小電流接地故障定位方法及其應(yīng)用研究.pdf

1、國內(nèi)外中壓配電網(wǎng)廣泛采用中性點(diǎn)非有效接地運(yùn)行方式，主要包括中性點(diǎn)不接地方式和經(jīng)消弧線圈接地方式。配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，故障多發(fā)，尤以單相接地故障為甚。發(fā)生單相接地故障（又稱小電流接地故障）后，系統(tǒng)可以帶故障運(yùn)行一段時(shí)間，且瞬時(shí)故障可自行恢復(fù)，供電可靠性較高。但接地故障會產(chǎn)生過電壓，危害系統(tǒng)安全，甚至導(dǎo)致線路跳閘，造成供電中斷。為保證系統(tǒng)安全和供電可靠性，必須迅速確定故障點(diǎn)位置以采取處理措施。由于故障電流微弱、接地電弧不穩(wěn)定等原因，小電流接地故

2、障的檢測（包括故障選線和故障定位）比較困難。目前，小電流接地故障選線技術(shù)已基本成熟，但小電流接地故障定位技術(shù)一直未能取得突破，已有技術(shù)大多仍處于理論研究階段，缺乏實(shí)際的現(xiàn)場應(yīng)用。小電流接地故障定位問題長期困擾電力部門，是制約配網(wǎng)自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展的嚴(yán)重障礙，亟待解決。
　　 本文在深入分析小電流接地故障特征的基礎(chǔ)上，研究利用故障本身所產(chǎn)生信號的故障定位方法，主要研究工作及取得成果如下:
　　 1、分析了小電流接地故障定位技術(shù)

3、現(xiàn)狀以及存在的主要問題。目前小電流接地故障定位技術(shù)大多還處在理論研究階段，已有方法多數(shù)只是理論上可行，現(xiàn)場應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)尚未能得到有效解決，未能達(dá)到實(shí)用化水平。當(dāng)前存在的問題主要有方法適用范圍不夠廣、所需信號獲取困難、FTU間難以精確同步等。
　　 2、提出了基于區(qū)段零序?qū)Ъ{的小電流接地故障定位方法。定義線路區(qū)段的零序?qū)Ъ{為區(qū)段首端與末端分段開關(guān)零序測量導(dǎo)納之差，分析了健全區(qū)段與故障區(qū)段零序?qū)Ъ{在幅值與相位上的差異，構(gòu)造了基于區(qū)

4、段零序?qū)Ъ{的故障區(qū)段判據(jù)，給出了故障定位流程。
　　 3、分析了故障點(diǎn)上游側(cè)與故障點(diǎn)下游側(cè)暫態(tài)零模電流的特征差異。采用Karrenbauer變換將三相系統(tǒng)變?yōu)闆]有耦合的模量系統(tǒng)，將各模阻抗進(jìn)行簡化等效，得到小電流接地故障簡化模型。研究發(fā)現(xiàn)，故障點(diǎn)上游側(cè)和下游側(cè)暫態(tài)過程相互獨(dú)立，兩側(cè)暫態(tài)零模電流特征由各自零模網(wǎng)絡(luò)參數(shù)決定。
　　 4、提出了利用暫態(tài)線電壓和暫態(tài)零模電流的小電流接地故障定位方法。分析了小電流接地故障時(shí)暫態(tài)線電

5、壓與暫態(tài)零模電流之間的相位關(guān)系;提出了利用線電壓判定接地故障相的方法;定義了故障方向參數(shù)，即暫態(tài)線電壓經(jīng)Hilbert變換后與暫態(tài)零模電流的乘積在暫態(tài)時(shí)段內(nèi)的平均值。故障點(diǎn)下游線路和健全線路上各FTU計(jì)算所得方向參數(shù)大于零;故障點(diǎn)上游各FTU計(jì)算所得方向參數(shù)小于零。定位主站分析各FTU上傳的方向參數(shù)，根據(jù)該特征可確定故障區(qū)段。
　　 5、改進(jìn)了基于暫態(tài)零模電流波形相似性原理的故障定位方法。改進(jìn)后的方法考慮了相關(guān)系數(shù)極性，利用波形

6、前后平移計(jì)算，減小FTU啟動(dòng)不同步的影響。利用電流信號幅值差對計(jì)算結(jié)果進(jìn)行修正，根據(jù)故障線路各區(qū)段相關(guān)系數(shù)自適應(yīng)設(shè)定閾值。若區(qū)段相關(guān)系數(shù)大于閾值，則為健全區(qū)段，否則為故障區(qū)段。
　　 6、利用仿真數(shù)據(jù)和現(xiàn)場試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行驗(yàn)證。使用ATP-EMTP和Matlab軟件對本文所提的故障定位方法進(jìn)行了全面仿真驗(yàn)證。使用現(xiàn)場接地故障試驗(yàn)的數(shù)據(jù)，進(jìn)一步驗(yàn)證所提定位方法。仿真和試驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了本文所提出方法的正確性。
　　 7、設(shè)計(jì)了小電

7、流接地故障定位系統(tǒng)，使用暫態(tài)零模電流波形相似性定位方法。通過人工接地試驗(yàn)對定位系統(tǒng)進(jìn)行了驗(yàn)證，并將定位系統(tǒng)在現(xiàn)場投入實(shí)際運(yùn)行。現(xiàn)場試驗(yàn)和運(yùn)行結(jié)果表明，該系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)小電流接地故障的準(zhǔn)確定位，滿足現(xiàn)場運(yùn)行要求。
　　 本文所提故障定位方法基于配網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，具有不受經(jīng)消弧線圈影響、安全經(jīng)濟(jì)且容易實(shí)施的優(yōu)點(diǎn)。區(qū)段零序?qū)Ъ{法利用穩(wěn)態(tài)信號，不需要高速采樣和復(fù)雜計(jì)算，對FTU的硬件處理能力要求低。利用暫態(tài)線電壓與暫態(tài)零模電流的方法可靠性