基于零序电流频域特征的配网单相接地故障选线与测距方法.pdf

中文摘要 摘 要 单相接地故障占中压配网总故障数的80% 以上，且两相或三相短路多是由单 相接地发展而成。单相接地的故障选线与故障测距对于快速排出故障，提升电网 可靠性具有十分重要的意义。然而，我国中压配电网多采用中性点非有效接地运 行方式，单相接地故障电流较小，给故障选线与测距带来了困难。目前，已有许 多研究致力于解决小电流接地系统的故障选线与测距，但由于配网复杂的故障特 征以及网架结构，当前方法难以妥善处理诸如高阻接地、小故障合闸角接地、混 合线及带分支线路故障的特殊故障情况。小电流接地系统单相接地的暂态零序电 流包括了丰富的故障信息，通过分析零序电流频谱提取更具普遍性的故障特征， 据此提出故障选线方法与测距方法。本文主要内容如下： ① 提出了考虑频段筛选的暂态能量选线方法，有效避免了由于消弧线圈补偿 作用给选线带来的误差，提升了线路高阻接地时的选线正确率。针对传统暂态能 量选线法无法可靠区分母线单相接地故障及最长馈线故障的问题，基于母线单相 接地故障时各馈线零序工频电流与对地电容比值近似相等这一特征，提出母线单 相接地故障辨识方法。仿真验证了本文选线方法可应用于不同的故障情况，并在 对地电容存在测量误差时具有一定的抗误差能力。 ② 提出基于质心频率和误差反向传播神经网络(Back Propagation Neural Network ，BPNN) 的双端故障测距方法，通过质心频率描述零序电流低频分量随故 障距离增加而上升的故障特征，研究故障距离、故障合闸角以及过渡电阻对质心 频率的影响，运用 BPNN 模拟故障距离、故障合闸角以及过渡电阻与质心频率的 映射关系完成测距，并提出应对质心频率-故障距离关系曲线不单调特殊情况的辅 助判据，结合质心频率曲线与辅助判据确定最终故障位置。在样本存在误差和样 本不足时，本文方法仍能完成混合线路及带分支馈线接地故障的准确测距。 ③ 提出基于参数估计的配网抗过渡电阻单端频域故障测距方法，通过故障点 上游侧与故障馈线首端零序电流频谱对应频率分量的比值 η 进行测距。运用等值 电路模拟 η 频谱特性，通过参数估计获取最优等值电路参数取值，建立描述故障 距离、故障合闸角与等值电路参数映射关系的神经网络，构造故障测距目标函数 求解故障距离。由于 η 不受过渡电阻影响，该方法消除了过渡电阻的影响，避免 了暂态过程过渡电阻变化带来的测距误差，可选取不同等值电路模型模拟 η 频谱 特性，对不同配网的适应度较高。考虑了高阻接地、小故障合闸角接地的特殊情 况，本文方法仍能准确测距混合线及带分支馈线的接地故障。 I 重庆大学硕士学位论文 关键词：小电流接地系统，单相接地，故障选线，故障测距，暂态频域特征 II 英文摘要 ABSTRACT Single-phase-to-earth faults occupy 80% of fault events in distribution network. In addition, two-phase faults and three-phase faults are mostly developed from single-phase-to-earth faults. Fault line detection and fault location is meaningful for eliminating fault rapidly and raising reliability of power system. However, medium voltage distribution network in Ch