【正文】 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。相關(guān)系數(shù)矩陣 M 中對角線元素為各線路零序電流的自相關(guān)系數(shù)，其值均為 1，其余元素為各線路零序電流的兩兩相關(guān)系數(shù)。由圖可以看出，上述方法選線是有效的。 是 2個暫態(tài)電流的點積積分的平均值。 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(gòu)見本論文 節(jié) MATLAB仿真及實現(xiàn)）進行驗證 中國礦業(yè)大學本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 26 頁 (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 錯誤 !未找到引用源。 。本文采用單零點非遞歸算法對采樣信號進行了 50Hz 基波陷波處理，得到處理后波形如下圖所示。( ) c os( ) si n si n c os ttmmd c L m mUUi i i U C t U C e t eLL ? ?? ? ? ? ? ? ??? ??? ? ? ? ? ? ?；() 式中，第一項為接地電流穩(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相互抵消，還可能相互疊加，使得暫態(tài)接地電流幅值更大。 為零。 時，則暫態(tài)電容電流值近似為零。同時，由式（ ）可以看出，暫態(tài)電容電流的初始值與故障發(fā)生的時刻、發(fā)生故障時相電壓的相位等因素有關(guān)。 暫態(tài)電容電流和暫態(tài)電容電壓均由自由分量和強制分量組成，利用初始條件(0)u 錯誤 !未找到引用源。由于整個流通回路的電感較大，充電電流衰減較慢，振蕩頻率較低（一般 ~3kHz），利于測量，可作為選線的重依據(jù)要。 （ 3）在非故障線路上，零序電流為全系統(tǒng)非故障元件對地電容電流之總和，數(shù)值一般較大，電容性無功功率的實際方向為線路流向母線 [5]。電力系中國礦業(yè)大學本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 4 頁 統(tǒng)中性點的運行方式涉及到很多因素，如絕緣水平、供電可靠性、接地保護方式、電壓等級、內(nèi)部過電壓、通信干擾、系統(tǒng)接線方式等。小電流接地系統(tǒng)單相接地故障一般發(fā)生在相電壓峰值附中國礦業(yè)大學本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 3 頁 近，可以產(chǎn)生明顯的暫態(tài)電流，但是單相接地故障也可能發(fā)生在 相電壓過零附近，此時故障零序電流中高頻暫態(tài)量小，感性衰減直流分量很大。其中有南自研究院研制的微機小電流接地系統(tǒng)單相接地選線裝置，其主要原理是比較線路零序電流 5次諧波的大小和 方向；華北電力大學利用零序電流的 5次諧波比相原理研制的 ML98 型小電流接地系統(tǒng)單相接地微機選線裝置 [2]。尤其在瞬時故障下，短路點可以自行滅弧，恢復絕緣，不需要運行人員采取什么措施，這對于減少用戶短時停電次數(shù)具有積極意義 [2]。由于單相接地故障的復雜性，在相當多的電弧接地情況下，穩(wěn)態(tài)分量很小而暫態(tài)分量成分很高，因此，可以利用零序電流中暫態(tài)分量的豐富信息來判斷故障饋線。電壓等級在 110kV 以下、 6kV 以上的中低壓配電網(wǎng)絡(luò)中，其中性點接地方式主要為非直接接地方式，即不接地或者經(jīng)過消弧線圈接地，這樣的系 統(tǒng)一般稱為小電流接地系統(tǒng) [1]。 70年代后期，上海繼電器廠和許昌繼電器廠等單位研制生產(chǎn)了一批有選擇性的接地信號裝置，如反映中性點不接地系統(tǒng)零序功率方向保護 ZD4 型保護，反映經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng) 5 次諧波零序功率方向的 ZD ZD6 型保護。當電流諧振回路工作于過補償狀態(tài)時，殘流中含有有功分量和感性無功分量，殘流相位滯后于中性點位移電壓。最后，給出本文的選線判據(jù)。 當網(wǎng)絡(luò)中有發(fā)電機（ F）和多條線路存在時，每臺發(fā)電機和每條線路，每臺發(fā)電機和每條線路對地均有電容存在，設(shè)以 0fC ， 01C ， 02C 等集中電容來表示，當線路 II A 相接地后，如果忽略負荷電流和電容電流在線路阻 抗上的電壓降，則全系統(tǒng) A相對地的電壓等于零，因而各元件 A 相對地的電容電流也等于零，同時 B相和C 相得對地電壓和電容電流也都升高 3 倍，仍可用式 ()至式 ()表示。 小電流接地暫態(tài)過程的基本特征 暫態(tài)電容電流 經(jīng)消弧線圈接地電網(wǎng)單相暫態(tài)電流的分布如下圖所示 i L = 0i d = 0 圖 26 單相接地暫態(tài)電流的分布 電弧性接地是由于介質(zhì)承受不了兩端電壓而被擊穿所引起，經(jīng)常發(fā)生在相電壓接近于最大值的瞬間，暫態(tài)電容電流可看成兩部 分電流之和： （ 1）由于故障相電壓中國礦業(yè)大學本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 11 頁 突然而引起的放電電容電流，它通過母線而流向故障點，放電電流衰減很快，振蕩頻率高達數(shù)幾十 kHz 到幾百 kHz，振蕩頻率主要決定于電網(wǎng)中線路的參數(shù)（ R 和 L的數(shù)值）， 故障點的位置，以及過渡電阻的數(shù)值。 ，同時故障點的接地電阻一般較小，弧道電阻也可忽略，其 0R 錯誤 !未找到引用源。 為一常數(shù)。 ，均可能造成接地故障。 。 暫態(tài)接地電流 [2,4,7] 暫態(tài)接地電流由暫態(tài)電容電流和暫態(tài)電感電流疊加而成，其特性隨兩者的具體情況而定。 均為 !未找到引用源。特別的，在非故障 線路 0()iIf錯誤 !未找到引用源。 1f ]，濾取特征電流有效值 錯誤 !未找到引用源。 全部為負時，參考饋線為故障饋線；當 iP 錯誤 !未找到引用源。圖中大于 0 的黑色實線為非故障饋線零序電流相互點積積分值 iP 錯誤 !未找到引用源。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。 ； 結(jié)論 由仿真驗證 1 和仿真驗證 2 可以看出， E 錯誤 !未找到引用源。然而，選線算法是基于特征頻帶內(nèi)暫態(tài)電流進行故障線路的判斷，特征頻帶受系統(tǒng)參數(shù)和故障情況的影響較大。定義本線路與其他線路的相關(guān)系數(shù)的平均作為本線路的綜合相關(guān)系數(shù)，即 1,1 1 ni ijj j in????? ? ? （ ） ，當最大綜合相關(guān)系數(shù)與最小綜合相關(guān)系數(shù)之中國礦業(yè)大學本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 31 頁 差 ?? 小于一閾值 set? （本論文仿真測試時取 ），則判定系統(tǒng)發(fā)生母線接地故障。相關(guān)分析是信號處理中比較重要的工具，可以用來研究兩個信號的相似性，或一個信號經(jīng)過一段延時后自身的相似性，從而實現(xiàn)信號的檢測、識別與提取等。 同相位， iP 錯誤 !未找到引用源。 =[ ]； 1meanI 錯誤 !未找到引用源。（ 2）在各條饋線上（ m 條） ，求零序電流 0()ik錯誤 !未找到引用源。 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(guān)特征 [8]： （ 1）電弧接地時，每一次起弧均有暫態(tài)分量出現(xiàn)。 為故障饋線對地電容； 1TA 錯誤 !未找到引用源。 [ c o s ( ) c o s ( ) ]tLL L etZ ??? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ?； () 式中， 39。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。為 2? 錯誤 !未找到引用源。 39。 為中性點經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)的三相對地電容， 錯誤 !未找到引用源。 在各級電壓網(wǎng)絡(luò)中，當全系統(tǒng)的電容電流超過下列數(shù)值時，且要求帶故障持續(xù)運行，即應裝設(shè)消弧線圈： 3~6Kv 電網(wǎng) 30A； 10Kv 電網(wǎng) 20A ； 35Kv 電網(wǎng)10A。三是直接接地， 110kV 及以上電壓系統(tǒng)和 380/220V 三相四線低壓系統(tǒng)都屬這 類情況。由于系統(tǒng)運行方式的改變，消弧線圈突然進入全補償狀態(tài)而可能發(fā)生的“虛幻接地現(xiàn)象”會對準確選線造成困難。但對于中性點經(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一步研究。這就提出了配電網(wǎng)的單相接地故障選線問題。然后，通過小電流接地模擬電網(wǎng)在不同條件下發(fā)生單相接地故障時的實錄波形分析與處理，得 到了小電流接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時暫態(tài)特征。 zerosequence transient current。 20 世紀九十年代初，國外已將人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)原理應用于單相接地保護，并有文獻提到應用專家系統(tǒng)方法，隨著小波分析的出現(xiàn)和發(fā)展，國內(nèi)外均有文獻提及，利用小波分析良好的時頻局部性，分析故障暫態(tài)電流的高頻分量的方法。對于中性點經(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。然后，通過小電流接地模擬電網(wǎng)在不同條件下發(fā)生單相接地故障時的實錄波形分析與處理，得到了小電流接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時暫態(tài)特征。jB D B A AU E E E e ?? ??? () 01503 jC D C A AU E E E e ?? ? ? ?； () 中國礦業(yè)大學本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 7 頁 故障點 d 的零序電壓為 0 1 ( ) 。 時，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。 時，回路電流的暫態(tài)中國礦業(yè)大學本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 12 頁 過程具有周期性的振蕩和衰減特性；當 00 02 LR C?錯誤 !未找到引用源。( si n si n c os( ) )tcmi U C e t t??? ? ? ? ?? ?? ? ?； () 式中 mU —— 相電壓幅值； 002RL?? —— 自由分量衰減系數(shù)； 0 001CL? ?—— 回路共振角頻率； 39。 時，暫態(tài)電容電流中國礦業(yè)大學本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 13 頁 近似等于共振頻率與諧振頻率之比，可能較穩(wěn)態(tài)值大幾倍到幾十倍。 為消弧線圈鐵心中的磁通。當 ? 錯誤 !未找到引用源 。圖中采樣頻率為 12kHz，故障線路對地電容 3C 錯誤 !未找到引用源。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。 條。 為濾去工頻穩(wěn)態(tài)分量后饋線零序暫態(tài)電流， A； T為積分時間， s，最好大于等于暫態(tài)分量的周期； M為 T積分時間的采樣點數(shù)。 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。 xy?錯誤 !未找到引用源。 (2)仿真驗證 2 中性點經(jīng)消弧線圈接地，過補償度 10％情況下，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? 錯誤 !未找到引用源。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 5? 錯誤 !未找到引用源。因而，為了使相關(guān)運算的結(jié)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(guān)運算做歸一化處理。 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。 ，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50 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