基于消弧线圈补偿特征的单相接地故障选线和区段定位方法研究

摘要

随着配网自动化进一步发展,用户对电能质量提出了更高的要求。单相接地故障在配网发生几率最高,然而现有配电网单相接地故障选线和区段定位方法效果并不理想,有必要进一步深入研究。
　　本文首先总结了国内外已有选线和区段定位方法基本工作原理以及实际应用中存在的问题,分析了消弧线圈接地系统单相接地故障稳态和暂态特征。在实际应用中发现零序电流互感器的接线极性错误情况时常发生,特别是老站这种情况更多,而停电校验又往往不能即时进行,基于零序电流互感器极性的单相接地故障选线方法不能达到满意的故障选线正确率,暂态能量(幅值)选线方法无法实现两回线系统选线。针对上述问题,本文提出一种基于消弧线圈补偿特征的选线新方法,对于每条线路建立健全线路数学模型,利用零序电压电流自由振荡分量与基频分量求取相应的导纳参数。由于消弧线圈补偿作用,得到故障线路两参数符号相反而健全线路两参数计算结果相近的规律。
　　针对信号参数提取过程中遇到的小幅值高频分量“湮没”问题,提出一种矩阵束的改进方法——差分矩阵束,用于提取小幅值高频衰减谐波参数,针对小角度故障时高频分量幅值过小无法提取的问题,利用衰减直流分量作为选线方法辅助判据,提高了选线方法的适用性和准确性。
　　利用MATLAB建立了消弧线圈接地系统仿真模型,通过设置不同的仿真条件对本文选线方法进行研究,并利用物理模拟实验进一步验证,实验结果表明该方法在不同故障条件下可正确选线,摆脱了零序互感器极性的限制,实现线路故障自判。
　　故障线路确定后可利用故障信息进行区段定位,利用配网线路上安装的FTU可作为区段定位的检测点提供区段特征信息。由于多数FTU没有配套安装零序电压互感器,而且FTU通信可能存在毫秒级的对时误差。针对上述问题研究分析了配电网单相接地故障零模电流受线电压暂态分量约束的区段特征,得到零模电流自由振荡分量相位与线电压自由振荡分量相位之差不随时间变化的规律,将矩阵束计算得到的两分量相位差定义为检测点指示相位,提出利用故障补偿相位作为FTU极性不一致的情况下的区段定位判据,仿真结果证明了方法的有效性,为区段定位提供了新思路。