基于主动扰动技术的配电网单相接地故障测距方法研究

摘要

配电网作为向负荷分配电能的末端环节，由于其结构复杂，分支众多，因此容易发生接地故障尤其是单相接地故障。当发生单相接地故障后如果不及时处理，可能会引发两点或多点的故障扩散，对电网的运行造成危害。因此，快速、准确的故障定位技术对配网安全运行以及保证供电可靠性具有重要意义。
　　当前关于故障定位的研究主要集中在三个方面:故障测距定位、信号注入法定位和故障点的区段定位。故障测距定位是指利用故障馈线中的电气信息，迅速准确的计算出馈线始端至故障点的距离;信号注入法定位是指对故障馈线注入特定的信号，通过对特定信号的跟踪寻迹确定故障位置;故障区段定位是指对发生故障的供电区段进行定位、隔离，排除故障隐患，以便迅速恢复非故障区段的正常运行。
　　当前我国中压配网中性点广泛采用经消弧线圈接地运行方式。近年来随着容量、耐压和可靠性的逐渐提高，电力电子开关器件因其动作的迅速性而开始应用于谐振接地系统中消弧线圈的调节，如“调匝式”消弧线圈阻尼电阻的投切、“调容式”消弧线圈补偿电容的投切等。通过对消弧线圈中电力电子开关的控制可产生瞬时扰动以用于系统参数的测量。基于这种思想，本文提出一种谐振接地系统发生单相接地故障时的故障测距方法。当发生单相接地故障时，消弧线圈中的阻尼电阻会被电力电子开关迅速旁路退出运行，以便充分补偿故障点处电容电流。鉴于电力电子开关的可控性，此时若控制即将导通的电力电子开关延迟触发导通，等效于将阻尼电阻短时投入运行，进而引起故障馈线电压、电流随之发生轻微扰动，通过在故障馈线始端对该扰动的检测记录，并对其分析计算即可得出故障线路始端至故障点的距离。
　　本文利用电路原理对该扰动信号的产生机理进行了分析，同时推导了基于主动扰动技术的单相接地故障距离的计算公式。该方法通过对电力电子器件的控制，实现了对扰动信号产生时间和幅值的控制，提高了信号可辨识度;并且由于扰动信号中含有丰富的频率成分，利用其可得到故障馈线在多个频率下的频域特性，进而求得多个频率下故障点距馈线始端的距离，为测距结果的进一步优化提供了数据支持。通过对数据的拟合剔除不合理结果，减小单频率下的计算误差对测距准确性的影响，提高了计算精度。
　　为了验证所提测距方案的有效性，本文进行了故障测距仿真分析与模拟实验。在仿真分析中，对不同故障位置、接地电阻和晶闸管触发角度下的单相接地故障进行了仿真模拟，提取分析扰动波形数据，计算故障距离。在模拟实验中，搭建谐振接地系统模拟平台，制作了扰动信号发生器，通过此装置控制阻尼电阻的工作状态，实现扰动信号的产生，然后在不同情况下进行单相接地故障的模拟实验，处理扰动信号，计算故障距离。仿真分析和模拟实验得到的计算结果皆与预定结果一致，证明了该方法的有效性，为配电网故障定位提供了一种可行的方案。

目录

声明

摘要

符号说明

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 故障定位研究现状

1．2．1 故障测距定位法

1．2．2 信号注入定位法

1．2．3 故障区段定位法

1．3 消弧线圈简介

1．4 本文主要内容

第二章 基于主动扰动技术的谐振接地系统故障测距方案

2．1 方案的提出

2．2 方案原理分析

2．3 扰动信号的提取方法

2．4 单相接地故障测距方法的理论推导

2．5 本方案在调容式消弧线圈中的应用

2．6 本章小结

第三章 仿真分析

3．1 单相接地故障测距方案仿真平台的建立

3．1．1 仿真平台的搭建

3．1．2 参数设置

3．2 仿真分析

3．2．1 仿真分析步骤

3．2．2 故障距离计算过程解析

3．3 仿真结果

3．3．1 不同接地电阻下的测距结果分析

3．3．2 不同晶闸管触发角度下的测距结果分析

3．4 本章小结

第四章 模拟实验

4．1 模拟实验平台的搭建

4．2 扰动信号发生装置的制作

4．2．1 硬件设计

4．2．2 扰动信号发生装置软件设计要求

4．2．3 软件设计

4．3 模拟实验步骤

4．4 模拟实验结果分析

4．5 本章小结

第五章 结论

参考文献

致谢

攻读学位期间发表的学术论文和参加科研情况