摘要
配电网直接面向广大电力用户，是提高电力系统运行效率与保证供电质量的关键环节。随着架空绝缘导线的广泛应用，雷击断线概率增大，加之受设备老化、外力破坏等因素影响，近年来配电网单相断线故障呈现多发态势。断线故障发生后断点处线路可能坠地造成接地复故障，从而引发停电、火灾、人畜触电等安全事故。因此，非常有必要开展配电网单相断线故障特征分析与定位研究，迅速发现并切除故障，消除安全隐患，这对于保证配电网安全可靠运行具有重要意义。 构建了不同中性点接地方式（中性点不接地、中性点谐振接地）、不同故障形态（单相断线不接地、单相断线并电源侧接地、单相断线并负荷侧接地）的10kV配电网单相断线故障分析模型。综合考虑阻尼率、失谐度、接地过渡电阻、负荷阻抗以及故障线路断口下游对地电容占比等影响因素，以中性点为参考点，分析了地电位随对地电容占比以及过渡电阻变化的运动轨迹。对于单相断线故障，地电位随对地电容占比变化的轨迹为一直线；对于单相断线并坠地故障，地电位随过渡电阻变化的运动轨迹为一圆弧。分析了负荷阻抗对称分布时的中性点电压、断口上游线电压和相电压以及断口下游线电压和相电压的故障特征，给出了上述各电压的幅值和相位变化范围。 综合考虑不同中性点接地方式、不同故障形态、接地过渡电阻，断口上、下游的负荷阻抗以及线路对地导纳，利用对称分量法将abc坐标系下的边界条件转化为序分量下的边界条件，制定了各种单相断线故障形态的复合序网图，并利用复合序网图对故障线路的断口处和出口处以及健全线路出口处的各序电流分量进行了分析。对于任一类型的单相断线故障，故障线路出口处的负序电流与健全线路的负序电流幅值和相位均有显著差异，且接地过渡电阻对负序电流特征影响微弱；而零序电流故障特征受线路零序电容及接地过渡电阻影响较大。当健全线路的零序电容远大于故障线路的零序电容时，健全线路出口处的零序电流可能大于故障线路出口处的零序电流；随着接地过渡电阻增大，各线路零序电流的幅值逐渐减小，故障线路的零序电流特征逐渐减弱。 根据健全线路与故障线路的负序电流相关性较低、而健全线路之间的负序电流相关性较高的特征，提出一种基于负序电流相关性的故障选线方法。在故障选线基础上，利用故障线路断口下游的线电压发生显著变化的特征，进行故障区段定位及故障选相。针对中性点不接地系统和谐振接地系统故障后的中性点电压及断口上、下游故障相电压的特征差异，分别设计了相应的单相断线故障类形辨识判据。 最后，利用MATLAB/Simulink仿真平台搭建了10kV配电网单相断线故障仿真模型。设置不同的过渡电阻、故障位置以及线路参数，分别对不接地系统以及谐振接地系统各种单相断线故障的电压以及序电流的故障特征进行了仿真验证。测试了所提出的故障选线、区段定位以及故障类型辨识方法，证明了其有效性。
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