【正文】 突然進(jìn)入全補(bǔ)償狀態(tài)而可能發(fā)生的“虛幻接地現(xiàn)象”會(huì)對準(zhǔn)確選線造成困難。③故障合閘角的影響。當(dāng)電流諧振回路恰好在諧振工作點(diǎn)時(shí)，即全補(bǔ)償狀態(tài)時(shí)，殘流中僅含有有功分量，此殘流幅值最小，且與零序性質(zhì)的中性點(diǎn)位移電壓同相位。故障信號疊加在負(fù)荷電流上，穩(wěn)態(tài)幅值小，現(xiàn)有的電流互感器很難準(zhǔn)確檢出，而且環(huán)境電磁干擾相對較大，加上零序回路對高次諧波及各種暫態(tài)量的放大作用，使得檢出的故障穩(wěn)態(tài)分量信噪比非常低[2]。但對于中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)，基于穩(wěn)態(tài)特征分量的選線效果就不很理想，所以此問題有必要進(jìn)一步研究。近幾年來，隨著微機(jī)在電力系統(tǒng)中的推廣，相繼又出現(xiàn)了一些微機(jī)型接地選線裝置和適合微機(jī)實(shí)現(xiàn)的選線理論。我國從1958年起，就一直對小電流接地系統(tǒng)單相接地故障的選線問題進(jìn)行研究，提出了多種選線方法，并開發(fā)了相應(yīng)的裝置。近年來，在如何獲取零序電流信號以及接地點(diǎn)分區(qū)段方面投入不少力量，采用光纖研制的架空線和電纜零序互感器試驗(yàn)成功。這就提出了配電網(wǎng)的單相接地故障選線問題。根據(jù)電力運(yùn)行部門統(tǒng)計(jì)，其發(fā)生單相接地故障的幾率最高，可占總故障的80%左右，這時(shí)供電仍能保證線電壓的對稱性，且故障電流較小，不影響對負(fù)荷連續(xù)供電，故不必立即跳閘，規(guī)程規(guī)定可以連續(xù)運(yùn)行1~2h。中國礦業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第83頁零序電流接地選線原理與方法研究畢業(yè)論文目 錄1 緒論 1 1 小電流接地系統(tǒng)單相接地故障選線難點(diǎn) 2 本論文研究的目的和主要內(nèi)容 32 小電流接地選線理論基礎(chǔ) 4 小電流接地方式介紹 4 6 6 8 10 10 13 143 小電流接地電網(wǎng)電弧接地故障模擬實(shí)驗(yàn) 154 基于暫態(tài)零序電流信號特征分量的選線方法研究 25 25 25 26 28 28 28 基于相關(guān)分析的選線方法 30 30 30 31 選線方法對比 345 選線新方法原理與仿真 35 35 MATLAB仿真及實(shí)現(xiàn) 36 線路參數(shù)設(shè)置 37 37 38 38 456 結(jié)論 46致 謝 48參考文獻(xiàn)： 49附錄： 51翻譯部分 53中文譯文 53英文原文 681 緒論我國電力系統(tǒng)中性點(diǎn)接地方式有兩種，即中性點(diǎn)直接接地方式和中性點(diǎn)非直接接地方式。小電流接地系統(tǒng)直接面向用戶。配電網(wǎng)發(fā)生單相接地時(shí)，一般只要求繼電保護(hù)能選出發(fā)生接地的線路并及時(shí)發(fā)出信號，而不必理解跳閘，但當(dāng)單相接地對人身和設(shè)備的安全造成危險(xiǎn)時(shí)，則應(yīng)動(dòng)作于跳閘。日本在供電、鋼鐵、化工用電中普遍采用中性點(diǎn)不接地或經(jīng)電阻接地系統(tǒng)，選線原理簡單，采用基波無功方向法。20世紀(jì)九十年代初，國外已將人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)原理應(yīng)用于單相接地保護(hù)，并有文獻(xiàn)提到應(yīng)用專家系統(tǒng)方法，隨著小波分析的出現(xiàn)和發(fā)展，國內(nèi)外均有文獻(xiàn)提及，利用小波分析良好的時(shí)頻局部性，分析故障暫態(tài)電流的高頻分量的方法。有些運(yùn)行部門還采用反映零序電流增大的零序電流保護(hù)來選線。但在實(shí)際應(yīng)用中，對于中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)采用比幅、比相原理選線可以達(dá)到很高的準(zhǔn)確率。特別是經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)，流過故障線路的電流十分微弱，甚至比健全線路感受到的電流變化還小。對于中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)，失諧度表示電流諧振等效回路的不同工作狀態(tài)和偏離諧振的程度。②線路長短及結(jié)構(gòu)的影響。⑤中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)中存在瞬時(shí)功率倒相問題。小電流接地系統(tǒng)饋線發(fā)生單相接地故障時(shí)，由于系統(tǒng)對地電容與故障點(diǎn)之間的充放電，將產(chǎn)生振幅比穩(wěn)態(tài)基頻大許多的高頻暫態(tài)分量，而且，按照基頻計(jì)算的消弧線圈，對于高頻分量，其對地阻抗將成倍地增加，從而對故障后暫態(tài)高頻電流分量的影響較小，因此在故障的前幾個(gè)周波，消弧線圈產(chǎn)生的電感電流的高頻分量的頻率與電容電流高頻分量的頻率不一致。然后，通過小電流接地模擬電網(wǎng)在不同條件下發(fā)生單相接地故障時(shí)的實(shí)錄波形分析與處理，得到了小電流接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時(shí)暫態(tài)特征。由于模擬電網(wǎng)實(shí)錄波形的局限性，進(jìn)行此方法的驗(yàn)證。二是經(jīng)過一個(gè)線性電抗線圈，即消弧線圈接地，10~63Kv多屬這類情況。各種接地方式優(yōu)缺點(diǎn)如下表所示： 不同接地方式的優(yōu)缺點(diǎn)比較[3]接地方式中性點(diǎn)絕緣諧振接地純電阻接地接地故障電流電容接地故障電流被中和抵消減低了，但大于電容接地故障電流過電壓工頻接地故障（健全相）全線電壓，或者稍高全線電壓全線電壓，有時(shí)更大相序顛倒的接地故障可能不大可能不大可能暫態(tài)弧光接地可能避免避免操作過電壓最高可控制最低大氣過電壓直接沒有實(shí)際的差別間接產(chǎn)生中性點(diǎn)振蕩中性點(diǎn)振蕩受到限制暫態(tài)接地故障電弧性電弧受到限制轉(zhuǎn)化為受控制的故障電流發(fā)生單相接地時(shí)對設(shè)備的損害可觀避免減輕斷路器負(fù)載需要經(jīng)常操作和維護(hù)不時(shí)常操作，兩相接地故障時(shí)恢復(fù)電壓增大經(jīng)常操作，單相接地故障時(shí)負(fù)載減輕接地故障繼電保護(hù)不可靠可以做到合用，常限在動(dòng)作于指示簡單及合用避雷器負(fù)載及性能在正常平衡情況負(fù)載在額定值之下工頻序流受抑制負(fù)載在額定值之下接地故障間隙上的電壓，以百分比表示100105%100%100105%保護(hù)性能正常變壓器采用分段絕緣的可能性如果中性點(diǎn)對沖擊波有保護(hù)措施，到相當(dāng)程度到相當(dāng)程度開關(guān)的絕緣100%避雷器的基準(zhǔn)絕緣水平停電引起的負(fù)作用百分比大不正常停電百分比大單相接地故障時(shí)的系統(tǒng)穩(wěn)定性不可靠良好通常有改善供電可靠性不能保證良好沒有特殊措施，不能保證對系統(tǒng)布置的影響最好有雙電源單電源已足宜用雙電源采用其它接點(diǎn)方式系統(tǒng)的連接要喪失原有特性不可能，除非經(jīng)隔離變壓器連接后的系統(tǒng)應(yīng)重新歸類，可能影響繼電保護(hù)操作過程簡單要監(jiān)視調(diào)諧情況，有時(shí)候要調(diào)整接頭簡單對電話的干擾問題不大問題不大要引起注意對無線電的干擾當(dāng)持續(xù)故障時(shí)，可能值得注意要注意接近故障點(diǎn)時(shí)對生命的危險(xiǎn)常拖延時(shí)間可忽略減輕接地裝置的可靠性——良好相當(dāng)好費(fèi)用——中等，如果忽略去雙電源就低中等[4,6]圖21（a）簡單網(wǎng)絡(luò)接線圖圖21（b）A相接地時(shí)的相量圖如圖示，正常運(yùn)行情況下，三相對地有相同的電容，在相電壓作用下，每一相都有超前于相電壓的電容電流流入地中，而三相電容電流之和等于零。下圖為這種情況下的電流分布：圖22單相接地時(shí)，用三相系統(tǒng)表示的電容電流圖圖23單相接地故障零序等效網(wǎng)絡(luò)對于中性點(diǎn)不接地電網(wǎng)中的單相接地故障，通過上述分析可以得出結(jié)論：（1）在發(fā)生單相接地時(shí)，全系統(tǒng)都將出現(xiàn)零序電壓。為解決此問題，通常在中性點(diǎn)接入消弧線圈。圖24 消弧線圈接地電網(wǎng)中單相接地時(shí)電流分布如上圖示，當(dāng)線路II上A相接地以后，電容電流的大小和分布與不接消弧線圈時(shí)是一樣的，不同之處是在接地點(diǎn)又增加了一個(gè)電感分量的電流，因此，接地點(diǎn)電流為 ()與相位相反，因此，故障點(diǎn)的電流將因消弧線圈的引入而減少，由此得到零序等效網(wǎng)絡(luò)如下圖所示：圖25消弧線圈接地電網(wǎng)中單相接地故障的零序等效網(wǎng)絡(luò) 由圖25可以看出，由于消弧線圈的補(bǔ)償作用，其單相接地故障時(shí)零序電流特征與中性點(diǎn)不接地不相同，零序電流的大小和方向隨著補(bǔ)償方式的不同而變化，其單相接地故障特征如下:（1）當(dāng)采用完全補(bǔ)償方式時(shí)=，即時(shí)，電容性無功功率的方向都是母線流向線路，因此，這種情況下利用穩(wěn)態(tài)零序電流無法判斷出故障線路。（2）由于非故障相電壓突然升高而引起的充電電容電流，它通過變壓器線圈而構(gòu)成回路[4]。根據(jù)圖27，可列出微分方程如下： ()當(dāng)時(shí)，回路電流的暫態(tài)過程具有周期性的振蕩和衰減特性；當(dāng)時(shí)，回路電流的暫態(tài)過程具有非周期性的振蕩衰減特性，并逐漸趨于穩(wěn)態(tài)。當(dāng)較大時(shí)，自由振蕩頻率衰減較快，反之，則衰減較慢。滿足，均可能造成接地故障。電網(wǎng)三相對地電容、變壓器線圈和線路電感愈大，暫態(tài)分量頻率愈?。贿^渡電阻愈大，衰減速度愈快。[2]根據(jù)非線性電路的基本理論，暫態(tài)過程中的鐵心磁通與鐵心不飽和時(shí)的方程相同。由此得出； ()式中，為穩(wěn)態(tài)時(shí)磁通，為補(bǔ)償電流的相角；為消弧線圈阻抗；為電感回路時(shí)間常數(shù)。由式211和216可以推算出暫態(tài)接地電流：；() 式中，第一項(xiàng)為接地電流穩(wěn)態(tài)分量，等于穩(wěn)態(tài)電容電流與穩(wěn)態(tài)電感電流的幅值之差；其余為接地電流的暫態(tài)分量，其值等于電容電流的暫態(tài)自由振蕩分量與電感的自由振蕩分量之和，兩者的幅值不僅不會(huì)相互抵消，還可能相互疊加，使得暫態(tài)接地電流幅值更大。圖中采樣頻率為12kHz，非故障線路對地電容、模擬實(shí)驗(yàn)為0。因此，小電流接地系統(tǒng)是否接入消弧線圈不影響利用暫態(tài)分量進(jìn)行判斷的結(jié)果。故障發(fā)生在相電壓最大值附近時(shí)，高頻衰減的暫態(tài)零序電流最大，發(fā)生在相電壓最大值區(qū)間內(nèi)，暫態(tài)分量遠(yuǎn)大于穩(wěn)態(tài)分量，發(fā)生在相電壓過零點(diǎn)附近時(shí)最小。4 基于暫態(tài)零序電流信號特征分量的選線方法研究[9,10]對于中性點(diǎn)非直接接地系統(tǒng)中暫態(tài)零序電流的分析可知，當(dāng)單相接地故障發(fā)生時(shí)，流經(jīng)故障線路的暫態(tài)零序電流為其他非故障線路暫態(tài)零序電流之和，這對任一頻率的暫態(tài)電流分量都是成立的，即； ()式中：, 為故障線路j，非故障線路i上任意頻率f的暫態(tài)零序電流分量；i=1~m，m為出線數(shù)。若線路i中有，確定其為健全線路，排除一定健全線路后候選故障線路條數(shù)條。對于有下列判據(jù)：（1）當(dāng)有唯一的第i=c條饋線值為負(fù)時(shí)，c為故障饋線；（2）當(dāng)全部為負(fù)時(shí)，參考饋線為故障饋線；當(dāng)全部為正時(shí)，為母線故障。當(dāng)全部為負(fù)時(shí)，參考饋線與所有被測饋線反相位，參考饋線為故障饋線。由圖可以看出，上述方法選線是有效的。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(guān)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(jìn)行選線[2]。表示了x（t）、y（t）波形在一定數(shù)據(jù)窗內(nèi)同步采樣的相關(guān)關(guān)系，綜合反應(yīng)了兩信號中每一頻率分量的綜合相位關(guān)系以及幅值信息，并非單一頻率的簡單相位關(guān)系。選線步驟如下：，對故障后第一周波內(nèi)各條線路零序電流暫態(tài)分量的波形進(jìn)行兩兩相關(guān)分析，求取線路之間的兩兩相關(guān)系數(shù)，形成相關(guān)系數(shù)矩陣M； （）式中，n為饋出線的條數(shù)。否則，最小綜合相關(guān)系數(shù)對應(yīng)的線路即為故障線路。暫態(tài)信號比較豐富時(shí)，具有很高的準(zhǔn)確率。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。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(hù)裕度的影響，本算例對采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行了陷波處理。圖32（e，f，g，h）是經(jīng)過單零點(diǎn)非遞歸算法處理后零序測量電流波形。算法描述如下：（1） （2） 判據(jù)描述如下：首先進(jìn)行（1）式判斷，如果零序暫態(tài)電流最大值與次暫態(tài)最大值點(diǎn)積結(jié)果S0，則不進(jìn)行（2）式判斷，判定為母線故障；如果S0,則進(jìn)行（2）式判斷，如果，那么可以判定線路是故障線路，式中閾值k的選取視具體的電網(wǎng)而定，一般電網(wǎng)如果不含有純電纜線路或者纜線混合線路中電纜線路長占比例不超過50%，~；如果含有純電纜線路或者纜線混合線路中電纜線路長所占比例較高，~。主變壓器為接線。其中架空線采用架空線路標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)，即線路正序電阻為=，正序?qū)Φ仉姼?，正序?qū)Φ貙?dǎo)納為=，線路零序電阻為=，零序?qū)Φ仉姼袨?，線路零序?qū)Φ貙?dǎo)納為=6nF/km。所有出線均接三相負(fù)荷，三相串聯(lián)負(fù)荷和三相并聯(lián)負(fù)荷有功功率均為10kW。 仿真參數(shù)設(shè)置Simulation timeStart time:Stop time:Solver optionsType :VariablestepSolver:ode23tMax step size:Relative tolerance:1e3Min step size :autoAbsolute tolerance:1e2Initial step size :autoZero crossing control :Use local settingsSolver reset method :Fast（故障距離母線10km，接地電阻10）線路參量線路1線路2線路3線路4線路5判斷結(jié)果故障非故障非故障非故障非故障 線路2單相接地故障（故障距離母線7km，接地電阻10）線路參量線路1線路2線路3線路4線路5判斷結(jié)果非故障故障非故障非故障非故障 線路4單相接地故障（故障距離母線1km，接地電阻10）線路參量線路1線路2線路3線路4線路5判斷結(jié)果非故障非故障非故障故障非故障 線路5單相接地故障