【正文】 求解 E1 和 E2 的過(guò)程中，由于濾除了各線路零序電流中極為相似的不對(duì)稱分量和相似性較強(qiáng)的工頻穩(wěn)態(tài)分 量，提高了選線保護(hù)裕度。相關(guān)系數(shù)矩陣 M 中對(duì)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(gè)暫態(tài)電流的點(diǎn)積積分的平均值。 仿真驗(yàn)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(jiàn)本論文 節(jié) MATLAB仿真及實(shí)現(xiàn)）進(jìn)行驗(yàn)證 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 26 頁(yè) (1)仿真驗(yàn)證 1 中性點(diǎn)不接地，線路 1 在距離母線 10km 處，發(fā)生 A 相接地故障，過(guò)渡電阻 gR 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 。本文采用單零點(diǎn)非遞歸算法對(duì)采樣信號(hào)進(jìn)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(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。 為零。 時(shí)，則暫態(tài)電容電流值近似為零。同時(shí)，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(shí)刻、發(fā)生故障時(shí)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(qiáng)制分量組成，利用初始條件(0)u 錯(cuò)誤 !未找到引用源。由于整個(gè)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(cè)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(duì)地電容電流之總和，數(shù)值一般較大，電容性無(wú)功功率的實(shí)際方向?yàn)榫€路流向母線 [5]。電力系中國(guó)礦業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 4 頁(yè) 統(tǒng)中性點(diǎn)的運(yùn)行方式涉及到很多因素，如絕緣水平、供電可靠性、接地保護(hù)方式、電壓等級(jí)、內(nèi)部過(guò)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(guó)礦業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 3 頁(yè) 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(guò)零附近，此時(shí)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(jī)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(xué)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(jī)選線裝置 [2]。尤其在瞬時(shí)故障下，短路點(diǎn)可以自行滅弧，恢復(fù)絕緣，不需要運(yùn)行人員采取什么措施，這對(duì)于減少用戶短時(shí)停電次數(shù)具有積極意義 [2]。由于單相接地故障的復(fù)雜性，在相當(dāng)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(lái)判斷故障饋線。電壓等級(jí)在 110kV 以下、 6kV 以上的中低壓配電網(wǎng)絡(luò)中，其中性點(diǎn)接地方式主要為非直接接地方式，即不接地或者經(jīng)過(guò)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(hào)裝置，如反映中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)零序功率方向保護(hù) ZD4 型保護(hù)，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(hù)。當(dāng)電流諧振回路工作于過(guò)補(bǔ)償狀態(tài)時(shí)，殘流中含有有功分量和感性無(wú)功分量，殘流相位滯后于中性點(diǎn)位移電壓。最后，給出本文的選線判據(jù)。 當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中有發(fā)電機(jī)（ F）和多條線路存在時(shí)，每臺(tái)發(fā)電機(jī)和每條線路，每臺(tái)發(fā)電機(jī)和每條線路對(duì)地均有電容存在，設(shè)以 0fC ， 01C ， 02C 等集中電容來(lái)表示，當(dāng)線路 II A 相接地后，如果忽略負(fù)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(duì)地的電壓等于零，因而各元件 A 相對(duì)地的電容電流也等于零，同時(shí) B相和C 相得對(duì)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(guò)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(guó)礦業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 11 頁(yè) 突然而引起的放電電容電流，它通過(guò)母線而流向故障點(diǎn)，放電電流衰減很快，振蕩頻率高達(dá)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(diǎn)的位置，以及過(guò)渡電阻的數(shù)值。 ，同時(shí)故障點(diǎn)的接地電阻一般較小，弧道電阻也可忽略，其 0R 錯(cuò)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(cuò)誤 !未找到引用源。 1f ]，濾取特征電流有效值 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 全部為負(fù)時(shí)，參考饋線為故障饋線；當(dāng) iP 錯(cuò)誤 !未找到引用源。圖中大于 0 的黑色實(shí)線為非故障饋線零序電流相互點(diǎn)積積分值 iP 錯(cuò)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(yàn)證 1 和仿真驗(yàn)證 2 可以看出， E 錯(cuò)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(jìn)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(dāng)最大綜合相關(guān)系數(shù)與最小綜合相關(guān)系數(shù)之中國(guó)礦業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 31 頁(yè) 差 ?? 小于一閾值 set? （本論文仿真測(cè)試時(shí)取 ），則判定系統(tǒng)發(fā)生母線接地故障。相關(guān)分析是信號(hào)處理中比較重要的工具，可以用來(lái)研究?jī)蓚€(gè)信號(hào)的相似性，或一個(gè)信號(hào)經(jīng)過(guò)一段延時(shí)后自身的相似性，從而實(shí)現(xiàn)信號(hào)的檢測(cè)、識(shí)別與提取等。 同相位， iP 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 =[ ]； 1meanI 錯(cuò)誤 !未找到引用源。（ 2）在各條饋線上（ m 條） ，求零序電流 0()ik錯(cuò)誤 !未找到引用源。 同時(shí)，我們 通過(guò)試驗(yàn)得到小電流接地電網(wǎng)發(fā)生單相電弧接地故障時(shí)相關(guān)特征 [8]： （ 1）電弧接地時(shí)，每一次起弧均有暫態(tài)分量出現(xiàn)。 為故障饋線對(duì)地電容； 1TA 錯(cuò)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(duì)地電容、變壓器線圈和線路電感愈大，暫態(tài)分量頻率愈小；過(guò)渡電阻愈大，衰減速度愈快。為 2? 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 39。 為中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)的三相對(duì)地電容， 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 在各級(jí)電壓網(wǎng)絡(luò)中，當(dāng)全系統(tǒng)的電容電流超過(guò)下列數(shù)值時(shí)，且要求帶故障持續(xù)運(yùn)行，即應(yīng)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(yùn)行方式的改變，消弧線圈突然進(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(duì)準(zhǔn)確選線造成困難。但對(duì)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(wèn)題有必要進(jìn)一步研究。這就提出了配電網(wǎng)的單相接地故障選線問(wèn)題。然后，通過(guò)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。 zerosequence transient current。 20 世紀(jì)九十年代初，國(guó)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(guó)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。對(duì)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。然后，通過(guò)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。jB D B A AU E E E e ?? ??? () 01503 jC D C A AU E E E e ?? ? ? ?； () 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 7 頁(yè) 故障點(diǎn) d 的零序電壓為 0 1 ( ) 。 時(shí)，電容性無(wú)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(wú)法判斷出故障線路。 時(shí)，回路電流的暫態(tài)中國(guó)礦業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 12 頁(yè) 過(guò)程具有周期性的振蕩和衰減特性；當(dāng) 00 02 LR C?錯(cuò)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(shí)，暫態(tài)電容電流中國(guó)礦業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 13 頁(yè) 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(dāng) ? 錯(cuò)誤 !未找到引用源 。圖中采樣頻率為 12kHz，故障線路對(duì)地電容 3C 錯(cuò)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(shí)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(shí)間， s，最好大于等于暫態(tài)分量的周期； M為 T積分時(shí)間的采樣點(diǎn)數(shù)。 全部為負(fù)時(shí)，參考饋線與所有被測(cè)饋線反相位，參考饋線為故障饋線。 xy?錯(cuò)誤 !未找到引用源。 (2)仿真驗(yàn)證 2 中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地，過(guò)補(bǔ)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(guò)渡電阻 gR 為 5? 錯(cuò)誤 !未找到引用源。該方法對(duì)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(duì)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(cuò)誤 !未找到引用源。因而，為了使相關(guān)運(yùn)算的結(jié)果真正反映信號(hào)之間的相似性，就要排除信號(hào)幅度的影響，為此必須對(duì)相關(guān)運(yùn)算做歸一化處理。 反相位，才有唯一的 iP = cP 為負(fù)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