配电网单相接地故障诊断系统的研制与开发

摘要

我国的配电网主要采用变压器中性点小电流接地系统，当发生单相接地故障时，由于配电网结构复杂，接地电流小，很难准确定位故障。本论文主要进行配电网单相接地故障诊断系统的研制与开发，研究了不接地以及经消弧线圈接地系统的故障特征，提出了采用暂态特征进行故障定位的图论法定位原理，并对故障诊断系统进行了硬件设计以及软件开发。 本文分析了中性点不接地系统以及经消弧线圈接地系统单相接地故障特征，确定了采用故障暂态信息进行故障定位，提出采用小波变换、Prony算法、暂态能量法以及首半波法四种方法进行暂态特征的提取。并研究图论中树的两种搜索方式，即广度优先遍历和深度优先遍历，选择搜索速度快的广度优先遍历作为故障搜索方法。提出了基于多种暂态特征的图论法故障定位原理，即根据四种算法的暂态特征判据，对故障线路进行广度优先遍历搜索，得出各算法所定位的区段，通过投票表决的方式确定故障区段。并通过仿真进行了验证，证明所提出定位原理的定位准确度很高且适用于两种接地系统。对终端进行了硬件设计，终端在四方公司CSC271e装置基础上进行了实用性功能改进，缩小了机箱、增加了上传暂态特征的遥测信息、修改了零序电压、电流的采集功能、增加了零序电压的检测功能。并介绍了终端的整体设计以及端子排定义。对终端的故障特征提取算法的实现流程进行了详细设计。并针对硬件的情况，选择了VxWorks嵌入式操作系统，并详细介绍了开发环境Tornado。并完成了终端算法的程序实现，对变量定义、主程序函数和算法计算函数进行了详细介绍。此外，本文设计的配电网故障诊断系统，在实际挂网运行前，在RTDS实时数字仿真平台上进行了实验。实验结果表明本文提出的故障区段定位原理定位效果好、实用性强，设计的故障诊断系统可以准确、快速的进行故障定位。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 国内外的研究现状

1．2．1 故障测距法

1．2．2 “S”信号注入法

1．2．3 故障指示器

1．2．4 利用分段开关定位法

1．3 小电流接地故障定位存在的主要问题及困难

1．3．1 接地故障类型多样

1．3．2 不同检测点的设备不能精确同步

1．3．3 终端的硬件平台功能较弱

1．3．4 故障数据传输量大

1．4 本文的主要研究内容

第2章 配电网单相接地故障特征分析及定位原理研究

2．1 中性点不接地系统故障暂态特征

2．2 经消弧线圈接地系统故障暂态特征

2．3 基于暂态信息的单相接地故障特征提取算法研究

2．3．1 基于小波变换的单相接地故障特征提取研究

2．3．2 基于Prony算法的单相接地故障特征提取研究

2．3．3 基于暂态能量法的单相接地故障特征提取研究

2．3．4 基于首半波法的单相接地故障特征提取研究

2．4 基于图论的单相接地故障定位方法

2．4．1 图和树的定义

2．4．2 树的遍历

2．4．3 基于广度优先遍历的故障定位方法

2．5 基于多种暂态特征的图论定位步骤

2．6 四种算法定位的仿真测试

2．6．1 中性点不接地系统

2．6．2 中性点经消弧线圈接地系统

2．7 本章小结

第3章 终端设备的硬件设计

3．1 终端设备的硬件设计要求

3．2 终端的硬件改进

3．3 终端整体设计

3．3．1 终端电源插件

3．3．2 终端CPU插件

3．3．3 终端信号采集插件

3．4 本章小结

第4章 终端设备的软件开发

4．1 终端软件程序流程设计

4．2 终端的操作系统

4．3 终端的开发环境

4．4 终端的程序结构

4．4．1 全局变量定义

4．4．2 主程序函数

4．4．3 算法计算函数

4．5 本章小结

第5章 故障诊断系统RTDS仿真实验

5．1 故障诊断系统主站软件

5．1．1 主站系统概述

5．1．2 主站配置使用

5．2 基于RTDS实时数字仿真的定位功能验证

5．2．1 RTDS实时数字仿真平台概述

5．2．2 RTDS模型搭建以及实验配置

5．2．3 RTDS单相接地故障定位实验

第6章 结论及展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

致谢