1、i本科毕业论文（20 届）配电网故障定位技术的研究所在学院专业班级 电气工程及其自动化学生姓名指导教师完成日期ii目 录摘要 .IAbstract.II引言 .11 故障定位技术现状及分析 .21.1 现有定位方法概况 .21.2 存在的问题 .31.3 本文的主要工作 .32 配电网短路故障定位方法分析 .42.1 配电网特点 .42.2 配电网故障定位方法综合分析 .62.2.1 行波法 .72.2.2 阻抗法 .82.2.3 基于配电网自动化系统的定位方法 .82.3 配电网短路故障定位方法的研究策略 .102.4 本章小结 .113 配电网区段短路故障定位方案 .113.1 基于故障指
2、示器的区段定位 .113.2 主干线故障定位 .123.3 分支线故障定位 .124 配电网精确测距公式推理 .134.1 对称分量法 .134.2 金属性短路故障分析及测距原理算法 .144.3 非金属性短路故障分析及测距算法 .174.4 小结 .205 总结 .20参考文献 .21致谢 .22iiContentsAbstract .IIntroduction .11 Situation analysis of fault location technology .21.1 The existing positioning method .21.2 The problems existin
3、g in the .31.3 The main work of this article .32 Short circuit fault location methods to analyze the distribution network .42.1 Distribution network characteristics .42.2 Comprehensive analysis of distribution network fault location method .62.2.1 Traveling wave method.72.2.2 Impedance method .82.2.
4、3 Methods based on distribution netword automation system .82.3 Research strategies of distribution network fault location method .102.4 The summary of this chapter.113 Distribution extents short-circuit fault location principle .113.1 Based on the fault indicator located in the section.113.2 The ma
5、in fault location.123.3 A branch line fault location .124 Distribution network impedance method precise distance measurement .134.1 Symmetrical components method .134.2 Anailsis and rnging algorithm of metallic short-circuit fault.144.3 Analysis and ranging algorithm of Non-metallic short-circuit fa
6、ult .174.4 Smmary .205 Conclusion.20References .21Acknowledgements .22I配电网故障定位技术的研究摘要：配电网故障定位技术，对于加快故障处理及时恢复供电，减少因故障损失，具有十分重要的现实意义。限于配电网馈线的复杂性以及监控点设置数量较少，目前配网的故障定位技术只能进行区段定位，即可以确定故障发生哪两个区段开关之间，但无法确定精确的故障点的准确位置。本文提出一种可用于配网馈线精确故障定位技术的新方法。该方法基于配网自动化系统与技术，在故障指示器信息、站内故障录波信息、馈线各分段处 FTU的故障录波信息等综合信息的基础上，运用阻
7、抗法测距原理完成对故障点的精确定位。馈线各个分支均安装有故障指示器，分段开关处安装 FTU 记录故障信息，各分支线路也安装故障指示器，可根据以上设备在故障时的信息准确确定故障区段以及故障回路；再利用站内故障录波数据信息以及各分段开关处 FTU 故障录波信息，计算故障后电压及电流向量，最后根据阻抗法原理，结合对称分量法，可以建立关于故障点位置(故障距离)的方程式组，进而推导出配网短路故障点的精确定位算法的公式。关键词：配电网 故障定位 相间短路 故障指示器 阻抗法IIThe Research on Fault Location in Distribution NetworkAbstract Pr
8、ecise distribution network fault location technology has an important practical significance for speeding up power supply processing and recovery speed, and reducing power losses caused by failure. Because of the complexity of distribution feeders and limitations of monitoring points, the current di
9、stribution network fault location can only be implemented in section targeting, which means it can only determine the fault point between two section switches instead of determining the accurate fault location.This paper proposes a technical to achieve distribution lines fault location. This method
10、combines the current distribution automation systems and technology, based on fault indicator information, station fault recorder information,feeders each segment of the fault recording information and comprehensive information to achieve precise position of failure point with impedance ranging prin
11、ciple.Under the premise that fault indicators have been installed on every branch of feeder,according to the message recorded by FTU installed on every section switch and the message recorded by fault indicators installed on each branch line, can determine the fault section and the fault circuit; Us
12、ing the fault wave record data of station and the fault wave record message of FTU installed on each section switch ,calculate the vector of voltage and current after failure, according to the principle of impedance method, equation group about fault point location (fault distance)can be built by ut
13、ilizing symmetrical component method,thus can deduce accurate positioning algorithm formula about short-circuit fault of distribution network.Keywords:distribution network; fault location; inter phase short; fault indicator; impedance method1引言配电网是电力系统的重要组成部分，主要用于分配电能，同时也也是其面向用户的最后环节。配电网的安全稳定运行与用户的切
14、身利益息息相关。但是在各种条件复杂因素下，电网不可避免会发生一些影响正常安全运行的故障。有关资料显示，80%以上的停电事故跟配电网有关，这其中我国占 30%左右，发达国家故障停电事故故 50%以上。在这些常发故障中，短路故障是最主要的配电网故障 1。目前针对不同的短路原因，相应的有不同的短路故障类型及定位方法。相间短路是配电网故障类型中一种较为常见的故障类型。短路故障发生时很有可能出现停电事故，导致一切用配电装置均不能够继续正常工作。因为配电网直接面向千家万户，所以任何重大故障的出现都会降低供电可靠性和安全性，产生不良社会影响。一但电网不可避免地出现故障，应快速、准确定位故障点并及时排除故障恢
15、复供电，这对保持系统正常运行具有十分重要的意义。要达到以上目的，最重要的就是如何迅速并精准地找到故障点，即故障定位 2,3。现在对于单相接地的故障定位技术的研究比较火，因为单相接地故障是电力系统中最常见的故障，但是对于故障频率不高的相间短路故障定位技术的研究相对较少。与单相接地故障相比，相间短路故障发生的频率虽然没有前者高，但其造成的后果却十分严重。短路后故障电流往往是负荷电流的很多倍，对于靠近发电端的相间短路故障电流可能是负荷电流的几十倍，这会对电网产生非常大的冲击，若不能及时定位并排除故障，将造成严重的经济损失。所以，针对配电网相间短路故障定位技术的研究仍具有十分现实且重大的意义。目前，输
16、电网各种故障定位技术已经十分成熟，相关的研究成果也已经大规模的应用于实践。但是配电网与输电网存在明显差异，它的拓扑结构更加复杂，节点和支路也更多，更重要的是配电线路广泛分布于城市乡村之间并直接连通用户，测量点数量少，获取故障信息难度大，配电网的这些特点给故障定位带来了很大的困难，输电网故障的故障定位方法只能起借鉴作用，而不能用来实际操作。因此，必须根据配电网特有的分支多、拓扑结构复杂、负载情况各异等特点，研究更有效地可行的方法，及时、准确地定位故障点。近年来，配电网自动化技术发展迅速，电网管理与运行日趋自动化和智能化，数据采集监控系统(SCADA)己被广泛应用于电力系统之中，具备数据采集和执行
17、遥控功能的监控终端设备 FTU 也大量应用于配电网络。一旦发生故障，配电主站可经 SCADA 系统接收到故障信息，并通过一定的分析处理就可以判定故障区段。但是目前配网故障定位技术只能确定故障发生区间，即确定故障位于哪两个分段区间之间，而对于进一步故障定位，找出具体故障点，并没有一种很好的方法。随着配电网自动化技术的发展及在配电网中的广泛运用，为配电网精确故障定位提供了有利的技术支持。因此，在配电网自动化系统背景下，越来越多的人重新开始研究配电网短路故2障精确定位技术方法。1 故障定位技术现状及分析1.1 现有定位方法概况配电网的故障处理是配电网自动化的核心问题，而配电网结构复杂，故障类型繁多，
18、按照不同的分类方法可分为永久性故障与瞬时性故障，单相接地故障、两相短路故障和三相短路故障，用户故障、分支线故障和主干线故障，馈线故障和中压母线故障，还有造成配电网大面积停电的灾害性故障。无论是哪种故障其首要任务都是故障定位 4。配电网故障定位技术多都是借鉴输电网故障定位技术，主要是针对短路故障进行故障定位。配电网的复杂性决定了其的故障处理具有一定困难性：配电网开关级联个数及分支多，条件复杂，设备分散；多并且多采用小电流接地方式，增加了故障定位的难度。近年来，经过广大电力工作者的不断地研究，在配电网的故障定位技术方面已经取得了一定的成果。按照不同的故障类型，配电网的故障定位可以大体分为以及两种：
19、第一种是主要是对单相接地故障的定位与测距，另外的一种是对非单相接地故障的进行故障定位与测距。单相接地故障是配电网中最常见的故障之一，对该种故障进行故障定位与精确测距是当今研究的一个主要热点和难点之一，因为配电网特有的结构复杂并且多分支、接地电流难以准确测定更重要的是，故障定位较易受接地电阻影响等多种因素的影响，在单相接地故障定位与测距方面目前没有形成有一种广泛适用行之有效的方法 5,6。目前国外的配电网广泛采用中性点直接接地的方式，所以其故障定位的研究成果仅仅只能用来借鉴而不能照搬全用。通常按照配电网故障定位的概念，故障定位技术设计有两大步骤：故障区段定位及故障距离精确测距，而涉及单相接地故障
20、时还要包括故障选线。最近几年，对于故障区段定位以及单相接地故障选线的问题已经取得了巨大成就。可对与故障精确测距这一研究仍然存在许多问题有待解决，特别是对配电网短路故障定位，配电网存在分支多、用户多、结构复杂等特点这就使得使得精确测距比输电网难度要大。按照目前的研究成果，配电网存在不同类型的故障定位方法。首先依据所利用信号方式的差异，可将配电网故障定位分为主动式定位法以及被动式定位法，所谓的主动式定位法就是在故障线路施加一个信号，该信号常为一个可循迹的激励源，然后通过进一步搜寻信号踪迹来最终判定故障位置，被动式定位法不需要施加信号，充分利用故障前后配电网生成的的许多电气测量信息，然后对其进行一定
21、的分析计算，最终推导出故障距离的精确公式：通常按照测量端数量的不同可分为以下几类：单端法、双端法以及多端法；依据测量时线路带电的情况，配电网故障定位方法又可有在线定位和离线定位两种方法；按照实现原理的不同，配电网故障定位方法可以分为阻抗法、行波法以及信号注入法 7。3随着科学技数的不断发展和进步，配电网的自动化技术近年来进一步发展完善，借助于配电网自动化技术的故障定位方法被广泛应用。而通信技术的快速发展保证了配电网自动化技术的稳定性和可靠性，依托配电网自动化技术可以完成准确的故障区段定位，另一方面馈线故障信息能及时并准确地被记录下来，通过 SCADA 系统上传至主站系统，这样以来就主站能够得到
22、足够的障前后电气量数据的变化，这就为下一步精确测距提供了有力的数据保障。随着配电网的进一步复杂性的发展，对复杂配电网故障定位的研究也在不断进步。在故障定位时使用两种或多种不同原理的方法就能弥补使用单一方法带来的缺点，曾强故障定位的准确性与及时性。在配电网自动化系统与技术进行故障区段定位的基础上，对配电网短路故障探索，研究选用合理的测距方法，实现精确测距，将会是一个值得研究的热点。1.2 存在的问题综合目前故障定位技术的研究，在现有配电网条件下，进行短路故障定位的研究还有以下问题需要解决：（1）目前配电网结构复杂，测量点数量有限，怎样在有限的测量点的情况下，利用有限故障的信息来准确进行故障定位；
23、（2）当前配电网自动化水平不高，在实际配电网中并不能获得足够的故障信息，怎样在故障信息有限的的情况下，对配电网故障进行精确故障定位；（3）配电网面向复杂多样的用户，其负荷电流因负载情况不尽相同，对故障定位有很大影响，如何在多样的负荷电流下，对电网进行准确故障定位；（4）配电网结构复杂且分支众多，当出现故障时，常常不能准确判定故障分支，就很容易出现伪故障点，怎样在分支众多的情况下，准确测定故障位置；（5）发生短路故障时，往往存在短路电阻，怎样在不同的短路电阻情况下，有效提高测距精度，精确定位故障位置；（6）现有理论算法大都对实际情况进行了简化处理，忽略许多实际因素的影响，虽然这些算法理论上可行，
24、但是如何具体应用到实际配电网中，有效提高定位精度。1.3 本文的主要工作配电网中最常见的故障类型为短路故障，发生故障后处理不及时，会对电力系统安全稳定运行产生很大危害。输电网故障定位技术十分成熟也有其优点，但在结构复杂的配电网故障定位中，需要考虑实际配电网的特点。本文通过对已有研究成果进行研究分析，主要针对两相短路研究配电网馈线精确故障定位技术，提出一种新型馈线精确故障定位的技术，该技术基于当前配网自动化系统与技术，充分利用站内故障录波信息、故障指示器信以及馈线各分段处 FTU 的故障录波信息等综合信息，运用阻抗法测距原理实现故障点的精确定位。（1）分析目前故障定位研究的成果，提出实现配电网相
25、间短路精确故障定位技术有4待解决的问题；（2）通过分析阻抗法、行波法以及基于配电自动化系统的定位等不同方法，从相间短路故障定位的角度进一步对这些方法进行综合分析研究，提出适用于配网的故障定位的新方法；(3)研究配网馈线精确故障定位技术方法。第一步：根据各分段处 FTU 记录的故障信息结合各分支线的故障指示器指示的故障信息，判定故障出现的区段或分支；第二步：通过对称分量法来分析相间短路故障的特点，根据阻抗法原理，结合配电网的实际特点列出关于故障距离的方程式组，进最后推导出精确测距算法公式，进行故障定位。2 配电网短路故障定位方法分析短路故障是配电网的常发故障类型，同时产生的危害也较大，能够及时准
26、确地判定故障位置，对排除故障、加快供电恢复、提升供电稳定性具有重要意义。当前，针对短路故障定位技术，有多种不同的方法，其中很多在输电网中已经得到很好的运用。但是，配电网与输电网存在很大不同，完全按照输电网的故障定位方法显然是不合适的。本章根据现有配电网的特点，对当前短路故障定位方法进行综合分析，并提出适用于配网短路故障定位的新方法。2.1 配电网特点无论是用哪种技术在研究配电网短路故障定位技术时，都必须要必须充分考虑到配电网不同于输电网的特点。配电网作为电力系统面向用电客户的终端环节，起连接系统和用户的桥梁作用，而用户的类型及负荷又是多种多样的，这些都也决定了配电网结构的复杂性。图 2-1 是
27、一个典型的 10KV 配电网结构示意图。该图表示常见的手拉手式环网，采用双电源供电结构，在正常运行状态下联络开关常断，当两条线路中的任意一条发生故障时，分段开关动作隔离故障区段，同时联络开关动作合闸，启动另一个电源为其供电系统。510KW 母线母线闸刀侧 母线闸刀侧出线开关 出线开关出线刀闸 出线刀闸大用户专用配变 分段开关分段开关公用配变 小用户联络开关 图 2-1 典型配电网结构图由图不难得出得出，在与输电网比较，配电网中分支多和负载情况也更加复杂，运行方式更是不尽相同。与输电网简单的结构相比，配电网具有以下更加复杂的特点：（1）随着技术的不多进步以及电网改造工作逐步开展，越来越多的新型线路在配电系统中得以广泛应用了，线路模式由传统的单一传输线变为混合线路模式，线路型号更
