利用暫態(tài)信號的小電流接地故障距離識別技術(shù).pdf

1、隨著社會經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展和人民生活水平的日益提高，用戶對供電可靠性的要求越來越高。在對電力體制進(jìn)行市場化改革的國家，供電可靠性是電力監(jiān)管委員會監(jiān)管和考核供電企業(yè)的關(guān)鍵指標(biāo)。因此，各供電企業(yè)十分重視電力線路故障定位技術(shù)的開發(fā)與應(yīng)用，以縮短故障查找與修復(fù)時(shí)間，提高供電可靠性和用戶滿意度。 我國6～66kV中壓電網(wǎng)普遍采用中性點(diǎn)非有效接地方式。采用這種運(yùn)行方式，在發(fā)生單相接地故障(小電流接地故障)后，允許帶故障運(yùn)行一段時(shí)間，不影響負(fù)荷供

2、電，提高了供電可靠性。但對于中性點(diǎn)非有效接地系統(tǒng)，發(fā)生單相接地后由于故障電流微弱，故障穩(wěn)態(tài)特征不明顯，導(dǎo)致小電流接地故障檢測比較困難。近年來，小電流接地故障選線已基本得到了解決，但故障測距還沒有很好的解決辦法，需要開發(fā)研究適用于小電流接地故障的故障定位方法。 本文研究利用暫態(tài)故障信號的小電流接地故障故障測距算法及應(yīng)用技術(shù)。通過分析小電流接地故障的故障特征，利用測量端的暫態(tài)電壓、電流信號建立小電流接地故障的測距方程，求解測距方程，

3、計(jì)算故障距離。 根據(jù)上述思路，本文研究并得出了適用于小電流接地故障的故障測距算法，通過ATP數(shù)字仿真及靜態(tài)模擬試驗(yàn)證明了該方法的正確性和實(shí)用性。具體研究內(nèi)容包括： 1、總結(jié)分析小電流接地故障暫穩(wěn)態(tài)特征，重點(diǎn)分析故障暫態(tài)過程，研究接地電流信號中幾個(gè)主要分量的暫態(tài)特征。分析可知，小電流接地故障的穩(wěn)態(tài)故障信號不適用于故障計(jì)算，特別是經(jīng)消弧線圈補(bǔ)償后，基于穩(wěn)態(tài)故障信號的檢測技術(shù)完全失效。而故障暫態(tài)信號幅值較大，變化明顯，且暫態(tài)分

4、析時(shí)可以忽略消弧線圈影響，更適合用于小電流接地故障故障距離的計(jì)算。 2、分析研究電力線路的傳統(tǒng)等值電路，提出適用于小電流接地故障計(jì)算的Γ形等值電路模型，并通過分析二端口外特性及阻抗-頻率特性驗(yàn)證Γ形等值電路的有效性。與Π形、T形等值電路相比，采用Γ形等值電路，可以減少網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，簡化故障方程，便于故障距離計(jì)算。通過分析對比П形、T形、Γ形等值電路的二端口外特性，得出Γ形等值電路等效不同長度線路時(shí)的適用頻率；通過對采用分布參數(shù)模型和

5、Γ形等值電路模型的穩(wěn)態(tài)電路進(jìn)行阻抗-頻率特性分析，得出在適用頻率范圍內(nèi)Γ形等值電路可以用于電力線路等值的結(jié)論。Γ形等值電路的提出為建立小電流接地故障數(shù)學(xué)模型奠定了基礎(chǔ)。 3、采用卡倫堡爾(Karrenbauer)變換對小電流接地故障進(jìn)行三相解耦，利用單相接地故障邊界條件建立基于Γ形等值電路的小電流接地故障復(fù)合模網(wǎng)，列寫小電流接地故障測距數(shù)學(xué)方程。該數(shù)學(xué)模型即描述母線端電壓、電流與故障線路、接地電阻之間關(guān)系的接地故障方程。

6、 4、利用雙線性z變換實(shí)現(xiàn)小電流接地故障拉普拉斯方程的頻域離散化，建立小電流接地故障的時(shí)域差分方程。分析小電流接地故障微分方程時(shí)發(fā)現(xiàn)，由于數(shù)值微分誤差較大，導(dǎo)致離散化后的差分方程用于測距計(jì)算精度較差。為此本文首先將時(shí)域故障方程轉(zhuǎn)化為s域的拉普拉斯方程，再通過雙線形z變換將s域連續(xù)的拉普拉斯方程轉(zhuǎn)換為z域離散的z方程，利用z變換定義最終得到時(shí)域的差分方程。由此得到了包含電壓、電流變量及故障線路參數(shù)(非金屬性故障時(shí)還包含過渡電阻)的可數(shù)值求

7、解的時(shí)域小電流接地故障差分方程。轉(zhuǎn)換過程中避免了多值映射、頻譜混疊等問題，提高了故障差分方程模型的精度，為下一步故障距離求解奠定了基礎(chǔ)。 5、利用參數(shù)識別技術(shù)求解小電流接地故障測距超定方程。針對利用采樣信號聯(lián)立方程，直接求解小電流接地故障方程時(shí)測距誤差較大、結(jié)果不穩(wěn)定的問題，本文采用參數(shù)識別中的最小二乘估計(jì)法求解由多量采樣信號構(gòu)成的故障超定方程，不需要任何先驗(yàn)知識，適合用于小電流接地故障暫態(tài)計(jì)算。 6、簡化小電流接地故障

8、辨識方程，將方程中對線路參數(shù)的辨識轉(zhuǎn)化為對故障距離的辨識。為克服線路參數(shù)辨識方程求解復(fù)雜、測距精度差的缺點(diǎn)，利用已知線路分布參數(shù)，將故障線路模參數(shù)全部轉(zhuǎn)化為故障距離與單位長度線路模參數(shù)的乘積，即將線路模參數(shù)辨識方程轉(zhuǎn)化為故障距離辨識方程。這一簡化減輕了最小二乘算法的擬合負(fù)擔(dān)，提高了辨識精度。 7、利用基于電磁暫態(tài)軟件包ATP的數(shù)字仿真和基于配電網(wǎng)物理模型的靜模試驗(yàn)對所提出的小電流接地故障測距算法進(jìn)行驗(yàn)證。仿真和試驗(yàn)結(jié)果證明了本文

9、提出的小電流接地故障測距算法的正確性、有效性和實(shí)用性。 8、通過對各辨識項(xiàng)分量分析比較以及結(jié)果校驗(yàn)，選取精度最高的辨識結(jié)果作為最終的故障距離。小電流接地故障距離辨識方程中包含兩個(gè)故障距離辨識項(xiàng)，對比分析各分量的能量大小及抗干擾度，確定其中精度較高的辨識項(xiàng)作為測距結(jié)果。 本文提出的小電流接地故障測距算法測距精度高，靈敏、可靠且不受中性點(diǎn)運(yùn)行方式影響，對暫態(tài)信號有非常好的適用性，能在半個(gè)周波甚至更短的時(shí)間窗內(nèi)完成準(zhǔn)確的故障測