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基于暂态特征的谐振接地系统故障选线与测距方法

作　者: 张姝
导　师: 何正友
学　校: 西南交通大学
专　业: 电力系统及其自动化
关键词: 谐振接地系统选线与测距充放电暂态暂态电压-积分电荷曲线拟合特征路径频率
分类号: TM862
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

随着我国经济的发展和城市的建设,配电网的拓扑结构变得日益复杂,大量电缆线路的加入,使得对地电容电流急剧增加,因此为了有效熄弧,谐振接地系统在中低压配电网中得到广泛应用。虽然系统中性点有消弧线圈对接地电流进行补偿,但是对于永久性故障,长时间运行就容易将单相接地变成多相接地短路故障,同时弧光接地还会引起系统的过电压,导致设备损坏,破坏系统的安全运行,所以必须及时找到故障线路和故障地点并予以切除。消弧线圈的接入虽然提高了供电可靠性,但是由于线圈的补偿作用,发生单相接地故障后故障电流微弱,故障稳态特征不明显,导致小电流接地故障检测比较困难,传统利用故障基波大小和方向进行故障定位的方法将不能适用于谐振接地系统。本文针对配电网谐振接地系统的故障选线与测距进行研究。考虑到消弧线圈补偿的是基波量,而故障后电气量中的暂态成分能够包含丰富的故障信息,因此本文针对暂态特征进行研究。首先在PSCAD/EMTDC中搭建了4馈线的35kV配电网谐振接地系统仿真模型。仿真分析了谐振接地系统在单相接地故障后充电暂态过程和放电暂态过程中的频谱变化情况。其次,提出了一种基于零序暂态电压与积分电荷变量曲线拟合的谐振接地系统故障选线方法。本文通过理论分析得出非故障馈线上零序暂态电压与积分电荷之间呈现直线相关关系,而故障馈线上的零序暂态电压与积分电荷两者呈现非规则的曲线关系。基于此,在不同故障位置、不同故障电阻、不同故障初相角等故障条件下,通过比较各条馈线上零序暂态电压与积分电荷的二维图像关系,验证了理论分析的正确性。同时考虑减少人工干预,方便选线自动化实施,提出了一种基于电压与积分电荷变量曲线拟合的谐振接地系统故障选线方法,该方法通过判定各条馈线上零序暂态电压与积分电荷两变量的直线拟合度和拟合后的斜率系数,实现了基于判据暂态电压-暂态积分电荷关系选线的数学量化。仿真实验验证了该方法的有效性,尤其在高阻、高噪、电弧等故障条件下该方法仍能够实现准确的故障选线。最后,在准确故障选线的基础上,提出了一种基于充电暂态和放电暂态特征相结合的谐振接地系统故障测距方法。本文从配电网谐振接地系统的故障充电暂态过程和放电暂态过程中的频谱变化情况出发,从理论上分析了充放电暂态频率形成的物理过程。考虑到配电网馈线众多,放电暂态过程中的行波折反射较多,放电特征频率不易识别,提出了一种基于充放电暂态特征相结合的故障测距方法。该方法首先采用小波滤波器提取充电频率暂态信号,其次通过初步计算故障距离估计放电过程中的特征路径频率范围,最后通过特征路径频率与故障距离的对应关系得到更为准确的测距结果。本文通过不同故障条件下的单相接地故障测试了该方法测距的准确性。通过充电和放电暂态的结合能够有效的识别放电频带下的故障路径特征频率,降低充电暂态下故障测距方法对故障电阻、故障距离对测距准确度的影响。本文旨在解决配电网谐振接地系统单相接地故障的选线与测距问题。通过深入挖掘谐振接地系统的故障暂态特征,反映故障馈线与健全馈线的暂态特征差异,揭示和建立暂态特征与馈线故障位置的内在物理联系和数学关系,有望进一步形成一套基于暂态特征的配电网谐振接地系统故障定位方案。

全文目录

摘要  6-8
Abstract  8-12
第1章绪论  12-19
  1.1 研究背景及意义  12-13
  1.2 谐振接地系统的故障选线国内外现状  13-16
    1.2.1 基于故障稳态信号的选线法  14-15
    1.2.2 基于故障暂态信号的选线法  15-16
  1.3 谐振接地系统故障测距的国内外现状  16-18
    1.3.1 基于故障稳态信号的测距法  17
    1.3.2 基于故障暂态信号的测距法  17-18
  1.4 本文的主要工作  18-19
第2章谐振接地系统单相接地故障暂态特征分析  19-35
  2.1 引言  19
  2.2 单相接地故障暂态过程  19-23
    2.2.1 等值回路  19-20
    2.2.2 暂态电容电流  20-21
    2.2.3 暂态电感电流  21-23
    2.2.4 暂态接地电流  23
  2.3 谐振接地系统仿真  23-28
    2.3.1 35kV配电网谐振接地系统模型  23-25
    2.3.2 PSCAD/EMTDC仿真验证  25-26
    2.3.3 消弧线圈补偿效果测试  26-28
  2.4 故障条件对谐振接地系统暂态特征的影响  28-34
    2.4.1 故障暂态电流的提取  28-29
    2.4.2 故障距离对充放电暂态过程的影响  29-31
    2.4.3 故障角度对充放电暂态过程的影响  31-32
    2.4.4 故障电阻对充放电暂态过程的影响  32-34
  2.5 本章小结  34-35
第3章基于暂态零序电压-积分电荷特征关系的谐振接地系统故障选线  35-60
  3.1 引言  35
  3.2 暂态电压-积分电荷特征关系分析  35-38
    3.2.1 暂态电压-积分电荷特征关系的理论分析  35-37
    3.2.2 暂态电压-积分电荷特征关系的仿真验证  37-38
  3.3 故障条件对暂态电压-积分电荷关系的影响  38-51
    3.3.1 故障馈线对暂态电压-积分电荷关系的影响  38-40
    3.3.2 故障距离对暂态电压-积分电荷关系的影响  40-42
    3.3.3 故障相角对暂态电压-积分电荷关系的影响  42-43
    3.3.4 故障电阻对暂态电压-积分电荷关系的影响  43-46
    3.3.5 时间窗对暂态电压-积分电荷关系的影响  46-48
    3.3.6 特征频带对暂态电压-积分电荷关系的影响  48-51
  3.4 基于零序暂态电压与积分电荷变量曲线拟合的选线方法  51-54
    3.4.1 选线判据特征量的选取  51-53
    3.4.2 选线流程  53-54
  3.5 选线算法的适应性分析  54-58
    3.5.1 故障位置对选线算法的影响  54-55
    3.5.2 故障角度对选线算法的影响  55-56
    3.5.3 故障电阻对选线算法的影响  56
    3.5.4 电弧故障对选线算法的影响  56-58
  3.6 本章小结  58-60
第4章基于充电暂态和放电暂态特征相结合的谐振接地系统故障测距  60-79
  4.1 引言  60
  4.2 基于充放电暂态特征的故障测距原理  60-64
    4.2.1 充电暂态过程分析  62-63
    4.2.2 放电暂态过程分析  63-64
  4.3 故障测距方法及仿真实现  64-73
    4.3.1 测距思路  64-65
    4.3.2 基于小波分析的充电信号提取  65-68
    4.3.3 充电频率下的故障距离估计  68-69
    4.3.4 放电频率下的特征路径频率识别  69-72
    4.3.5 放电频率下故障测距  72-73
  4.4 测距算法适应性分析  73-77
    4.4.1 故障距离对测距算法的影响  73-74
    4.4.2 故障电阻对测距算法的影响  74-75
    4.4.3 故障角度对测距算法的影响  75
    4.4.4 噪声干扰对测距算法的影响  75-76
    4.4.5 电缆线故障对测距算法的影响  76-77
  4.5 本章小结  77-79
结论  79-80
致谢  80-81
参考文献  81-85
攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果  85

基于暂态特征的谐振接地系统故障选线与测距方法

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