畢業(yè)論文---基于注入法的配電網(wǎng)單相接地故障診斷

1、<p>　　存檔日期： 存檔編號： </p><p>　　本科生畢業(yè)論文（設(shè)計）</p><p>　　論文題目: 基于注入法的配電網(wǎng)單相接地故障診斷 </p><p>　　姓 名: &l

2、t;/p><p>　　院 系： 電氣工程及自動化學(xué)院 </p><p>　　專 業(yè)： 電氣工程及其自動化 </p><p>　　班 級： </p><p>　　指導(dǎo)老師：

3、 </p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　本文主要針對配電網(wǎng)中單相接地故障定位困難的問題對單相接地故障的電氣特征進(jìn)行了分析，同時設(shè)計了從單相接地故障的選相到選線，最后精確定位到故障點的完整的單相接地故障診斷過程。由于小電流接地系統(tǒng)的自身特點，發(fā)生單相接地故障時，所產(chǎn)生的故障信號本身較弱，容易受到電磁干擾和諧波污染，

4、導(dǎo)致信號失真，這些都直接影響了選線的選擇性和準(zhǔn)確性，甚至?xí)斐蛇x線裝置的誤動。</p><p>　　結(jié)合工作的實際情況并參考各種裝置的實際特點，本文采用了比較電壓的變化的方法來判斷故障相，選用采用注入法信號的選線和定位方法作為配電網(wǎng)單相接地故障診斷方法，同時比較了交流注入法和直流注入法的優(yōu)缺點，總結(jié)了一套完整的配電網(wǎng)單相接地故障診斷方法，最后對直流注入法作了兩步改進(jìn)， 較為成功的解決了配電網(wǎng)單相接地故障選線和定位

5、困難的問題。</p><p>　　關(guān)鍵詞： 單相接地故障 故障定位 信號注入 選相 選線</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　This article mainly aims at the problem in distribution network one-phase ground fault

6、 location for phase-to-ground fault electrical characteristics analysis, and designs the fault location from phase-to-ground to phase-selection precise positioning to breakdown complete phase-to-ground fault diagnosis pr

7、ocess. Due to the small current grounding system's characteristics, the one-phase ground fault happens, the resulting fault signal itself is weak, the vulnerable to electromagnetic interference </p><p>　

8、　Combined with the actual situation of reference work of all sorts of devices and actual characteristics, this paper adopts the methods of comparative voltage changes which is judged by fault phases injection methods, ch

9、oose the route and positioning method of signal power and single-phase grounding as fault diagnosis solving ways. Compared with the exchange injection method ,including the advantages and disadvantages of dc injection me

10、thod, finally summed up a set of complete power phase-to-grou</p><p>　　Keywords: single-phase-to-earth fault fault location integration location method Location phase-selection fault line detection目

11、 錄</p><p><b>　　摘 要I</b></p><p>　　AbstractII</p><p><b>　　1 緒論1</b></p><p>　　1.1選題的研究意義1</p><p>　　1.2配電網(wǎng)單相接地故障研究現(xiàn)狀1</p>

12、<p>　　1.3本課題主要研究的內(nèi)容2</p><p>　　2 小電流接地系統(tǒng)的單相接地故障的電氣特征分析3</p><p>　　2.1小電流接地系統(tǒng)3</p><p>　　2.2中性點不接地單相接地故障的電氣特征3</p><p>　　2.3中性點經(jīng)消弧線圈接地單相接地故障電氣特征6</p><p

13、>　　3 單相接地故障的選相9</p><p>　　3.1中性點不接地系統(tǒng)的選相判斷依據(jù)9</p><p>　　3.2中性點經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)的選相判斷依據(jù)11</p><p>　　3.3單相接地故障選相過程的原理分析12</p><p>　　3.4本章小結(jié)14</p><p>　　4 單相接地故障的選

14、線和定位15</p><p>　　4.1小電流接地系統(tǒng)常用選線和定位方法15</p><p>　　4.2注入法選線和定位原理17</p><p>　　4.3直流注入法選線和定位23</p><p>　　4.4改進(jìn)后的直流注入法選線定位的原理總結(jié)29</p><p>　　4.5本章小結(jié)30</p>

15、<p><b>　　5 結(jié)論31</b></p><p><b>　　致 謝33</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)34</b></p><p><b>　　1 緒論</b></p><p>　　1.1選題的研究意義</

16、p><p>　　在配電網(wǎng)系統(tǒng)中，單相接地故障率最高，約占配電網(wǎng)故障的80%以上。我國的配電網(wǎng)多為小電流接地系統(tǒng)，由于在小電流接地系統(tǒng)中發(fā)生單相接地故障時不形成短路回路，只在系統(tǒng)中產(chǎn)生很小的零序電流，三相線電壓依然對稱，不影響系統(tǒng)正常工作，所以我國的電力規(guī)程規(guī)定，小電流接地系統(tǒng)可帶單相接地故障繼續(xù)運行1-2小時[1,2]。這樣能夠提高供電的持續(xù)性和可靠性，這是小電流接地系統(tǒng)的突出優(yōu)點。但隨著饋線的增多，電容電流也在增大

17、，長時間帶故障運行就易使故障擴(kuò)大為相間短路或兩點及多點接地故障?；」饨拥剡€會引起全系統(tǒng)過電壓，進(jìn)而損壞設(shè)備，破壞系統(tǒng)安全運行，所以必須及時找到故障線路予以切除或者找到故障點進(jìn)行維修。但是由于單相接地故障產(chǎn)生的故障電流很小等諸多原因，單相接地故障選線定位問題一直沒有得到很好的解決。現(xiàn)有的小電流接地保護(hù)不能從根本上解決小電流接地的選線問題，這與電力系統(tǒng)提高供電可靠性的要求與呼聲背道而馳。因此，進(jìn)一步研究小電流接地系統(tǒng)單相接地故障的診斷方法具

18、有很好的理論和實際意義。</p><p>　　1.2配電網(wǎng)單相接地故障研究現(xiàn)狀</p><p>　　配電網(wǎng)單相接地選線和定位是個世界性的難題，在上世紀(jì)80年代到90年代初配電網(wǎng)還是以架空線路為主。研制的單相接地選線裝置，基本上是采用穩(wěn)態(tài)分量法即零序電流比幅法[3]和電容電流比幅比相法[3]，單相接地選線的準(zhǔn)確性還是很高的。但是隨著配電網(wǎng)的發(fā)展，城鄉(xiāng)電網(wǎng)的改造，電纜線路不斷增加，接地電容電流

19、也增加很多，這樣就需要在變電站安裝消弧線圈[3]。由于消弧線圈的補(bǔ)償作用在接地線路上電容電流和電感電流抵消，所以采用態(tài)分量法即零序電流比幅法[4]和電容電流比幅比相法[4]的選線裝置就不能正確選擇接地線路了。而后針對中性點經(jīng)消弧線圈接地的系統(tǒng)又出現(xiàn)了暫態(tài)零序電流檢測方法和五次諧波法，但是暫態(tài)過程非常短暫檢測裝置易出現(xiàn)誤動作，而五次諧波法也因信號微弱和負(fù)荷諧波的影響而出現(xiàn)誤判斷。</p><p>　　近年來，小電流

20、接地系統(tǒng)相線對接地故障檢測取得了很大成就，但到目前為止，研究的重點主要是集中在選線技術(shù)，在小電流接地系統(tǒng)的故障點定位方面，國內(nèi)外雖然有一些研究，也提出了一些理論方法，但實用定位的方法其實并不多。人工巡線仍然是目前配電網(wǎng)故障定位最常用的方法，這就導(dǎo)致了故障持續(xù)時間的延長和人力資源的浪費，增加了無謂的損失故障，降低了供電可靠性。隨著配電自動化系統(tǒng)配電自動化系統(tǒng)的開發(fā)，一些故障段定位和隔離法的出現(xiàn)在國內(nèi)外已成功地應(yīng)用到現(xiàn)場，但是由于配電自動化

21、系統(tǒng)是在運用中國并不廣泛，目前在注入方法的基礎(chǔ)上逐步對地故障定位方法改進(jìn)是比較實用和有效的方法之一。傳統(tǒng)的注入法能夠較為準(zhǔn)確的定位，但在自動化程度，容錯和設(shè)備性能等方面，仍有許多問題有待進(jìn)一步改善。</p><p>　　1.3本課題主要研究的內(nèi)容</p><p>　　本文就上述的難題做了以下工作：</p><p>　?。?）對單相接地故障的電氣特征作了分析，總結(jié)了中

22、性點不同接地方式的特點，為故障診斷提供理論依據(jù)。</p><p>　?。?）通過故障后電壓的變化提出判斷故障相的依據(jù)，并總結(jié)了完整的選相過程。</p><p>　?。?）分析了常用單相接地故障的選線方法的缺點和注入法的優(yōu)點。</p><p>　?。?）詳細(xì)分析了傳統(tǒng)注入法的選線定位原理，將交流注入法和直流注入法進(jìn)行了比較，改進(jìn)了直流注入選線定位法，并在理論上作了分析

23、和實驗計算。</p><p>　　2 小電流接地系統(tǒng)的單相接地故障的電氣特征分析</p><p>　　2.1小電流接地系統(tǒng)</p><p>　　我國的配電網(wǎng)采用小電流接地系統(tǒng)，小電流接地系統(tǒng)即中性點非直接接地系統(tǒng)，它包括中性點不接地系統(tǒng)、經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)(也稱諧振接地系統(tǒng))和經(jīng)高阻接地系統(tǒng)[5,6,7]。由于歷史原因和具體條件不同，各個國家的電網(wǎng)中性點處理方式不盡

24、相同，甚至在同一國家、同一地區(qū)的同一電壓也有不同接地方式并存現(xiàn)象。在我國3-66kV中低壓配電網(wǎng)系統(tǒng)一般采用中性點不接地系統(tǒng)或經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)，所以本文重點分析小電流接地系統(tǒng)中的中性點不接地和經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)的單相接地故障特征。</p><p>　　2.2中性點不接地單相接地故障的電氣特征</p><p>　　為分析方便，假設(shè)A相發(fā)生金屬性接地短路，忽略負(fù)荷電流和電容電流在線路上產(chǎn)生的

25、電壓降。如圖2-1所示，各線路上電流方向已標(biāo)注。</p><p>　　圖2-1 中性點不接地系統(tǒng)單相接地故障電氣原理圖</p><p>　　由以上原理圖可知系統(tǒng)各參量變化如下：</p><p><b>　?。?）電壓</b></p><p>　　系統(tǒng)A相對地電壓為： </p><p><

26、;b>　　（2-1）</b></p><p><b>　　B相對地電壓為：</b></p><p><b>　?。?-2）</b></p><p><b>　　C相對地電壓為：</b></p><p><b>　　（2-3）</b><

27、;/p><p>　　故障點的零序電壓為：</p><p><b>　?。?-4）</b></p><p><b>　?。?）電流</b></p><p>　　①非故障線路的各相電流和三倍零序電流</p><p><b>　　A相的電流為： </b></

28、p><p><b>　　（2-5）</b></p><p><b>　　B相的電流為：</b></p><p><b>　?。?-6）</b></p><p><b>　　C相的電流為：</b></p><p><b>　?。?/p>

29、2-7）</b></p><p><b>　　有效值為： </b></p><p><b>　?。?-8）</b></p><p>　　所以三倍的零序電流為：</p><p><b>　?。?-9）</b></p><p>　?、趯τ谧儔浩鱐

30、上，首先有它本身的B相和C相的對地電容電流的電源，因此，從A相中要流回故障點的全部電容電流，而在B相和C相流出各線路上同名相的對地電容電流。此時從變壓器出線端所反應(yīng)的零序電流仍然為三相電流之和。由圖2-1可見，各線路的電容電流由于從A相流入后又分別從B相和C相流出了，因此相加后相互抵消，而只剩下變壓器本身的電容電流，故有效值為,即零序電流為變壓器本身的電容電流。</p><p>　?、蹖τ诠收暇€路各相電流和三倍零

31、序電流</p><p><b>　　故障相電流：</b></p><p><b>　?。?-10）</b></p><p><b>　　其有效值：</b></p><p><b>　?。?-11）</b></p><p><b

32、>　　非故障相電流：</b></p><p><b>　?。?-12）</b></p><p><b>　?。?-13）</b></p><p><b>　　三倍的零序電流：</b></p><p><b>　　（2-14）</b><

33、;/p><p><b>　　其效值：</b></p><p><b>　?。?-15）</b></p><p><b>　　（3）功率</b></p><p>　　非故障線路的復(fù)功率為：</p><p><b>　?。?-16）</b>

34、</p><p><b>　　（2-17）</b></p><p><b>　　同理有故障線路：</b></p><p><b>　　（2-18）</b></p><p>　　根據(jù)以上分析可得到以下幾點結(jié)論[8,9]：</p><p>　?。?）零序網(wǎng)絡(luò)

35、由同級電壓網(wǎng)絡(luò)中元件對地的等值電容構(gòu)成通路，與中性點直接接地系統(tǒng)有接地的中性點構(gòu)成通路有極大的不同，網(wǎng)絡(luò)的零序阻抗很大。</p><p>　?。?）發(fā)生單相接地時，相當(dāng)于在故障點產(chǎn)生了一個其值與故障相故障前相電壓大小相等，方向相反的零序電流，從而全系統(tǒng)都將出現(xiàn)零序電壓。</p><p>　?。?）在非故障元件中流過的零序電流，其數(shù)值等于本身的對地電容電流；電容性無功功率的實際方向由母線流向

36、線路。</p><p>　　（4）在故障元件中流過的零序電流，其數(shù)值為全系統(tǒng)非工作元件對地電容電流之總和；電容性無功功率的實際方向為由線路流向母線。</p><p>　　2.3中性點經(jīng)消弧線圈接地單相接地故障電氣特征</p><p>　　圖2-2 中性點經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)單相接地故障電氣原理圖</p><p>　　在中性點不接地的電網(wǎng)中發(fā)生單

37、相接地故障時，如圖2-2所示，若接地點流過的全系統(tǒng)對地電容電流，若此電流過大，會使故障擴(kuò)大。為防止上述情況發(fā)生，常在中性點接入消弧線圈。各級電壓網(wǎng)絡(luò)中，當(dāng)全系統(tǒng)的電容電流超過下列數(shù)值時應(yīng)裝設(shè)消弧線圈：3-6kV電網(wǎng)為30A，10kV電網(wǎng)為20A，22-66kV電網(wǎng)為10A[10]。</p><p>　　如圖2-2所示的電網(wǎng)中，電源的三相電動勢相等。為了簡便起見，不計電源內(nèi)部的電壓降和線路上的電壓降，電源每相電動勢

38、的有效值等于電網(wǎng)正常工作時的相電壓，電源兩相電動勢之差等于電網(wǎng)的線電壓，變壓器中性點經(jīng)消弧線圈接地。</p><p>　　假設(shè)線路2的A相發(fā)生金屬性接地故障，各線路電壓變化以及非故障線路電容電流的分布與中性點不接地系統(tǒng)的情況相同。由于中性點接地方式不同，此時故障點的接地電流由原來的電容電流變?yōu)橛上【€圈產(chǎn)生的電感電流補(bǔ)償后的殘流，但仍具有零序性質(zhì)。所以線路2的基波零序電流為：</p><p&g

39、t;<b>　?。?-19）</b></p><p>　　式中為消弧線圈的補(bǔ)償電流，而此時從接地點流回的總電流為:</p><p><b>　?。?-20）</b></p><p>　　式中為全系統(tǒng)的對地電容電流。</p><p>　　由于和相位相差180。，幾將隨消弧線圈的補(bǔ)償程度而變化，因此，故

40、障線路零序電流的大小和方向也隨之改變。根據(jù)對電容電流補(bǔ)償程度的不同，即補(bǔ)償度P的大小(這里P定義為:)，可分為以下三種不同的補(bǔ)償方式:</p><p><b>　?。?）全補(bǔ)償</b></p><p>　　全補(bǔ)償時P=0即的補(bǔ)償方式，它雖可使接地點的電流為零，但卻有嚴(yán)重的缺點，因為此時剛好有式子成立，這正是工頻串聯(lián)諧振的條件。但是如果三相的對地電容不相等或斷路器三相非

41、同期合閘時，出現(xiàn)的零序電壓在串聯(lián)諧振回路中產(chǎn)生很大的電流，此電流在消弧線圈上會產(chǎn)生很大的壓降，使電源中性點的電壓大大升高，造成設(shè)備的絕緣損壞，因而不宜采用這種補(bǔ)償方式。</p><p><b>　?。?）欠補(bǔ)償</b></p><p>　　欠補(bǔ)償就是P<0即的補(bǔ)償方式。采用這種補(bǔ)償方式時，補(bǔ)償后的接地點電流是容性的。它的缺點在于系統(tǒng)運行方式改變時，例如某些線路因

42、檢修或跳閘退出運行時，系統(tǒng)的電容電流會減少，以至有可能成為完全補(bǔ)償而出現(xiàn)危險的諧振過電壓。因此，這種補(bǔ)償方式也很少采用。</p><p><b>　?。?）過補(bǔ)償</b></p><p>　　過補(bǔ)償就是P>0即的補(bǔ)償方式。它沒有發(fā)生上述過電壓的危險，因而得到了廣泛的應(yīng)用，一般選擇過補(bǔ)償度值為P=5-10%。采用過補(bǔ)償以后，通過故障線路保護(hù)安裝處的電流為補(bǔ)償以后的

43、感性電流，它與零序電壓的相位關(guān)系和非故障線路電容電流與零序電壓的相位關(guān)系相同，數(shù)值大小也和非故障線路的容性電流相差無幾，因此不接地系統(tǒng)中常用的零序電流選線原理和零序功率方向選線原理顯然已不能采用。</p><p>　　總結(jié)以上分析中性點經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時的結(jié)果，可以得出如下結(jié)論:</p><p>　?。?）故障相的對地電壓為零，非故障相的對地電壓為系統(tǒng)的線電壓。</

44、p><p>　?。?）全系統(tǒng)出現(xiàn)零序電壓，其大小為系統(tǒng)正常工作時的相電壓。</p><p>　　（3）欠補(bǔ)償時，接地故障處的電流超前零序電壓90o。過補(bǔ)償時，滯后零序電壓90o，小于未補(bǔ)償時的值。</p><p>　　（4）非故障線路零序電流超前于零序電壓90o，其大小等于該線路的對地電容電流。故障線路零序電流的大小等于系統(tǒng)所有非故障線路總對地電容電流與消弧線圈的補(bǔ)償電

45、流的和，其相位隨補(bǔ)償度而異，欠補(bǔ)償時滯后于零序電壓90o,過補(bǔ)償時超前零序電壓90o[10]。</p><p>　?。?）故障線路始端的零序功率的有功分量和無功分量均小于零；非故障線路始端的零序功率的有功分量大于零，無功分量小于零。</p><p>　　3 單相接地故障的選相</p><p>　　當(dāng)A相發(fā)生金屬性接地故障時，由以上分析可知，A相的電壓為0，非故障相B

46、相和C相的電壓會上升為原來的倍。但是系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時接地點有過渡電阻的存在，下面就分析經(jīng)過渡電阻接地的情況時，在不同的中性點接地方式系統(tǒng)中是怎樣由電壓的變化來進(jìn)行故障相的判斷的。</p><p>　　3.1中性點不接地系統(tǒng)的選相判斷依據(jù)</p><p>　　圖3-1為中性點不接地電網(wǎng)系統(tǒng)原理示意圖,其中C為一相對地電容。當(dāng)系統(tǒng)正常運行時,三相電壓為、、對稱,三相電流也基本平衡其和為零

47、。當(dāng)A相經(jīng)過渡電阻接地時,忽略線路自身阻抗,并假設(shè)各相對地電容相等如圖3-1所示。</p><p>　　圖3-1 中性點不接地系統(tǒng)A相經(jīng)過渡電阻接地原理圖</p><p>　　此時各相對地導(dǎo)納為:</p><p><b>　?。?-1）</b></p><p><b>　?。?-2）</b><

48、/p><p>　　由于系統(tǒng)中性點不接地,發(fā)生接地后系統(tǒng)中性點將發(fā)生偏移，偏移電壓為, 可由以下公式計算：</p><p><b>　?。?-3）</b></p><p>　　計算出偏移電壓表達(dá)式為:</p><p><b>　?。?-4）</b></p><p>　　故障后,A、

49、B、C三相對地電壓將發(fā)生變化,相對地電壓分別為:</p><p><b>　?。?-5）</b></p><p>　　電網(wǎng)發(fā)生單相接地故障后中性點發(fā)生偏移,此時將系統(tǒng)進(jìn)行等效變化,其等效電路如圖3-2所示。</p><p>　　圖3-2 中性點不接地系統(tǒng)A相經(jīng)過渡電阻接地等效圖</p><p>　　當(dāng)發(fā)生單相接地故障后,

50、系統(tǒng)各相對地電壓將不再對稱,在系統(tǒng)運行方式確定后,各相對地電容也就確定了,此時中性點偏移電壓即中性點對地電壓將是過渡電阻單值函數(shù),過渡電阻變化,中性點的偏移量也會隨之變化,由式3-4可以算出d點的軌跡是以的幅值為直徑的右半圓，其相量圖如圖3-3所示，當(dāng)=0時即為金屬性接地,此時中性點對地電壓變?yōu)楣收舷鄬Φ仉妷?；為無窮大時，三相電壓仍然對稱，為正常運行狀態(tài)。通過相量圖分析還能知道,對于中性點不接地系統(tǒng),當(dāng)發(fā)生單相接地故障時,故障相的超前相

51、對地電壓最高,滯后對地電壓相次之,故障相對地電壓最低，因此通過對各相電壓的幅值大小進(jìn)行比較便可判斷出短路相[11]。</p><p>　　圖3-3 中性點不接地系統(tǒng)A相經(jīng)過渡電阻接地時電壓變化相量圖</p><p>　　3.2中性點經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)的選相判斷依據(jù)</p><p>　　圖3-4 中性點經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)A相經(jīng)過渡電阻接地原理圖</p>

52、<p>　　對于中性點經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng),如圖3-4所示,當(dāng)A相發(fā)生經(jīng)過渡電阻接地故障時,根據(jù)電路理論可得出中性點偏移的電壓有下列公式計算:</p><p><b>　?。?-6）</b></p><p><b>　　化簡后：</b></p><p><b>　?。?-7）</b></

53、p><p>　　其中:L為消弧線圈的電感。</p><p>　　如果,此時系統(tǒng)為欠補(bǔ)償,如果電網(wǎng)的運行方式變化出現(xiàn)完全補(bǔ)償時電網(wǎng)負(fù)荷波動變化會導(dǎo)致電網(wǎng)發(fā)生諧振，通常情況下補(bǔ)償電網(wǎng)采用過補(bǔ)償方式運行,即[11]。可以做出電網(wǎng)三相對地電壓的相量圖,如圖3-5所示。</p><p>　　圖3-5 中性點經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)A相經(jīng)過渡電阻接地時電壓變化相量圖</p>

54、<p>　　由圖3-5知,對于過補(bǔ)償電網(wǎng)發(fā)生單相故障后可以算出d點的軌跡是以的幅值為直徑的左半圓。三相對地電壓的幅值滿足:</p><p><b>　　（3-8）</b></p><p>　　此時和中性點不接地系統(tǒng)相反,B相對地電壓最高,這時可以判斷對地電壓最高的超前相即為接地故障相。但是,對于欠補(bǔ)償方式運行的電網(wǎng)來說,故障相的判斷和中性點不接地系統(tǒng)的判斷

55、方法相似，和過補(bǔ)償運行方式的電網(wǎng)相反[11]。</p><p>　　綜上所述，對于中性點不接地系統(tǒng)和采用全補(bǔ)償方式運行的電網(wǎng)判斷故障相的方法相同，測試三相電壓后比較大小，電壓最大相的滯后相為故障相。例如：=9.6KV,=5.7KV,=4.5KV，此時的接地相不是電壓最低相C相，而是B相。對于中性點采用過補(bǔ)償方式運行的電網(wǎng)，選相的判斷方法與上述兩種方式的判定方法相反，測試三相電壓后比較大小，電壓最大相的超前相為故障

56、相。例如：=5.6KV, =9.7KV, =5.5KV,此時的故障相是A相。</p><p>　　3.3單相接地故障選相過程的原理分析</p><p>　　第二章的分析表明，當(dāng)發(fā)生單相接地故障時全系統(tǒng)的零序電壓會升高，所以可以通過檢測零序電壓的變化來判斷是否發(fā)生了單相接地故障，然后發(fā)出選相的信號。為了取得零序電壓，通常采用如圖3-6所示的接線方式，采用三個單相式電壓互感器，將其一次繞組接成

57、星形并將中性點接地，其二次繞組接成開口三角形，這樣從m、n端子得到的輸出電壓為。</p><p>　　圖3-6 3倍零序電壓測量方法原理圖</p><p>　　完整的選相過程的原理圖如圖3-7所示。</p><p>　　圖3-7 單相接地故障選相過程原理圖</p><p>　　三繞組電壓互感器的一組接成Yn形感應(yīng)母線電壓，另外兩組一組接成開口

58、三角形用于測量3倍零序電壓，另一組接成Y形用于測量各相電壓大小。當(dāng)某條線路發(fā)生單相接地故障時，母線上是零序電壓將發(fā)生變化，當(dāng)3U0大于整定值USET時設(shè)備發(fā)出選相信號，測量設(shè)備測出各相電壓并比較其幅值的大小，然后由判斷裝置判斷出故障相并發(fā)出信號。</p><p><b>　　3.4本章小結(jié)</b></p><p>　　本章主要分別分析了在中性點不接地方式系統(tǒng)中和中性點

59、經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)中，發(fā)生單相接地故障后的電壓變化情況，并根據(jù)電壓的變化給出判斷依據(jù)判斷出故障相，然后總結(jié)了單相接地故障選相過程的原理。</p><p>　　4 單相接地故障選線和定位</p><p>　　當(dāng)發(fā)生單相接地故障后，系統(tǒng)的電壓電流都會發(fā)生很大變化，常用的一些選線方法一般為測量系統(tǒng)中電壓或電流的變化來判斷故障線路的，而本文采用了一種更為精確的選線方法——注入法，注入法不受配電網(wǎng)中

60、性點接線方式的影響，而且可以完成選線和定位兩步故障檢測工作。本章節(jié)對常用的選線方法作了簡單敘述并對注入選線法的原理作了詳細(xì)介紹，然后在定位方法上做了理論上的改進(jìn)。</p><p>　　4.1小電流接地系統(tǒng)常用選線和定位方法</p><p>　　（1）零序電流檢測法</p><p>　　采用零序電流檢測法檢測單相接地故障的選線裝置和故障指示器，其檢測原理是基于：對于中

61、性點不接地系統(tǒng)在發(fā)生永久性單相接地故障時，非接地線路的零序電流等于該線路三相的對地電容電流的向量和，方向是從母線流向線路。而接地線路的零序電流等于所有非故障線路零序電流的向量和，方向是從線路流向母線。</p><p>　　由上述分析，在中性點不接地的電網(wǎng)中，接地選線裝置和單相接地故障指示器是利用零序電流的方向和幅值的變化是可以檢測到故障線路的。但零序電流法也存在如下問題影響其選擇性和準(zhǔn)確性：</p>

62、<p>　?、僭诓捎脵z測零序電流的變化進(jìn)行單相接地判斷的選線裝置和單相接地故障指示裝置時，需要使用零序互感器或零序電流濾波器來采樣零序電流的變化，其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，安裝不方便，不能廣泛的應(yīng)用于10kV架空線路[12，13]。單相接地選線裝置僅能用于中性點不接地電力系統(tǒng)中變電站、10kV開關(guān)站（開閉所）以及電纜分接箱的單相接地選線，在線檢測線路零序電流，不能安裝在架空線路上指示的單相接地故障[12]。</p><

63、p>　?、谝话懔阈螂娏骰ジ衅骶鹊?。當(dāng)互感器的原邊零序電流在5A以下時，許多廠家生產(chǎn)的零序電流互感器，帶上規(guī)定的二次負(fù)荷后，變比的誤差就會達(dá)到10％以上，角誤差達(dá)20'以上，當(dāng)一次零序電流小于1A時二次側(cè)基本上無電流輸出，這樣就無法保證接地檢測的準(zhǔn)確度[12]。</p><p>　?、酃こ虒嶋H中使用的零序過濾器大多為三相保護(hù)用電流互感器的組合，即用三相保護(hù)電流合成零序電流，眾所周知零序濾序器本身固有

64、的不平衡輸出使其準(zhǔn)確性較低，而且一般保護(hù)用電流互感器額定一次電流值多在幾百安以上，在接地電容電流小于10A的小電流接地系統(tǒng)使用零序濾序器，單相電容電流僅為保護(hù)用互感器一次額定電流的0.6％，互感器綜合誤差根本無法保證[13]。</p><p>　　④但在電網(wǎng)最小運行方式下，只有當(dāng)故障點的總電容電流達(dá)到最長線路電容電流的幾倍是才能保證接地選線裝置和接地故障指示器的選擇性。</p><p>　

65、?。?）零序電流無功功率方向法[14，15]</p><p>　　它的判別依據(jù)是非故障線路的零序電流無功分量超前于零序電壓90°，而非故障線路的零序電流無功分量滯后于零序電壓90°。但是這種方法受接地過渡電阻的影響比較大，在發(fā)生金屬性短路時，零序電壓最大；在接地電阻為無窮大時，零序電壓為0。所以在接地電阻較大時，檢測零序電壓就很困難。而且這種方法不適用于中性點經(jīng)消弧線圈接地的系統(tǒng)中，因為在過補(bǔ)

66、償和欠補(bǔ)償?shù)倪\行方式時，零序電流無功分量方向是相反的[12]。</p><p>　?。?） 五次諧波選線法[14，15，16]</p><p>　　在經(jīng)消弧線圈接地的系統(tǒng)中，基波零序電流幾乎被消弧線圈的電感電流抵消；而消弧線圈的設(shè)計是針對基波的，相比較基波的情況，消弧線圈在五次諧波下感抗為基波下的五倍，可以近似認(rèn)為消弧線圈對五次諧波電流來說是開路的，通過消弧線圈的電感電流減小到五分之一；而

67、在五次諧波下線路的容抗減小到五分之一，五次諧波容性電流就增大到五倍。在發(fā)生單相接地時五次諧波電流在各線路上的分布情況和基波零序電流是相同的，除了基波零序分量以外，諧振接地系統(tǒng)中五次諧波電流最大，是非故障線路的總和，可以采用五次諧波電流大小、方向或功率方向來找出故障線路。</p><p>　　五次諧波電流的產(chǎn)生的原因是由于電源電動勢中存在高次諧波分量：變壓器、電壓互感器等設(shè)備鐵芯非線性的影響, 也必然造成電網(wǎng)中包含

68、一系列高次諧波分量,其中以為五次諧波分量為主；負(fù)荷的非線性也會產(chǎn)生五次諧波分量。五次諧波電流的大小隨著運行方式的變化而變化，而且故障電流中5次諧波含量較?。ㄐ∮诠收想娏鞯?0%），再加上受CT不平衡電流和過度電阻的影響，使得保護(hù)裝置難于整定；而且，有些用戶含有大量諧波分量，如用戶的電弧爐、整流設(shè)備等諧波源，在故障時故障線路和非故障線路都向系統(tǒng)送出諧波電流，故障線路和非故障線路的五次諧波方向有可能是相同的，這樣故障線路中5次諧波電流不一定

69、總是最大,相位關(guān)系也不一定成立，就無法區(qū)分出非故障線路和故障線路了。而且單相接地故障線路的五次諧波零序電流在線路較少或線路較短時較小，其方向也難判別。此外,由于有的系統(tǒng)中5次諧波本身含量很小,加之CT、PT對5次諧波造成的附加相移,往往就會造成判斷不準(zhǔn)[17，18]。</p><p>　?。?）行波法[19]</p><p>　　行波法是利用線路上行波的傳輸特點來進(jìn)行故障定位的方法。行波法

70、進(jìn)行故障定位可分為單端行波測距和雙端行波測距：單端行波測距是分析母線處檢測到的行波信號，判斷出來自故障點的反射波，通過測量反射波在故障點和母線之間往返一次所需要的時間，計算故障點與母線之間的距離。信號有不同的產(chǎn)生方式：故障瞬間可能會產(chǎn)生暫態(tài)行波信號；人工在故障線路中注入脈沖信號也會產(chǎn)生的行波信號。雙端行波測距法是在線路的兩端同時檢測故障產(chǎn)生的行波信號，根據(jù)故障波到達(dá)線路兩端的時間差來確定故障位置[19]。</p><

71、p>　　4.2注入法選線和定位原理</p><p>　　傳統(tǒng)注入法又稱S注入法，由山東大學(xué)提出并研究的（注入的是交流電流信號），通過PT二次側(cè)向線路注入某一頻率的交流電流信號，由于信號只在故障線路流通，延線路查找此信號就可達(dá)到選線和定位的目的。這是一種將單相接地選線與故障點的定位結(jié)合起來的方法，而且它不受中性點接線方式的影響，相對于其他的選線方法注入法精確度最高，所以本文選用注入法作為單相接地故障診斷的方法

72、。根據(jù)注入信號的性質(zhì)可將注入法分為交流注入法和直流注入法，兩種注入法都有自己的優(yōu)缺點，但因線路的分布電容的影響，交流信號的誤差一般比直流的要大，本節(jié)將交流注入法和直流注入法作了比較，選用了直流注入法作為選線的方法并作了改進(jìn)，下面就交流注入法和直流注入法的原理、選線誤差進(jìn)行分析，最后將改進(jìn)措施作了詳細(xì)分析。</p><p>　　4.2.1交流注入選線法原理</p><p>　　交流信號注入法

73、的基本思想：當(dāng)發(fā)生單相接地故障后，首先將故障線路從電網(wǎng)中斷開，此時線路處于離線狀態(tài)，再從首端向故障相注入特定頻率的交流電流信號。理想情況下，接地電阻近似為零，該信號僅在線路首端、故障路徑和故障點之間形成的回路流動，非故障分支和故障點后的線路上沒有交流信號，通過對該信號的檢測即可判斷故障位置。</p><p>　　圖4-1 交流注入選線法原理圖</p><p>　　如圖4-1所示配電線路，線

74、路有多個分支，F(xiàn)點發(fā)生單相金屬性接地故障。在線路首端A點向故障相注入特定頻率的交流電流信號，則該信號通過A-B-F，然后從大地返回，其他分支沒有電流通過，通過檢測分支處以及支路上的交流信號，就可確定故障位置[18，19]。具體如下：</p><p>　　（1）確定故障分支：在圖4-1中，在分支節(jié)點處分別檢測各分支方向上的交流電流大小，如在B點處分別檢測BC分支和BE分支；由于BC分支為非故障分支，故該分支方向的檢

75、測結(jié)果為零或很小。故障點在BC分支方向上，由于是金屬性接地故障，注入的交流信號基本都經(jīng)故障點流入大地，故BC分支方向的交流電流很大。通過比較分支點處各分支方向上交流電流的大小，便可確定故障分支。</p><p>　?。?）確定故障點：沿BC支路連續(xù)檢測線路上電流信號，故障點前的電流很大，故障點后電流很小或幾乎沒有，故電流信號發(fā)生突然變化的點即為故障點。</p><p>　　4.2.2交流注

76、入法的誤差分析</p><p>　　鑒于線路電感和線路電阻很小對注入信號的分流并無太大影響，簡化時可以將其忽略[20，21]；而分布電容對注入信號產(chǎn)生了相當(dāng)大的分流作用，應(yīng)予保留。據(jù)此對線路進(jìn)行如下簡化：只畫出單相線路，去掉分布電感，把故障點前、后的分布電容分別用集中電容來代替，與接地電阻構(gòu)成并聯(lián)電路,得出適用于注入交流信號時穩(wěn)態(tài)電路分析的線路集總參數(shù)模型，如圖4-2(a)為等效后的線路結(jié)構(gòu)圖。</p>

77、;<p><b>　　(a)</b></p><p><b>　　(b)</b></p><p><b>　　(c)</b></p><p>　　圖4-2 交流注入法等效線路圖</p><p>　　若線路上發(fā)生經(jīng)電阻接地故障，流過接地電阻的電流會在電阻上產(chǎn)生一定的

78、壓降，由于線路壓降的存在，會在線路上產(chǎn)生電容電流，線路的電容電流會確定故障分支和故障點造成一定的影響[22]。下面從定故障分支和定故障點兩方面，來分析線路分布電容和接地電阻對交流信號注入法定位可靠性的綜合影響。</p><p>　?。?）對確定故障分支的影響</p><p>　　設(shè)線路總長度為L，單位對地電容為，AB方向線路總長度為，BC方向線路總長度為,BE方向線路總長度為,在F點發(fā)生故

79、障，接地電阻為，假設(shè)線路首端注入的總電流為1。</p><p>　　將線路再次進(jìn)行等效，AB支路等效為電容，BC支路等效為電容和電阻Rg的并聯(lián)，BE支路等效為電容，所有線路總的等效電容為，上面線路等效為一個電阻和三個電容的并聯(lián)電路，AB支路、BC支路、BE支路的導(dǎo)納分別為、和等效后電路如圖4-2(b)所示。</p><p>　　BC方向的電容電流:</p><p>

80、<b>　?。?-1）</b></p><p>　　BC方向的電阻電流:</p><p><b>　?。?-2）</b></p><p><b>　　BC方向的總電流:</b></p><p><b>　?。?-3）</b></p><

81、p>　　BE方向的電容電流：</p><p><b>　　（4-4）</b></p><p>　　分支處兩邊的電流模值比：</p><p><b>　?。?-5）</b></p><p>　　通過以上分析可以得出如下結(jié)論：</p><p>　?、偃艄收习l(fā)生在長分支上，即

82、，則，可以很容易判別出故障路徑。</p><p>　?、谌?，則故障發(fā)生在短分支上，當(dāng)非故障分支較長、接地電阻較大時，值較小，的值可能小于1或者略大于1，很難判別出故障分支。</p><p>　?、鄞_定分支的可靠范圍與注入信號的頻率成反比，當(dāng)注入信號頻率增大時，會隨著的減小而相應(yīng)減小，增加了判斷分支的困難程度。</p><p>　?。?）對確定故障點的影響</p

83、><p>　　設(shè)線路總長度為L公里，單位對地電容，故障點前的線路長度為，故障點后線路長為公里。F點發(fā)生故障，接地電阻為R，為方便計算，設(shè)線路首端注入總電流為單位1。</p><p>　　等效后的線路如圖4-3所示，故障點前線路的等效電容為，故障點后線路的等效電容為,故障點后線路的等效電容為：</p><p><b>　　接地電阻R的電流:</b>&

84、lt;/p><p><b>　?。?-6）</b></p><p>　　故障點后的電容電流:</p><p><b>　　（4-7）</b></p><p><b>　　總的電容電流</b></p><p><b>　?。?-8）</b>

85、;</p><p>　　故障點前后電流模值比</p><p><b>　?。?-9）</b></p><p>　　通過以上分析可以得出如下結(jié)論：</p><p>　?、俣ㄎ豢煽啃耘c所注入信號的頻率成反比，同等條件下，信號頻率越小，定位可靠性越高。</p><p>　　②定位可靠性受接地電阻大小的影

86、響為：當(dāng)接地電阻較小時，定位可靠性較高；當(dāng)接地電阻較大時，定位可靠性降低。</p><p>　　③定位可靠性與故障點后的線路長度有關(guān)。故障點前線路長度越長，定位可靠性越高；反之定位可靠性越低。</p><p>　　4.2.3交流注入法選線原理總結(jié)</p><p>　　圖4-3 交流注入法選線過程原理圖</p><p>　　選線裝置一般和選相裝

87、置配備在一起，都接在變電站里，并利用了選相裝置的電壓互感器從二次側(cè)注入信號，選相完成后跳開變壓器故障相的斷路器，此時注入信號，同時還要發(fā)出閉鎖信號將選相的測量裝置屏蔽。如圖4-3所示，在實際工程應(yīng)用上檢測裝置一般由人員手持到個線路分支點檢測，也可以在分支點的各線路的三相上都裝設(shè)檢測裝置，感應(yīng)到電流后并通過無線信號傳回調(diào)度室，如圖4-3所示在F點發(fā)生單相短路，感應(yīng)器應(yīng)檢測到在A-B-C-D方向上有較大注入的信號電流，而在其他分支和DI、D

88、J分支上沒有檢測到注入信號，將檢測結(jié)果發(fā)回調(diào)度室經(jīng)分析判斷故障點在CD段。</p><p>　　4.2.4試驗分析交流注入法選線的有效性和誤差</p><p>　　配電網(wǎng)單相接地故障類型很多，有金屬性接地、斷線搭地、樹枝搭線，還有經(jīng)電桿擊穿等。不同類型的接地故障，其接地電阻差異很大，如表4-1所示。</p><p>　　表4-1 不同類型故障的過渡電阻阻值</

89、p><p>　　由上節(jié)的分析可知接地電阻越大對故障定位的影響越大，所以本文著重分析經(jīng)高阻接地短路時的情況。</p><p>　　為了驗證交流信號注入法的有效性和誤差，進(jìn)行了下面的實驗。 </p><p>　　圖4-4 某10KV電網(wǎng)的分支等效線路圖</p><p>　　實驗1:如圖4-4所示的某10 KV電網(wǎng)的分支線路圖，該線路有兩個分支，AB長

90、10km，BC長20km，BD長10km在F點發(fā)生單相接地故障，BF長15km.通過交流信號注入法來確定故障位置，注入交流電流100mA，60Hz。線路參數(shù)=4.17μΩ/km，。經(jīng)不同過渡電阻接地時在A、B、C三處檢測各分支方向的電流幅值見表4-2。</p><p>　　表4-2 不同過渡電阻接地時各方向上電流幅值/mA</p><p>　　從表4-2的數(shù)據(jù)可以看出，當(dāng)發(fā)生小電阻接地故障

91、時，非故障和故障分支線路信號電流的差別比較明顯，采用交流信號注入法可以實現(xiàn)有效選擇出故障分支線路。但是當(dāng)單相接地故障的接地過渡電阻逐漸增大時，故障分支的信號電流將逐漸減小，當(dāng)非故障分支線路較長時或分支點的分支線路很多時，等效的線路的分布電容值就會很大，此時的分流現(xiàn)象就會很明顯，甚至?xí)霈F(xiàn)非故障分支線路的信號電流大于故障分支線路的情況，此時交流注入法將會出現(xiàn)誤判斷。</p><p>　　4.3直流注入法選線定位&l

92、t;/p><p>　　在接地電阻較小時，絕大部分交流電流都流入了故障點，線路分布電容的分流很小，交流信號注入法可以取得很好的定位效果。但隨著接地電阻的增大，線路上的分布電容對交流信號的分流作用增強(qiáng)，交流信號注入法的可靠性逐漸降低。若為絕緣子或電力桿塔擊穿故障，離線狀態(tài)下的接地過渡電阻可達(dá)到幾十kΩ，此時交流信號注入法已無法有效定位。為了克服線路分布電容和接地電阻的影響，本文選用直流信號注入法作為單相接地故障診斷的方法

93、。直流信號對電容相當(dāng)于開路，完全不受線路分布電容的影響，而且接地電阻的大小對線路的電容分流沒有影響，直流電流仍只存在注入點到接地點的唯一通路，可以解決大電阻接地問題。對直流注入法的誤差影響最大的就是變壓器三相之間串通的問題，針對配電變壓器三相之間的串通問題，提出了改進(jìn)的直流信號注入法，保證了該方法定位的可靠性[23]。</p><p>　　4.3.1直流注入選線法原理</p><p>　　

94、該方法的主要思路是，首先向故障相線路首端注入直流電流，然后通過檢測分支節(jié)點處各個分支的直流電流大小確定故障路徑,直到最終定位故障點。對于直流電路來講，配電線的電感、電容都不起作用，線間電導(dǎo)非常小，也可以忽略不計，因此解決接地電阻和線路分布電容的影響，此外該方法還具有以下優(yōu)點[18，19，20]:</p><p>　?。?）直流電流信號在中途沒有衰減，并且故障路徑和非故障路徑信號差別非常明顯，為準(zhǔn)確判別故障區(qū)段提供

95、了條件。</p><p>　?。?）可以解決分支眾多和長短分支的問題。交流信號注入法由于線路長度導(dǎo)致分布電容電流較大，信號電流分流到了非故障相，影響了定位的可靠性。但對于直流信號注入法而言，非故障分支和故障點下游相當(dāng)于開路，所檢測到的直流信號幾乎為零。</p><p>　?。?）線路分布電容對于直流信號來說相當(dāng)于開路，所以線路的分布電容不影響定位效果，所以線路的長度對定位的精確度沒有影響。

96、</p><p>　?。?）不受故障點過渡電阻的影響。當(dāng)故障點過渡電阻較大時，接地電流在接地點產(chǎn)生很高的電壓，若注入交流信號，這個高電壓在線路上將產(chǎn)生對地電容電流，導(dǎo)致注入信號的分流。由于注入的是直流信號，線路分布電容對直流相當(dāng)于開路，故接地點的直流電壓不會通過電容分流，克服了過渡電阻的影響。通過調(diào)整電源輸出電壓的大小保證直流電流信號為100mA，進(jìn)而保證直流信號注入法定位的可靠性。</p><

97、;p>　?。?）架空線路中有一段電纜或者多個電纜都不影響直流信號注入法的定位效果。對直流電流來說架空線路和電纜線路都只考慮電阻大小。</p><p>　　（6）無功補(bǔ)償電容對直流信號相當(dāng)于開路，也不影響定位效果。</p><p>　　4.3.2直流注入法的誤差分析</p><p>　　直流信號注入法雖然不受線路分布電容和接地電阻的影響，但該方法在使用過程中出現(xiàn)

98、電流在A、B、C三相之間通過配電變壓器串通問題，與交流信號注入法只在故障相有電流流通不同。原因在于變壓器在交流條件下是個大電抗，交流信號電流不能在三相之間串通，而在直流條件下是個小電阻，直流注入信號在三相之間很容易相互串通[20]，造成非故障分支、故障點之后也可能檢測到直流信號。如圖4-5(a)所示線路，為配電變壓器，在F點發(fā)生A相單相接地故障。</p><p><b>　　(a)</b>&

99、lt;/p><p><b>　　(b)</b></p><p>　　圖4-5 直流注入法變壓器串通原理圖</p><p>　　直流電流信號從A點的故障相注入，在B點向BC、BD分支分流，簡化原理圖如圖4-5（b）分流可由下列公式計算， </p><p><b>　　（4-10）</b></p>

100、;<p><b>　?。?-11）</b></p><p><b>　?。?-12）</b></p><p><b>　　（4-13）</b></p><p>　　式中：表示BD單相線路的電阻；表示B點到短路點單相線路的電阻；表示C點到短路點單相線路的電阻；表示短路點的過渡電阻；表示注入

101、的總電流。</p><p>　　由上述公式可知，線路的支路電阻和接地的過渡電阻對電流的分流情況均有影響，由于配電網(wǎng)分支線路通常會很多，支路的電阻關(guān)系應(yīng)為并聯(lián)，因此線路的電阻可能會比過渡電阻小，此時過渡電阻的影響較為明顯[20]。所以本節(jié)只分析過渡電阻對單相接地故障判斷的影響，并由以下實驗說明過渡電阻的變化對對分流大小的具體影響。</p><p>　　實驗2：如圖4-5（a）某10KV線路的

102、一段支路，AB長為10km,BD和BC長都為6km，故障點在BC線路上，距B點2km，線路參數(shù)1.38Ω/km。在發(fā)生不同過渡電阻接地故障后，在首段A點注入大小為100mA的直流電流，測量分支電流值，由于配電變壓器的存在，導(dǎo)致部分直流電流在非故障相中流通。如圖4-5（a）標(biāo)注，在分支BC、BD方向測量線路上的故障相直流電流大小，測量結(jié)果見表4-3。</p><p>　　表4-3 配電線路支路直流電流測量值/mA&

103、lt;/p><p>　　由上表可知，隨著過渡電阻的增加非故障相的分流影響越明顯，當(dāng)過渡電阻的阻值較高時，線路的電阻可以忽略，各支路的電流大小將有可能近似相等。此時就無法判斷出故障支路。</p><p>　　4.3.3直流注入法的改進(jìn)</p><p>　　仍是上節(jié)的實驗參數(shù)，測量過渡電阻為20kΩ左右的支路各相和故障點前后的直流電流大小,其中負(fù)號表示反向，如表4-4所示，

104、</p><p>　　表4-4 配電線路直流電流測量值/mA</p><p>　　改進(jìn)1：由表4-4知，只測量分支線路的故障相電流大小時，由于分流的作用較為明顯，很可能出現(xiàn)誤判。但是如果將各分支線路的三相直流電流相加，就會出現(xiàn)明顯差別，故障線路的三相電流之和基本上等于注入電流的大小，而非故障線路的三相電流之和基本為零。此方法也適用于多分支是線路，不管有多少線路分流，非故障線路的三相直流電流

105、之和都近似為零。因此，改進(jìn)方法為：在各分支點處安裝測量線路各方向三相信號電流之和的裝置，但不需要精確測量電流大小，只要判斷出是否有明顯的信號電流流過即可，判斷出故障支路后通過發(fā)出報警信號。</p><p>　　改進(jìn)2：表4-3顯示出在故障線的故障相上，故障點前后的直流電流的變化是很大的，傳統(tǒng)的方法是當(dāng)選相和選線完成后，將故障范圍縮小到了某一分支線路，接下來由維修人員在故障分支上查找故障點，在線路各點測量注入信號，

106、當(dāng)出現(xiàn)某一點前后檢測信號突變時，該點就為故障點。但是當(dāng)故障支路很長時，人工查找的還是方法很緩慢，在排查的過程中單相故障可能會擴(kuò)大為兩相或相間短路，所以還是要通過對注入信號的分析判斷出故障點的精確位置，然后再由維修人員去故障點排查故障。</p><p>　　本文在理論上提出了一種直流注入法和阻抗法結(jié)合的一種精確定位方法，可稱為雙端注入法。其原理如下：</p><p>　　由以上的單端直流注入

107、法可以準(zhǔn)確的定位到故障支路區(qū)段，之后采用雙端注入法來判斷出故障點的位置。如在圖4-5(a)中確定短路發(fā)生在BC支路上，為了精確定位，我們把C點的故障相也斷開，這樣故障相線路就完全脫離了系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)，等效為圖4-6(a) </p><p><b>　　(a)</b></p><p><b>　　(b)</b></p><p>　

108、　圖4-6 直流雙端注入法原理圖</p><p>　　確定故障點的位置實質(zhì)就是計算出從注入點到接地點的線路長度，由于接地的過渡電阻不確定，所以只從一端注入信號并測量電壓電流不能確定兩個未知量，而采用雙端注入法的實質(zhì)就是增加了一組方程，所以能解出各未知量的大小。雙端注入法原理如圖4-6（b）所示，計算公式如下：</p><p><b>　?。?-14）</b></

109、p><p><b>　?。?-15）</b></p><p><b>　?。?-16）</b></p><p>　　式中：、為A點注入直流電壓和電流，、為C點注入直流電壓和電流。</p><p>　　在實際工程測量中，A點為變電站很容易裝備注入和檢測設(shè)備，C點為用戶端的變壓器，要由維修人員去人工注入和測

110、量。公式中和是已知的，可以由線路的長度和參數(shù)可求得。于是可以求出公式中的未知量、、，在由線路的參數(shù)可算出故障點的位置。</p><p>　　4.4改進(jìn)后的直流注入法選線定位的原理總結(jié)</p><p>　　圖4-7 改進(jìn)直流注入法選線定位原理圖</p><p>　　假設(shè)單相短路故障出現(xiàn)在線路三的某一條支路上，選相裝置判斷出短路相后，斷開變壓器出線短路相的斷路器，然后從

111、母線向短路相注入直流電流信號。如圖在線路的各分支處，裝設(shè)了直流信號感應(yīng)裝置，此裝備不必精確測量直流電流信號大小，只是將三相線路中的直流信號相加，然后和設(shè)定的閥值比較，當(dāng)三相直流電流信號之和大于閥值時發(fā)出信號給調(diào)度室。例如上圖，當(dāng)注入信號為100mA時，設(shè)定閥值為80mA。1號，2號，3號線路表是變電站連接母線上的出線，其它支路表示3號出線上的子網(wǎng)支路，此時發(fā)出信號的裝置有：3號支路，AB支路，BC支路，CD支路。由收集到的信號調(diào)度很容易

112、就判斷出故障點在C和D點之間。</p><p>　　然后，根據(jù)雙端注入理論在支路的兩端再次注入信號同時測量斷點注入信號電流電壓大小便可確定故障點，可選擇在DI支路的變壓器的高壓側(cè)向故障相注入信號并測量信號的電壓電流大小，最后將數(shù)據(jù)傳送給調(diào)度，利用式4-14，式4-15和式4-16計算出故障點位置。</p><p>　　改進(jìn)直流注入法采用各個分支線路都裝設(shè)直流信號感應(yīng)裝置，不需測量各分支線路

113、上信號精確值，不需維修人員到各分支點去檢測信號電流大小，只需到線路端點注入和檢測信號，大大節(jié)省了排查故障線路的時間，而且在定位方面理論上不存在誤差，只有測量誤差，大大提高了故障定位的精確度。</p><p><b>　　4.5本章小結(jié)</b></p><p>　　本章對交流和直流注入法原理進(jìn)行了分析，并通過實驗分析了誤差。選用直流注入法作為選線定位的方法，在理論上進(jìn)行