【正文】 南京理工大學(xué)紫金學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 (論文 ) 作 者 : 學(xué) 號(hào)： 系 ： 電子工程與光電技術(shù) 專 業(yè) : 電氣工程及其自動(dòng)化 題 目 : 經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng) 單相接地故障選線的研究 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文）中文摘要 隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展，電力系統(tǒng)的重要性日益凸顯。因而近幾年電網(wǎng)的安全可靠運(yùn)行倍受關(guān)注。在電力系統(tǒng)中發(fā)生幾率最大的故障類型為單相接地故障。而在發(fā)生故障后及時(shí)確定及切斷線路故障則顯得尤為重要。本論文主要是利用MATLAB 軟件對(duì)單相接地故障進(jìn)行仿真，再通過相 應(yīng)的波形來判斷故障線路所在。主要是運(yùn)用零序電流、零序功率以及 5 次諧波來進(jìn)行判斷和選擇。 最后分析了幾種方法的優(yōu)缺點(diǎn)及使用場(chǎng)合。 關(guān)鍵詞 消弧線圈 單相接地故障 MATLAB 仿真 故障選線 零序電流 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文）外文摘要 Title The Research on Fault Line Selection of Singlephase Earth Fault through Extinction Coil Abstract The fast development of social economy sees the growing importance of electrical power system. Therefore, a lot of attention has been paid on the safe operation of power system. And among the plenty kinds of fault circumstances, the singlephase earth fault is most likely to happen. This paper mainly concentrates on the simulation of singlephase fault by MATLAB software, through which we can get the simulation waveforms, and to use the relevant variable to select the fault line. This paper mainly uses zerosequence current, zerosequence power and five harmonic wave to select the fault line. And at last, I analysis the advantages and disadvantages of each method. Keywords extinction coil singlephase earth fault MATLAB simulation fault line selection zerosequence current 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第 Ⅰ 頁 共 Ⅰ 頁 目 次 1 引言 ................................................................ 1 研究意義 .......................................................... 1 研究現(xiàn)狀 .......................................................... 2 本文內(nèi)容 .......................................................... 3 2 小電流接地方法綜述 .................................................. 4 特殊信號(hào)分析法 .................................................... 4 故障穩(wěn)態(tài)信號(hào)選線法 ................................................ 5 故障暫態(tài)信號(hào)選線法 ................................................ 7 3 MATLAB 的應(yīng)用 ....................................................... 10 MATLAB 概述 ....................................................... 10 MATLAB 在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用 ......................................... 12 4 經(jīng)消弧線圈單相接地故障仿真與分析 ................................... 13 選線原理 ......................................................... 13 線路模型建立 ..................................................... 15 仿真波形及分析 ................................................... 16 5 幾種方法比較與分析 ................................................. 29 零序電流幅值比較法 ............................................... 29 零序電流相位比較法 ............................................... 30 零序功率比較法 ................................................... 30 5 次諧波比較法 .................................................... 31 四種選線方法的適用性比較 ......................................... 31 尚需解決的問題 ................................................... 32 結(jié) 論 ................................................................ 33 致 謝 ................................................................ 34 參 考 文 獻(xiàn) ........................................................... 35 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第 1 頁 共 36 頁 1 引言 近幾年電力系統(tǒng)配電網(wǎng)的安全可靠運(yùn)行備受關(guān)注。系統(tǒng)中發(fā)生幾率最大的故障類型為單相接地故障。為確保配電系統(tǒng)安全運(yùn)行，如何快速、準(zhǔn)確檢測(cè)并隔離故障線路成為一個(gè)重要研究課題 。電力系統(tǒng)運(yùn)行中，電能由發(fā)電廠發(fā)出后通過各級(jí)變電所經(jīng)高壓輸電網(wǎng)送到用戶側(cè)，經(jīng)配電網(wǎng)供給用戶。一般來說， 110 kV及以上電壓等級(jí)網(wǎng)絡(luò)屬輸電網(wǎng)，3～ 60 kV電壓等級(jí)屬配電網(wǎng)。配電網(wǎng)中性點(diǎn)接地方式可分為兩類：中性點(diǎn)直接接地 (包括經(jīng)小電阻接地 )系統(tǒng)，發(fā)生單相接地故障時(shí)接地短路電流很大 (稱為大電流接地系統(tǒng) )；中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地、經(jīng)高阻接地、不接地等運(yùn)行方式 (稱小電流接地系統(tǒng) )。 我國(guó)配電網(wǎng)接方式通常采用中性點(diǎn)非有效接地 （ NUGS）， 它包括中性點(diǎn)不接地系統(tǒng) （ NUS），經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng) (NES)和經(jīng)電阻接地系統(tǒng) （ NRS）， 因?yàn)檫@樣的接線方式在發(fā)生單相接地故障時(shí)接地電流比較小 ， 所以稱其為小電流接地系統(tǒng) [1]。 電網(wǎng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，三相電壓仍對(duì)稱，流過接地點(diǎn)的故障電流較小，不影響對(duì)用戶正常供電，允許線路帶故障運(yùn)行 1～ 2 小時(shí) 。隨著配電網(wǎng)規(guī)模擴(kuò)大及城網(wǎng)、農(nóng)網(wǎng)進(jìn)一步改造，整個(gè)系統(tǒng)對(duì)地電容電流越來越大，使弧光接地引起的過電壓倍數(shù)較高。由于未及時(shí)排除故障，在電廠廠用電、二次變電站和大型廠礦企業(yè)高壓供配電系統(tǒng)曾發(fā)生過電纜爆炸、毀燒 TV 造成發(fā)電機(jī)組停運(yùn)、工藝流程中斷等惡性事故，影響配電網(wǎng)安全供電。為進(jìn)一步提高供電可靠性和配電網(wǎng)綜 合自動(dòng)化水平，應(yīng)尋找一種能快速找到故障線路、排除故障的方法 [8]。 1． 1 研究意義 經(jīng)消弧線圈接地的系統(tǒng)，也 為小電流接地系統(tǒng)。其主要優(yōu)點(diǎn)在于發(fā)生單相接地故障時(shí)，故障電流很小， 90％以上的單相接地電弧都能夠自行熄滅，三相線間電壓依然對(duì)稱，不影響負(fù)荷正常工作。但是，系統(tǒng)帶單相接地故障運(yùn)行時(shí)，故障相對(duì)地電壓降為 0，非故障相電壓升高為線電壓，會(huì)使正常相絕緣薄弱處發(fā)生對(duì)地?fù)舸?，造成兩相接地故障，破壞系統(tǒng)安全運(yùn)行 U。這就需要對(duì)消弧線圈接地系統(tǒng)單相接地故障進(jìn)行選線，但由于系統(tǒng)自身的特點(diǎn)，經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)故障選線問題 一直未能得到很好地解決。因此， 采用規(guī)范的數(shù)學(xué)模型、一致的仿真參數(shù)，利用 MATLAB 程序作為仿真的統(tǒng)一平臺(tái)，對(duì)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)單相故障的各種選線方法進(jìn)行離線仿真，就具有一定的現(xiàn)實(shí)意義 [4]。 消弧線圈接地系統(tǒng)在我國(guó) 35kV 以及以下的電壓等級(jí)的電網(wǎng)系統(tǒng)中應(yīng)用非常廣泛，而單相接地故障在小電流接地系統(tǒng)中故障率很高，且近年來隨電網(wǎng)容量的加大接地電流 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第 2 頁 共 36 頁 也在增大，同時(shí)因單相接地故障造成的損失也更越重。單相接地故障時(shí)非故障相對(duì)地電壓升高，同時(shí)易產(chǎn)生系統(tǒng)諧振，對(duì)電網(wǎng)設(shè)備的絕緣產(chǎn)生破壞作用，這種損傷積累到一定程度會(huì)造成避雷器 、 PT爆炸或絕緣子閃絡(luò)等情況。 通常選接地的辦法是利用變電所的交流絕緣監(jiān)察裝置發(fā)出接地信號(hào)，然后根據(jù)接地拉閘順序選擇出接地出線柜。沒有發(fā)生單相接地的線路，也需短時(shí)間停電，這對(duì)要求連續(xù)供電的企業(yè)會(huì)造成影響。所以研究應(yīng)用迅速、準(zhǔn)確的小電流接地選線裝置意義重大， 可大大提高電力供應(yīng)中的安全、經(jīng)濟(jì)性。 1． 2 研究現(xiàn)狀 在原蘇聯(lián)， NUGS得到了廣泛應(yīng)用，其保護(hù)原理從過流、無功方向，發(fā)展到了群體比幅；日本在供電、鋼鐵、化工用電中普遍采用 NUS或 NRS，所以選線原理簡(jiǎn)單，采用基波無功方向方法。德國(guó)多使用 NES，并于 30年代就提 出了反映接地故障開始時(shí)暫態(tài)過程的單相接地保護(hù)原理。法國(guó)在使用 NRS幾十年后，現(xiàn)在正以 NES取代 NRS，同時(shí)開發(fā)出了高新技術(shù)產(chǎn)品，零序?qū)Ъ{接地保護(hù)。 90年代初，國(guó)外已將人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)原理應(yīng)用于保護(hù)并有文獻(xiàn)提到應(yīng)用專家系統(tǒng)方法 [11]。 在我國(guó)，從 1958年起就一直對(duì)此問題進(jìn)行研究，提出了多種選線方法，并開發(fā)出了相應(yīng)的裝置。已經(jīng)提出的選線方法均以零序電壓來啟動(dòng)保護(hù)或選線裝置，因此可根據(jù)是否利用故障電流把它們分成兩類，第一類：如比幅法、比相法、群體比幅比相法、首半波法、諧波電流方向法、五次諧波分量法、有功分量法、能 量法、還有近年出現(xiàn)的應(yīng)用小波分析、最大 ? ??sinI? 原理 [8]、模糊推理或模式識(shí)別來實(shí)現(xiàn)故障選線的多種方法；第二類：如拉線法、注入信號(hào)跟蹤法。隨著選線理論的發(fā)展，各種選線裝置也相繼問世，50年代末我國(guó)就利用接地故障暫態(tài)過程研制成功了選線裝置， 80年代中期我國(guó)又研制成功了微機(jī)接地選線裝置，最近又增添了殘流增量法微機(jī)接地選線裝置，到目前為止，基于上述不同選線理論已經(jīng)先后推出了幾代產(chǎn)品。但在實(shí)際應(yīng)用中的效果并不 十分理想，所以此問題還有必要進(jìn)一步研究 。 在中性點(diǎn)非直接接地系統(tǒng)中，一條 線路出現(xiàn)單相接地故障，整個(gè)系統(tǒng)都會(huì)出現(xiàn)零序電壓和零序電流。母線電壓互感器二次開口三角形繞組電壓為 3 倍零序電壓，在此處安裝絕緣監(jiān)視裝置監(jiān)測(cè)零序電壓并對(duì)故障選線裝置發(fā)出啟動(dòng)信號(hào)。通過過電壓繼電器發(fā)出接地信號(hào)，值班人員觀察相應(yīng)儀表，手動(dòng)拉合線路，直到找到故障線路 (電壓表指示正常 )。該方法使一些非故障線路用戶也短時(shí)間停電，降供了供電可靠性，延長(zhǎng)了系統(tǒng)單 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第 3 頁 共 36 頁 相接地運(yùn)行時(shí)間，增大了故障和誤操作的可能性，無法滿足變電站無人值班、實(shí)現(xiàn)綜合自動(dòng)化的要求。自小電流接地故障選線問題被提出以來，相關(guān)學(xué)者及實(shí)際工程人員提出了基于不同原理 的多種選線方法。根據(jù)采用信號(hào)方式的不同，這些選線方法可以分為基于特殊信號(hào)選線方法和基于故障信號(hào)選線方法兩大類 [9]。 當(dāng)中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈