基于注入法的小电流接地系统单相接地故障定位方法

摘要

我国6～35 kV中低压电网一般采用中性点不接地或经消弧线圈接地的小电流接地系统接线方式。在这种小电流接地系统中，80﹪以上故障的是单相接地故障。小电流接地系统发生单相接地故障时，不形成短路回路，没有量值很大的短路电流，且三相线间电压依然为对称电压，不影响负载的正常工作，可以继续运行一定时间。但是在发生单相接地后，非接地相对地的电压会升高，而且断续性电弧接地时还会产生弧光过电压，长期运行可能会损坏其绝缘，引发严重的相间故障。所以，当系统出现单相接地故障后，应该立即设法使其消除。在不能及时消除的情况下，也应尽快找出故障线路和故障点，在进行必要的负荷转移后，尽快将接地设备从系统中切除。 近年来，国内外电力工作者对接地选线与定位技术给予了广泛的关注，进行了大量的研究工作，提出了多种不同的选线原理和方法，研制出了多种不同类型的选线装置，目前多数小电流接地系统都已经装设了接地选线装置，但由于种种原因，选线装置的正确选线率还不高，误选和漏选的情况还都比较多，致使不少地方仍不得不用原始落后的“拉路法”进行选线。在接地故障定位方面，虽有较多研究，但获得实际应用的并不多，电力系统目前多数采用人工巡线目测法进行故障定位。拉路法需进行大量的倒闸操作，造成大量电力用户供电的中断；人工巡线目测法寻找接地点，使电力部门耗费了大量的人力、物力。这两种落后的方法与当代电网高度的自动化水平极不相适应。 配电线路虽然不像输电线路那样长，但由于分支较多，覆盖区域广泛，这给故障定位带来较大难度。此外，随着配电网络规模不断扩大，供电容量也在不断增加，用户对供电质量提出很高要求，这就要求具备有效的手段对单相接地故障进行准确、快速的定位。 目前对配电线路单相接地故障定位方法的研究中，S-注入法是解决小电流接地系统发生单相接地故障选线定位的比较成熟而有效的办法。基于注入信号原理的配电网单相接地故障定位方法是目前实用性最强、效果较好的方法，基于该原理的在线人工手动定位保护已经大量应用于我国许多地区的配电系统中。本文基于注入信号原理实现了配电网单相接地故障的自动定位方法，设计了基于GSM短信的故障区段定位系统，该系统已经应用于实际配电网络，取得了良好的效果。论文论述了自动定位系统的定位原理、结构组成以及工作模式，并且介绍了接地故障定位系统的实验室和现场试验方案。 本文对原有模拟式注入信号探测器进行改进。针对模拟式探测器在使用过程中出现的抗干扰信号能力弱以及体积大、智能化程度低等不利因素，本文采用集成芯片和具有高性能数字处理能力的CPU，开发研制数字化的注入信号探测器，并构造基于GSM网络的GPRS业务作为信息交互的通道，进一步提高故障区段定位的准确性和可靠性。本文采用集成滤波芯片UAF42代替原分立元件组成的模拟滤波功能，提高了装置的集成度和检测注入信号的灵敏度；用高性能、低功耗的MSP430系列的数字处理芯片MSP430F1611来完成注入信号提取后的数字量转化，并使用数字滤波和功能算法进一步提高检测注入信号的准确性和抗干扰能力；用可实现GPRS网络通信的SIEMENSMC35通信模块提高探测器与主站之间信息的交互的快速性和可靠性。改进的注入信号探测器已经完成了初步的实验室测试，在进一步测试和完善后将投入实际系统试运行。

目录

文摘

英文文摘

原创性声明及关于学位论文使用授权的声明

第一章引言

1.1课题背景

1.2小电流接地系统单相接地故障定位方法的综述

1.3本文的主要工作

第二章基于信号注入法的自动定位方法的原理以及应用

2.1引言

2.2 S-注入法定位原理

2.3自动定位方法

2.4基于关联矩阵的自动故障定位算法

2.5探测器读数不正常的情况处理

2.6本章小结

第三章应用GSM-SMS实现故障区段的自动定位方法研究

3.1引言

3.2 GSM系统及SMS简介

3.2.1 GSM系统简介

3.2.2短消息SMS简介

3.2.3 PDU数据格式分析

3.3选线主机，探测器与SMS结合实现自动定位的方法

3.3.1基于GSM-SMS的系统结构原理概述

3.3.2工程实例介绍

3.3.3工程中系统工作的流程

3.3.4系统软件

3.4接地故障自动定位系统的实验室和现场试验方案

3.5对现有方法的评价

3.6本章小结

第四章数字式探测器的研制

4.1引言

4.2模拟式探测器的不足

4.3数字式探测器的开发思路

4.4模拟滤波单元与数字处理芯片

4.4.1集成有源滤波芯片构成的模拟滤波单元

4.4.2数字处理器MSP430F1611的介绍

4.5数字式探测器的原理示意图

4.6 MSP430F1611的开发环境

4.7数字式探测器的模拟滤波部分试验数据比较

4.8数字滤波处理

4.8.1差分滤波

4.8.2 FIR带通滤波器

4.8.3数字滤波器的仿真分析

4.8.4数字滤波器的实验室数据的分析比较

4.9数字式探测器的抗干扰对策

4.10数字探测器与先进通信系统的结合

4.10.1 SMS短信的局限性

4.10.2应用GPRS作为信息传递的媒介

4.11本章小结

第五章本文总结以及对未来展望

参考文献

致谢