【文章內(nèi)容簡介】 有鑒于此，我們認為仍然有必要對中性點非直接接地系統(tǒng)單相接地故障選線問題進行進一步的分析研究，以期找出更有效的解決方案，這正 是本論文選題的出發(fā)點。 課題研究現(xiàn)狀 小電流接地系統(tǒng)單相接地故障后的信號中含有各種各樣的故障信息，如穩(wěn)態(tài)基波分量，高頻暫態(tài)分量，現(xiàn)在的各種算法就是利用了各種故障信息構(gòu)成的故障判據(jù)。然而對不同故障條件下的故障信息分析表明，隨著故障條件的不同，故障信息也會有變化，有些算法可能會失效，所以根據(jù)不同算法做出的判斷結(jié)果準確度也往往不同。理論和實踐都表明，沒有一種選線方法能夠保證對所有故障類型都有效，每種選線判據(jù)都有一定的適用范圍，也都有各自的局限性，需要滿足一定的適用條件。所以，僅靠一種判據(jù)進行選線是不充分的。迄今為 止還不存在萬能型、無條件選線判據(jù)，因為如果存在，選線問題就已經(jīng)解決了。 在這種現(xiàn)實狀況下，一種可行的辦法是使用多重選線判據(jù)來構(gòu)成綜合判據(jù)，利用各種判據(jù)選線性能上的互補性擴大正確選線的故障范圍，提高選線結(jié)果的可靠性。因為每一種選線判據(jù)的適用條件是不同的，針對某個故障樣本，一種判據(jù)的適用條件可能不滿足，但另一種判據(jù)的適用條件可能能夠滿足，幾種判據(jù)覆蓋的總的有效故障區(qū)域必然大于單個判據(jù)的有效故障區(qū)域。而信息融合作為一門研究信息綜合分析處理技術(shù)的新興邊緣學科，強調(diào)在自動控制領(lǐng)域中利用多源信息進行綜合分析推理以提高控制的精度和魯棒性。因此能滿足我們的要求。 近年來，用于信息融合的計算智能方法主要包括：模糊理論、神經(jīng)網(wǎng)絡、粗糙集理論等。其中模糊理論是用數(shù)學方法研究和處理具有“模糊”現(xiàn)象的一門科學。這里1 緒論 3 所謂的模糊性主要是指有關(guān)事物差異的中間過度的不分明性，這種屬性也反映在小電流故障選線中。例如“某一故障特征的明顯程度”、“某一方法的有效性”等等均沒有精確的度量，存在一定的模糊性。模糊理論能通過建立相應的隸屬函數(shù)有效地處理這種模糊性，將不分明性轉(zhuǎn)換為確切的數(shù)值描述。 所以，本文對現(xiàn)有的各種小電流系統(tǒng)單相接地選線方法進行簡要的 分析，并在第三章對小波法進行詳細說明，并進行算例仿真。通過運用小波法很大程度上能夠達到準確選線的目的，但還是存在死區(qū)。因此，將多種選線方法或判據(jù)，考慮應用模糊理論解決算法有效性并進行多判據(jù)融合，這也是小電流接地系統(tǒng)故障選線發(fā)展的一個方向。 論文的主要內(nèi)容 論文的主要工作內(nèi)容如下： (1) 文章主要進行了針對小電流系統(tǒng)單相接地選線方法的分析， (2) 研究了小電流接地故障暫態(tài)算法和穩(wěn)妥算法。 (3) 重點分析了多判據(jù)信息融合選線方法。 (4) 最后進行了小電流系統(tǒng)選線方法問題的分析。 2 小電流接地系統(tǒng)單相接地選線方法分析與探討 5 2 小電流接地系統(tǒng)單相接 地選線方法分析與探討 小電流接地故障穩(wěn)態(tài)算法 在電力系統(tǒng)發(fā)展的初期，考慮到絕緣方面的因素，電力系統(tǒng)中性點直接接地 (大電流接地系統(tǒng) )，相應的繼電保護裝置一般根據(jù)穩(wěn)態(tài)的電流來整定。隨著電力系統(tǒng)規(guī)模的增大和用戶對供電要求的提高，我國的配電網(wǎng)開始采用小電流接地系統(tǒng)，針對單相接地故障，人們也習慣從穩(wěn)態(tài)量方面去考慮并根據(jù)這些穩(wěn)態(tài)量，特別是根據(jù)零序分量相關(guān)特性提出了一系列的算法并開發(fā)出了相應的裝置。 零序電流幅值比較法 零序電流幅值比較法簡稱幅值法，它利用故障線路零序電流幅值比非故障線路大的特點選擇故障線 路。以前的做法是使用電流繼電器，電流繼電器在零序電流超過整定值時動作，指示故障線路，繼電器的整定值要躲過本線路可能出現(xiàn)的最大對地電容電流；現(xiàn)在使用比較多的是群體比幅法，應用微機技術(shù)采集并比較接地母線上所有出線零序電流，將幅值最大的線路選為故障線路。由于不需設定門檻值，群體比幅法提高了檢測可靠性和靈敏度，但在母線故障時會出現(xiàn)誤判斷。幅值法的致命問題是不適用于諧振接地電網(wǎng)。由于該電網(wǎng)中消弧線圈補償電流的存在，往往使故障線路電流幅值小于非故障線路；另外一個影響可靠性的因素是故障點電弧不穩(wěn)定現(xiàn)象，小電流接地故障往往 伴隨有間歇性拉弧現(xiàn)象，由于沒有一個穩(wěn)定的接地電流，因此可能造成選線失敗。一些裝置在試驗室模擬試驗，甚至在現(xiàn)場進行人工接地試驗時選線結(jié)果很準確，但實際應用效果卻并不好，這是因為模擬試驗時線路導體與地之間是金屬性接觸，與實際運行中的絕緣擊穿現(xiàn)象并不完全相同。 零序電流方向法 零序電流方向法簡稱方向法或相位法，它利用故障線路零序電流與非故障線路方向相反的特點選擇故障線路。一種實現(xiàn)方法是檢測零序功率方向，如果某線路的零序無功功率方向為正，即零序電壓超前零序電流 90176。，則說明零序電容電流的方向是由線路流向母 線，該線路被選為故障線路；另一種方法是群體比相法 [3]，選擇 3 個以上幅值最大的線路零序電流，比較它們之間的相位，相位與其他線路相反的線路被選為故障線路。與幅值法相比，方向法有較高的檢測靈敏度，但仍然存在不適用于諧振接地電網(wǎng)的弱點。因為在過補償或完全補償狀態(tài)下，故障線路零序電流的方向與非故障線路相同；對間歇性接地故障來說，零序電流波形畸變嚴重，難以計算其相位，方向法比幅值法更容易出現(xiàn)誤判斷。 西安交通大學網(wǎng)絡教育學院論文 6 諧波法 由于故障點、消弧線圈及變壓器等電氣設備的非線性影響，故障電流中存在著諧波信號，其中以 5 次諧波分量為主 ，并且消弧線圈對 5 次諧波的補償作用僅相當于工頻時的 1 /25，可以忽略其影響。因此，故障線路的 5 次諧波零序電流的幅值比非故障線路的都大且方向相反，據(jù)此可以選擇故障線路，稱為 5 次諧波法 [4]。為了進一步提高靈敏度，可將各線路的 7 次等諧波分量的平方求和后進行幅值比較，幅值最大的線路選為故障線路。諧波法的優(yōu)點是可以克服消弧線圈補償?shù)挠绊?，但實際應用效果并不理想。主要原因是故障電流中的 5 次諧波含量較小 (小于 10% ) ，檢測靈敏度低；多次諧波平方和法雖然能在一定程度上克服單次諧波信號小的缺點，但并不能從根本上解決問題。 零序電流有功分量法 零序電流有功分量法 [5, 6]是根據(jù)線路存在對地電導以及消弧線圈存在電阻損耗，故障電流中含有有功分量來選擇故障線路。非故障線路和消弧線圈的有功電流方向相同且都經(jīng)過故障點返回，因此，故障線路有功分量比非故障線路大且方向相反。根據(jù)這一特點，可選出故障線路。在設計具體的選線裝置時，可利用零序電壓與零序電流計算并比較各線路零序有功功率的大小與方向來確定故障線路。有功分量法的優(yōu)點是不受消弧線圈的影響，但由于故障電流中有功分量非常小并且受線路三相參數(shù)不平衡的影響，檢測靈敏度低 ，可靠性得不到保障。為了提高靈敏度，有的裝置采用瞬時在消弧線圈上并聯(lián)接地電阻的做法加大故障電流中的有功分量。這樣做帶來的問題是使接地電流增大，加大對故障點絕緣的破壞，很可能導致事故擴大。而且對電纜線路來說，這一問題更為突出。 負序電流法 因為小電流接地故障的負序電流具有與零序電流相同的分布特征，所以負序電流法 [ 7 ]也可以通過比較各線路負序電流的大小與方向選擇故障線路。由于負序電源阻抗比較小，故障線路負序電流絕大部分流入了電源回路，使得非故障線路的負序電流比較小，有利于接地選線。但正常運行時線路 中也會存在較大的負序電流，并且負序電流的獲取遠不如零序電流來得簡單、準確，所以負序電流法的實際應用效果并不會比零序電流法好。 零序?qū)Ъ{法 小電流接地系統(tǒng)的零序網(wǎng)絡可以等效為一空載均勻傳輸線，一般可以忽略線路的阻抗，零序電流主要為對地電容電流和電導泄露電流。零序?qū)Ъ{法 [8， 9]通過在饋線端口測量零序電流與電壓來獲得故障時各條線路的零序?qū)Ъ{，根據(jù)故障相線路的零序?qū)Ъ{分布在第 第 3 象限和正常相的零序?qū)Ъ{分布在第一象限這一特點來選擇故障線路。該算法具有較好的準確性和適應性，但是對于間歇瞬時性接地故障幾乎 失效。 2 小電流接地系統(tǒng)單相接地選線方法分析與探討 7 小電流接地故障暫態(tài)算法 小電流接地系統(tǒng)中穩(wěn)態(tài)電流幅值小，易受到接地電阻、電弧和電流互感器不平衡電流的影響，其靈敏度低，所以選線的效果并不好。然而小電流接地故障暫態(tài)電流幅值是穩(wěn)態(tài)對地電容電流的幾倍到十幾倍，數(shù)值在數(shù)十安培到數(shù)百安培之間，并且不受消弧線圈影響。因此，利用暫態(tài)信號進行接地選線可以克服穩(wěn)態(tài)選線法存在靈敏度低以及受消弧線圈影響的缺點。暫態(tài)保護技術(shù)的實施關(guān)鍵是接地電容電流的暫