所l叫_u削 l f 控制主l f 站f 。 l 变电雕f i变电所2 叫叫_ 图1 - 1 典型馈线自动化系统结构图 f i g 1 1t h ed i a g r a mo f af as y s t e m “过电流法 需要借助馈线终端装置( f t u ) 或故障指示器( f p i ) 定位故障区 段。以图1 1 所示的手拉手环网馈线自动化( f e e d e r a u t o m a t i o n ，简称f a ) 系统为 例，在线路出现短路故障时，f t u 检测到过流现象并上报至f a 控制主站。主站分 析故障信息，确定故障区段。在变电所保护动作跳开故障线路后，遥控分段开关隔 离故障，恢复非故障区段供电。 “过电流法”原理简单，判据明确，同时具有较好的灵敏度。f p i 在故障定位 实现上与f t u 相同，其测量方式分为直接测量和非接触式测量( 测量电磁场) 两种。 采用非接触式测量【1 1 】监测故障信息具备一定的现场应用优势，测量装置的灵敏度和 可靠性是该研究能否推广的关键。 对于郊区及乡镇配电网，供电距离长，采用故障测距的定位方法既可以降低成 本，又可以减轻巡线负担。 ( 1 ) 阻抗法 阻抗法 9 】 1 0 】是利用故障时测到的电压和电流求取故障回路的阻抗，又因故障回 路阻抗与故障距离成正比，从而据此定位故障。阻抗法原理简单，投资少，但配电 网结构复杂，分支线、混合线路较多，且负荷影响较大，故阻抗法不能简单地直接 用于测距计算，实际应用中常常作为辅助测距方法，结合“s 注入法 计算故障距 离或配合行波法确定故障位置 12 1 。 在阻抗法的应用中，奥地利采用的是将馈线预先分段，利用标准的电力系统分 析软件对各段线路进行离线短路计算4 1 。当故障发生时，远端继电器测量故障电抗 并上报主站，与短路计算得到的故障阻抗对比判断故障区段。这种阻抗定位策略在 故障发生时仅需做出对比判断，节省了计算时间，且准确率高，实际运行效果良好。 ( 2 ) 电流对比法 4 山东大学博士学位论文 为克服阻抗法对负荷影响考虑不足的缺点，欧洲一些发达国家采取了一些改进 措施 3 】，在计算中考虑实时采集的负荷电流，通过电流对比定位故障区段。该方法 对自动化实现程度要求较高，它是利用s c a d a e m s d m s d s c a d a 计算各条线路 的故障电流并与各点测量上报的故障电流进行对比，判断故障位置。此方法将各监 测点的故障信息与s c a d a 等系统监测的负荷电流等电网运行信息综合运用，故障 判断更为准确，在芬兰实际运行效果良好，但由于仅以电流作为判据，定位精度受 故障电阻影响较大，需要做进一步的改进。 1 2 2 接地故障定位方法 接地故障即指小电流接地故障，其工频故障电流微弱，故障电弧不稳定，而由 线路电容充放电引起的暂态信号幅值较大，信息量丰富。针对小电流接地故障的特 点，故障定位研究中采用了多种解决策略。 ( 1 ) s 注入法 l 信 号 注n 入 装c 置b a i abc 图1 2 注入法实现原理图 f i g 1 2t h es c h e m a t i cd i a g r a mo fs i g n a li n je c t i o nm e t h o d “s 注入法”是利用故障时暂时“闲置 的接地相电压互感器注入一个特殊信 号电流，通过对该信号进行寻迹来实现故障选线和定位0 3 】。在实际工程应用中可以 在线路节点和分支点安装信号探测器，通过检测信号的路径来定位故障区段，也可 以通过手持探测仪沿线巡检，信号消失的点即为故障点。文献【1 4 】提出了基于注入 信号原理的“直流开路、交流寻踪 的离线故障定位方法，该方法致力于解决停电 后接地点绝缘恢复的定位问题。停电后外加直流高压使接地点保持击穿状态，从而 保证注入信号的流通回路，通过信号寻迹确定故障位置，但需要注意外加高压对用 第一章绪论 户的影响。“s 注入法”原理先进，不受消弧线圈影响，适用于只安装两相c t 的架 空线路；但该方法需要附加信号注入设备，且注入信号强度受p t 容量限制，对于 高阻接地及间歇性故障，检测效果不好。 ( 2 ) 零序电流法 零序电流法利用线路零序电流的幅值及相位特征进行故障区段定位【1 5 】。对于谐 振接地系统，由于消弧线圈的补偿作用，故障线路零序电流的变化特征不明显，幅 值和相位判据失效，文献 1 6 提出对谐振系统故障后的稳态零序电流增量进行分解， 根据分解后的电流增量的相位定位故障区段；文献 1 7 】提出在故障发生后通过改变 消弧线圈的补偿度，监测线路零序电流的增量变化来判断故障区段，文献 1 8 】详述 了零序电流增量法的基本原理及配合f t u 的定位策略，这几种措施从一定程度上提 高了零序电流法的检测灵敏度，但对于高阻故障，检测仍然比较困难。 另外可以利用暂态零序电流【1 1 1 幅值较大，且判据不受中性点运行方式影响的特 点，直接比较各点的暂态零序电流幅