基于分布非接触测量的配电线路故障类型识别与定位方法研究

摘要

随着社会经济的快速发展，社会生产和人民生活水平逐渐提升，对电力系统的供电可靠性也提出了更高的要求。配线系统直接面向用户端，其能否安全稳定运行将对供电可靠性和用户利益产生直接影响。配电线路运行环境复杂，容易发生故障。故障发生后，识别故障类型并定位故障区段可以减少故障引起的不利影响，缩小抢修人员巡线范围，缩短排除故障所需时间。　　现有的配电线路故障类型识别定位方法大多以线路电压、电流信号作为信息源，通过电压、电流互感器与线路连接进行故障信息测量，这对互感器的体积结构、绝缘安全性以及暂态响应速度等提出了很高要求。此外，电压、电流互感器安装维护不便，并且沿线大量安装可能存在铁磁谐振隐患。现有配电线路故障类型识别和故障区段定位方法存在不足和技术瓶颈，有必要研究新的感知技术和故障分析方法，从而支持泛在电力物联网的发展。　　运行配电线路在周围空间产生电磁场是其固有性质，线路故障发生时空间电磁场中蕴含故障信息；电磁场测量不需要与线路直接接触，便于沿线分布安置测量装置获取故障信息。鉴于此，本论文通过沿线布点测量空间电磁场，分析故障电磁场特征从而进行故障类型识别和区段定位，为配电系统故障诊断自动化提供了新思路。　　本论文主要研究内容如下：　　①根据配电线路故障发生后暂态电磁场的准静态性特点，建立了配电线路电场、磁场计算模型；通过与现有方法进行对比，验证本文所提方法的准确性。　　②建立了配电线路单相接地、两相接地短路、两相短路和三相短路四种典型故障的仿真模型，提取故障发生后暂态电压、电流数据，计算得到对应的暂态电场、磁场并分析提取信号特征；进一步地，基于K最邻近算法（KNN）思想提出了配电线路故障类型识别方法，通过算例仿真分析验证了所提方法的有效性。　　③分析故障发生前后沿线不同测量点的电场特征，结合动态时间规整算法（DTW）提出了一种基于分布电场信息的配电线路接地故障区段定位方法，并进行了算例分析和方法准确性验证。　　④分析故障发生前后沿线不同测量点的磁场特征，利用故障点上下游磁场特征差异，实现了配电线路短路故障区段定位，并进行了算例分析验证所提方法的准确性。

目录

1 绪论

1.1 课题的背景和意义

1.2.1 配电线路故障类型识别方法的研究

1.2.2 配电线路故障区段定位方法的研究

1.3 论文的主要工作

2 配电线路空间电磁场计算及最佳测量确定

2.1 线路电场、磁场计算方法

2.1.1 电场计算

2.1.2 磁场计算

2.1.3 测量点位置寻优算法

2.2 方法对比

2.3 本章小结

3 配电线路故障类型识别

3.1 配电线路典型故障建模仿真及特征分析

3.1.1 单相接地故障

3.1.2 两相接地短路故障

3.1.3 两相短路故障

3.1.4 三相短路故障

3.2 配电线路典型故障暂态电磁场特征分析

3.2.1 电场特征

3.2.2 磁场特征

3.3 结合 K最邻近算法的线路故障类型识别方法

3.4 算例分析

3.5 影响因素分析

3.6 本章小结

4 配电线路接地故障区段定位

4.1 单相接地故障定位

4.1.1 单相接地故障点上下游电场特征

4.1.2 单相接地故障定位算法

4.1.3 算例分析

4.2 两相接地短路故障定位

4.2.1 两相接地短路故障点上下游电场特征

4.2.3 算例分析

4.3 影响因素分析

4.3.1 中性点接地方式

4.3.2 线路排列方式

4.3.3 故障初相角

4.3.4 接地过渡电阻

4.3.5 分布测量点间距

4.4 本章小结

5 配电线路短路故障区段定位

5.1 两相短路故障定位

5.1.1 两相短路故障点上下游磁场特征

5.1.2 两相短路故障定位

5.1.3 算例分析

5.2 三相短路故障定位

5.2.1 三相短路故障点上下游磁场特征

5.2.2 算例分析

5.3 影响因素分析

5.3.1 中性点接地方式

5.3.2 线路排列方式

5.3.3 故障初相角

5.4 本章小结

6 总结与展望

6.1 论文主要工作及研究成果

6.2 需要进一步研究的问题

参考文献

附录

A. 作者在攻读学位期间发表的论文及申请的专利

B. 作者在攻读学位期间参研的项目

C. 学位论文数据集

致谢