【正文】 中國礦業(yè)大學本科生畢業(yè)設計（論文） 第 22 頁 0 . 0 1 5 0 . 0 1 6 0 . 0 1 7 0 . 0 1 8 0 . 0 1 9 0 . 0 2 0 . 0 2 1 0 . 0 2 2 0 . 0 2 3 0 . 0 2 4 0 . 0 2 5 8 0 0 0 6 0 0 0 4 0 0 0 2 0 0 00202140006000800010000t/sIs （ 圖 ） 0 . 0 1 5 0 . 0 1 6 0 . 0 1 7 0 . 0 1 8 0 . 0 1 9 0 . 0 2 0 . 0 2 1 0 . 0 2 2 0 . 0 2 3 0 . 0 2 4 0 . 0 2 5 8 0 0 0 6 0 0 0 4 0 0 02 0 00202140006000800010000t/sIc （ 圖 ） 中國礦業(yè)大學本科生畢業(yè)設計（論文） 第 23 頁 0 . 0 1 5 0 . 0 2 0 . 0 2 5 5 0 0 0 4 0 0 0 3 0 0 0 2 0 0 0 1 0 0 00100020213000400050006000t/sIs （ 圖 ） 0 . 0 1 5 0 . 0 2 0 . 0 2 5 6 0 0 0 5 0 0 0 4 0 0 0 3 0 0 0 2 0 0 0 1 0 0 0010002021300040005000 （ 圖 后全補償非故障饋線展開波形） 通過分析，觀察以上波形圖，通過試驗得到的結果與前面理論分析結論是一致的 : 小電流接地系統(tǒng)通過消弧線圈全補償?shù)姆绞较掳l(fā)生單相接地故障時，由于零序中國礦業(yè)大學本科生畢業(yè)設計（論文） 第 24 頁 電流中含有大量高頻暫態(tài)分量 ，此時消弧線圈電感很大，可以等效為開路（經(jīng)試驗驗證這是合理的）。 （ 2）暫態(tài)分量的幅值主要由單相接地發(fā)生的時刻決定，也與電網(wǎng)對地電容、線路電感以及故障點電阻有關。雖然暫態(tài)分量較穩(wěn)態(tài)分量大很多，但由于暫態(tài)分量衰減速度快，持續(xù)時間短，衰減完后將主要由穩(wěn)態(tài)分量起作用。（ 2）在各條饋線上（ m 條），求零序電流 0()ik的有效值 20 . 01 ( ) /ni V A L ikI i k n?? ?，并求 m條饋線 的平均值 meanI 。 中國礦業(yè)大學本科生畢業(yè)設計（論文） 第 26 頁 仿真驗證 由于模擬電網(wǎng)局限性，本算例采用仿真電網(wǎng)（電網(wǎng)架構見本論文 節(jié) MATLAB仿真及實現(xiàn)）進行驗證 (1)仿真驗證 1 中性點不接地，線路 1 在距離母線 10km 處，發(fā)生 A相接地故障，過渡電阻gR為5? ， 仿真 得到的暫態(tài)零序電流波形如下圖所示 0 0 . 0 2 0 . 0 4 0 . 0 6 0 . 0 8 0 . 1 0 . 1 2 0 . 1 4 0 . 1 6 2 0 1 001020304050線路10 . 0 2 . 0 4 0 . 0 6 0 . 0 8 0 . 1 0 . 1 2 0 . 1 4 0 . 1 6 1 4 1 2 1 086420246線路20 0 . 0 2 0 . 0 4 0 . 0 6 0 . 0 8 0 . 1 0 . 1 2 0 . 1 4 0 . 1 6 2 5 2 0 1 5 1 050510線路30 0 . 0 2 0 . 0 4 0 . 0 6 0 . 0 8 0 . 1 0 . 1 2 0 . 1 4 0 . 1 62 1 . 51 0 . 500 . 51線路40 0 . 0 2 0 . 0 4 0 . 0 6 0 . 0 8 0 . 1 0 . 1 2 0 . 1 4 0 . 1 6 2 0 1 5 1 050510線路5中國礦業(yè)大學本科生畢業(yè)設計（論文） 第 27 頁 01VALI =[ ]； 1meanI =； 啟動上述判據(jù)，可準確判 斷線路 1發(fā)生單相接地故障； (2)仿真驗證 2 中性點經(jīng)消弧線圈接地，線路 2 在距離母線 7km處，發(fā)生 A相接地故障，過渡電阻 為 5? ，仿真得到的暫態(tài)零序電流波形如下圖所示 0 0 . 0 2 0 . 0 4 0 . 0 6 0 . 0 8 0 . 1 0 . 1 2 0 . 1 4 0 . 1 63 2 . 52 1 . 51 0 . 500 . 51線路10 0 . 0 2 0 . 0 4 0 . 0 6 0 . 0 8 0 . 1 0 . 1 2 0 . 1 4 0 . 1 6 2 0 1 001020304050線路20 0 . 0 2 0 . 0 4 0 . 0 6 0 . 0 8 0 . 1 0 . 1 2 0 . 1 4 0 . 1 6 3 0 2 5 2 0 1 5 1 05051015線路30 0 . 0 2 0 . 0 4 0 . 0 6 0 . 0 8 0 . 1 0 . 1 2 0 . 1 4 0 . 1 62 1 . 51 0 . 500 . 51線路40 0 . 0 2 0 . 0 4 0 . 0 6 0 . 0 8 0 . 1 0 . 1 2 0 . 1 4 0 . 1 6 2 0 1 5 1 05051015線路5中國礦業(yè)大學本科生畢業(yè)設計（論文） 第 28 頁 02VALI =[ ]； 2meanI =； 啟動上述判據(jù)，可準確判斷線路 2發(fā)生單相接地故障 暫態(tài)零序電流極性比較法 選線原理 [11] 故障線路零序電流的極性與所有健全線路均相反，可以此作為選線依據(jù)。由單相接地故障暫態(tài)特征可知 ，假設參考饋線 j是非故障饋線，當被測量饋線 i也是非故障線時， 0()iit和 0()jit同相位， iP 必然為正值；只有當?shù)?i=c條被測量饋線是故障饋線時， 0()iit和 0()jit反相位，才有唯一的 iP = cP 為負值，因此可以斷定 c為故障饋線。 下圖為用式（ 1）對圖 3進行計算后的曲線。 0 0 . 0 5 0 . 1 0 . 1 5 0 . 2 0 . 2 5864202468x 1 07 圖 42（ a） 中性點不接地電網(wǎng) 0 0 . 0 5 0 . 1 0 . 1 5 0 . 2 0 . 2 53210123x 1 07 圖 42（ b）中性點經(jīng)消弧線圈接地電網(wǎng) 中國礦業(yè)大學本科生畢業(yè)設計（論文） 第 30 頁 基于相關分析的選線方法 相關函數(shù)是時域描述隨機信號統(tǒng)計特征的一個非常重要的數(shù) 字特征。因而，為了使相關運算的結果真正反映信號之間的相 似性，就要排除信號幅度的影響，為此必須對相關運算做歸一化處理。而故障線路由于附加零序電壓源的存在，其零序電流波形與其它線路的零序電流波形差異最大。 ， i=1，2，?， n。求解 E1 和 E2的過程中，由于濾除了各線路零序電流中極為相似的不對稱分量和相似性較強的工頻穩(wěn)態(tài)分量，提高了選線保護裕度。該算法不適用母線故障時選線判斷。 基于 “ 故障線路零序電流和健全線路零序電流差異最大 ” 原理的相關分析故障選線方法，利用故障暫態(tài)信號的幅值、相位綜合信息 ，具有較好的選線效果。某些條件下，得到的故障線路與非故障線路零序電流幾乎不含有穩(wěn)態(tài)工頻電流（見圖 32a，圖 32b），某些條件下是穩(wěn)態(tài)工頻電流和暫態(tài)電流的疊加（見圖 32c，圖 32d），但穩(wěn)態(tài)工頻電流遠低于暫態(tài)電流。這對正確做出選線會有一定影響， 但滿足如下算法要求。1( ) 。Nm i ikmimmiimiI i kNIPIIMP????????????。Nm j jkmjI i kNIS I I?????????????????? （ 2） 139。算法描述如下： （ 1） 139。 圖 32（ e， f， g， h）是經(jīng)過單零點非遞歸算法處理后零序測量電流波形。 為克服系統(tǒng)不平衡電流和穩(wěn)態(tài)工頻分量的對線路保護裕度的影響，本算例對采樣數(shù)據(jù)進行了陷波處理。該方法對于富有暫態(tài)分量的選線電弧接地故障等式很有效的，而對暫態(tài)分量很小的穩(wěn)態(tài)接地故障和暫態(tài)衰減很快并且幅值不高的高祖接地故障，選線效果難以保證。暫態(tài)信號比較豐富時，具有很 高的準確率。否則，最小綜合相關系數(shù)對應的線路即為故障線路。選線步驟如下： ，對故障后第一周波內各條線路零序電流暫態(tài)分量的波形進行兩兩相關分析，求取線路之間的兩兩相關系數(shù)，形成相關系數(shù)矩陣 M 11 12 112nn n nnM? ? ?? ? ?????? ????； （ ） 式中， n 為饋出線的條數(shù)。 xy? 表示了 x（ t）、 y（ t）波形在一定數(shù)據(jù)窗內同步采樣的相關關系，綜合反應了兩信號中每一頻率分量的綜合相位關系以及幅值信息，并 非單一頻率的簡單相位關系。由于小電流接地系統(tǒng)暫態(tài)特征信號較弱，電磁干擾致使現(xiàn)場信號失真等情況，利用相關分析的方法可以根據(jù)各條線路故障零序電流的相似程度不同進行選線 [2]。由圖可以看出，上述方法選線是有效的。當 iP 全部為負時，參考饋線與所有被測饋線反相位，參考饋線為故障饋線 。對于 iP 有下列判據(jù)：（ 1）當有唯一的第 i=c 條饋線 cP 值為負時， c為故障饋線；（ 2）當 iP 全部為負時，參考饋線為故障饋線；當 iP 全部為正時，為母線故障。m 條。特別的，在 非故障 線路 0()iIf相位一致的頻帶上，各線路暫態(tài)零序電流的幅值有如下關系： 00( ) ( )jiijI f I f???； () 0 0 02 ( ) ( ) ( )j i jijI f I f I f????； () 即 00 ()() 2j IfIf ?? ； () 因此，在健全線路暫態(tài)零序電流相位一致的頻帶內，故障線路暫態(tài)零序電流幅值等于所有出線暫態(tài)零序電流幅值和（記為 0()2If? ）的一半，而健全線路暫態(tài)零序電流幅值小于 0()2If? 。 （ 3）非故障線路，暫態(tài)零序測量電流的大小正比于本線路對地電容，方向為母線流向線路；故障線路，暫態(tài)零序電流等于所有非故障線路對地電容的充電電流之和 ，方向為線路流向母線。 同時，我們通過試驗得到小電流接地電網(wǎng)發(fā)生單相電弧接地故障時 相關特征 [8]： （ 1）電弧接地時，每一次 起弧 均有暫態(tài)分量出現(xiàn)。 中國礦業(yè)大學本科生畢業(yè)設計（論文） 第 16 頁 0 50 100 150 200 250 1 0 0 0 0 8 0 0 0 6 0 0 0 4 0 0 0 2 0 0 002021400060008000t ( m s )Is試驗大廳支路電流 （ 圖 32a .不接地電網(wǎng)故障饋線） 0 50 100 150 200 250 8 0 0 0 6 0 0 0 4 0 0 0 2 0 0 00202140006000800010000t ( m s )Ic電容電流 （ 圖 ） 中國礦業(yè)大學本科生畢業(yè)設計（論文） 第 17 頁 0 50 100 150 200 250 7 0 0 0 6 0 0 0 5 0 0 0 4 0 0 0 3 0 0 0 2 0 0 0 1 0 0 00100020213000t ( m s )Is試驗大廳支路電流 （