新型中压配电网单端故障定位方法的研究

摘要

按中性点接地方式，电力系统可分为大电流接地系统和小电流接地系统。由于各国国情的不同，中压配电网存在多种接地方式。大电流接地系统中发生线路故障时，故障电流大，可采用稳态或暂态电气量进行故障定位。小电流接地系统中发生单相接地故障时，故障电流微弱，基于稳态电气量的故障定位方法基本失效，但暂态电气量幅值仍较大，可用于故障定位。另外，中压配电网的一些特性，比如母线上出线多，分支多，中间负荷点多、存在不同型号的线路等，提高了配电网故障定位的难度。本文关注的是故障选线后的定位故障点的工作，研究了大电流接地配网中基于工频电气量的故障测距方法和小电流接地配网中基于暂态电气量的故障定位方法，主要研究内容如下：
　　本文改进了基于工频电气相量的故障分析法。该方法利用故障导纳矩阵，采用相量对三相故障线路做等效电路分析，推导出故障定位非线性方程组，可利用牛顿迭代法求解故障距离，与采用不动点简单迭代法求解的故障分析法相比，在保证定位精度的同时，整体收敛性得到很大提升。该方法适用于中性点直接接地配电网。
　　本文提出了基于特征波的故障区段定位方法。配电网故障发生后，在测量点检测到的行波中，除首波头外的后续折反射波中包含可反映故障区段信息的反射波。根据这些行波的折反射次数、路径和能量大小，本文定义了三种特征波。而且，特征波的存在与故障区段有关，在不同的故障区段存在不同的且唯一的特征波组合。因此，通过检测故障暂态行波中的特征波，确定特征波组合，则可定位故障区段。另外，本文分析了波头叠加对特征波判断的影响，提出了减少干扰波影响的措施。该区段定位方法适用于任何接地方式的配电网。
　　本文分析了行波中线模和零模分量的传播特性，提出了两种利用零模分量的行波测距方法。利用零模分量的难点在于其波速度的评估，通过离线拟合波速度与故障距离的函数，结合模量到达时间差，可迭代求解故障距离。另外，当故障距离不同时，线模分量与零模分量在时域、频域和幅值大小三方面均存在差异，因此本文引入支持向量机对这些信息进行综合，避免了零模波速度评估过程，基于此，提出了基于支持向量机的行波测距方法。由于零模分量受大地参数的影响，由此本文考虑土壤电阻率影响并提出了两种测距算法的修正方案。以上两种故障测距方法均适用于任何接地方式的配电网中的接地故障的测距，但都存在伪故障点的问题，可结和本文所提出的区段定位方法排除伪故障点。

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1 绪 论

1.1课题背景及意义

1.2配电网故障定位国内外现状

1.3本文的主要研究内容

2 基于直接电路分析的配电网故障定位

2.1基础理论

2.2配电网单区段故障定位算法

2.3带分支配电网的故障定位

2.4仿真验证

2.5小结

3 配电线路故障暂态行波特征分析

3.1行波分析的基本理论

3.2输电线路的模量分析

3.3输电线路行波模量传播特性分析

3.4配网中故障暂态行波的传播特性分析

3.5本章小结

4 配电网行波故障区段定位方法

4.1测距原理

4.2行波波头叠加对算法的影响

4.3仿真试验分析

4.4本章小结

5 利用零模分量的行波故障测距方法

5.1引言

5.2基于模量波速度差的行波故障测距方法

5.3基于支持向量机的行波测距方法

5.4大地电阻率对零模波速度的影响及修正

5.5本章小结

6 结论与展望

6.1主要结论

6.2展望

致谢

参考文献

附录1 攻读博士学位期间发表的主要论文