基于空间磁场波形特性的架空配电线路故障定位方法的研究

摘要

电力系统故障引起的计划外断电常常给人民生产生活带来很多不便,有的甚至形成严重后果。统计资料显示,配电网运行过程中的故障大多数是短路故障,而其中90％以上为单相接地短路故障。实现配电网短路故障的快速、准确定位,不仅可以尽快修复线路,保证用户可靠用电,还对整个电力系统的安全稳定和经济运行有着十分重要的意义。本文提出了基于空间磁场波形特性的架空配电线路故障定位方法。
　　 为了给故障定位方法提供可靠、有效的判据。本文首先以麦克斯韦方程组为基础,将大地视为完纯导体的情况下,通过矢量磁位A(R,t)和标量电位φ(R,t)计算出垂直电流在空间内任意点产生的空间电场和磁场的时域和频域的表达式。另外,通过法拉第电磁感应定律,计算出直线电流在周围的线圈中产生的感应电动势的表达式。
　　 分析了架空配电线路在发生接地故障后,线路电流和入地电流产生的空间磁场方向特性,发现可以将垂直入地电流和它产生的空间磁场作为故障定位的监测量。提出了基于感应电动势的大电流故障指示器法和基于到达时差的小电流故障定位法,并介绍了两种方法的工作原理、适用范围和可靠性。
　　 以天津某地区的10kV中低压配电网为对象,使用ATP建立线路模型,对该线路进行不同情况的短路故障仿真。比较了单相接地故障下线路中电流和空间磁场的变化。仿真了在同一故障点,经不同过渡阻抗的接地故障,对比了不同过渡阻抗下入地电流和空间磁场的变化情况。将本文提出的两种故障定位方法,应用于仿真模型中,验证了方法的有效性。
　　 总结了两种故障定位方法的互补性,得到架空配电线路故障定位的流程图。