【文章內(nèi)容簡介】 （2）首先簡要介紹了小電流接地系統(tǒng) 3 種接地方式的特點及適用范圍，重點分析了中性點經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障后的穩(wěn)態(tài)過程和暫態(tài)過程，歸納了故障暫態(tài)過程的電容電流、電感電流和接地電流的特征，為故障選線判據(jù)提供了理論基礎(chǔ)。介紹了小波分析的特點，論述了各種小波變換的定義、多分辨分析等基本理論，并簡要介紹了小波分析在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用情況。（4）利用 MATLAB 軟件，構(gòu)建了中性點經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)仿真模型。編寫 MATLAB語言程序，取仿真后的波形數(shù)據(jù)，利用母線零序電壓作為故障啟動信號，母線零序電壓經(jīng)小波分解和重構(gòu)后的第 4 尺度高頻細(xì)節(jié)部分確定接地時刻，由各出線零序電流經(jīng)過小波分解后的第四尺度小波系數(shù)識別出故障線路。最后本文進(jìn)行了幾種典型算例仿真。福建農(nóng)林大學(xué)成人教育畢業(yè)論文6二、小電流系統(tǒng)單相接地故障分析（一）小電流系統(tǒng)中性點接地方式簡介電力系統(tǒng)的中性點是指星形接連接的變壓器或發(fā)電機的中性點。電力系統(tǒng)根據(jù)中性點接地方式不同可以劃分為兩大類：大電流接地系統(tǒng)和小電流接地系統(tǒng)。而大電流接地系統(tǒng)包括 3 種接地方式：中性點直接接地方式、中性點經(jīng)電抗接地方式和中性點經(jīng)低阻接地方式；小電流接地系統(tǒng)也包括 3 種接地方式：中性點不接地方式、中性點經(jīng)消弧線圈接地方式和中性點經(jīng)高阻接地方式。我國配電網(wǎng)通常采取以下幾種接地方式：在 10kV 和 35kV 電壓等級的配電系統(tǒng)中，僅當(dāng)單相接地電流小于 10A 時，可以采用中性點不接地方式。如不滿足上述條件，則必須采用其他接地方式。中性點經(jīng)消弧線圈接地方式又叫諧振接地方式，使用消弧線圈的目的是補償電網(wǎng)中的電容電流。當(dāng)發(fā)生接地短路時，消弧線圈可形成一個與接地電流的大小接近相等、方向相反的電流，對接地電流起補償作用或減小，使接地電流接近于零，從而消除了接地點的電弧及由它產(chǎn)生的一切危害。消弧線圈還能抑制故障相電壓的回復(fù)速度，減小電弧重燃的可能性。此外，中性點經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)還可以有效防止電壓互感器的鐵磁諧振過電壓。因此，中性點經(jīng)消弧線圈接地的系統(tǒng)是確保安全運行的有效措施之一。中性點經(jīng)高阻接地方式，即在中性點與大地之間接入數(shù)值較大的電阻，目的是限制接地故障時的電阻電流。高阻接地方式可防止阻尼諧振過電壓和間歇性電弧接地過電壓，也能實現(xiàn)具有較高靈敏性和選擇性的接地保護(hù)。該接地方式同中性點不接地系統(tǒng)相似，要求有較高的絕緣水平；同大接地電流系統(tǒng)一樣，發(fā)生單相接地故障時，必須開斷線路。在采用中性點經(jīng)高電阻接地方式的情況下，為使接地電弧瞬時熄滅，一般說來單相接地電容應(yīng)不大于 10 A，所以適用范圍受到限制。因此，該接地方式在國內(nèi)的使用范圍遠(yuǎn)不如前兩種接地方式。（二）小電流系統(tǒng)單相接地故障特性分析圖 21 為中性點經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)接線。該方式為我國配電網(wǎng)最常見的中性點接地方式，故以此為例分析小電流系統(tǒng)單相接地故障特性。假設(shè)兩條線路的三相對地電容相同且對稱，分別為 CO1 和 CO2 。正常運行情況下，三相電壓對稱，對地電容電流之和等于零。發(fā)電機三相電動勢為 A、 B 和 C；線路 II 的 A 相發(fā)生接地故障。假設(shè).E.所有線路電流的相量參考方向都為母線流向線路，故障點的的電流 F 參考方向為線路流.I向大地。福建農(nóng)林大學(xué)成人教育畢業(yè)論文7圖 21 單相接地時，用三相系統(tǒng)表示的電容電流分布圖系統(tǒng)正常運行時，線路 I、II 各相對地電壓是相電壓并且三相對稱，中性點對地電壓為零，電網(wǎng)中基本沒有零序電壓。由于線路的三相對地電容都相同，各相電容電流相等且超前相電壓 90176。，所以在線電流中不存在零序分量。在 A 相發(fā)生金屬性接地以后，該相電壓降為零，中性點電壓上升成相電壓 NG。設(shè).U接地電阻為 R，其電導(dǎo)為 G，則有： （21）()(()()0NNGNGNGABCLABEUYEUYY?????????式中：Y A、 YB、 YC是每相對地分布電容形成的電納之和，Y A=YB=YC，Y L是中性點的消弧線圈電納。從而有： （22）/(3)ANGLE?????因此，各相電壓為： LECBEACBAiC1iB1iA1 CO1CO2線 路 I線 路 IiC2iB2iA2iF03UEBAC?????福建農(nóng)林大學(xué)成人教育畢業(yè)論文8（23） 即全系統(tǒng) A 相對地電壓均為零，同時 B 相和 C 相的對地電壓升高 倍。故障點 D 的零序3電壓為： （24）0AUE????對接地點利用基爾霍夫電流定律有： FKI??所以 （25）(3)/()FALLIEGYG????上式中 3Y 是全系統(tǒng)對地的分布電容之和形成的電納，Y L 是消弧線圈形成的電納。由于 是流過故障線路的故障電流分量，因此當(dāng)消弧線圈能做到自動調(diào)諧補償時，感抗和FI?容抗之和約等于零，故障電流只是中性點對地的接地電阻與故障點接地電阻之和產(chǎn)生的阻性電流分量，該分量與原來的負(fù)載電流分量的相位基本一致。當(dāng)發(fā)生金屬性接地時，接地故障電阻接近于零，故障點電流只與中性點接地阻抗有關(guān)。根據(jù)對電容電流補償程度的不同，消弧線圈有完全補償、欠補償和過補償三種補償方式。一般情況下，消弧線圈采用過補償方式。由以上分析可知：(1) 消弧線圈過補償作用會使流經(jīng)故障線路的零序電流將大于線路本身的電容電流。(2) 零序電流由電容電流之和和電感電流部分組成，電容電流超前零序電壓 90176。，電感電流滯后零序電壓 90176。(3) 采用過補償方式后，故障線路的電容性無功功率的方向與非故障線路一樣，都為由母線流向線路。當(dāng)中性點經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障的瞬間，流過故障點的暫態(tài)接地電流由暫態(tài)的電容電流和暫態(tài)的電感電流兩部分組成，其值可能是穩(wěn)態(tài)值的幾倍到幾十倍。對于中性點經(jīng)消弧線圈接地的電網(wǎng)，當(dāng)故障發(fā)生在相電壓接近最大值瞬間時，電感電流IL，近似為 0。所以不論中性點不接地或是經(jīng)消弧線圈接地，在相電壓接近最大值時發(fā)生單相接地故障瞬間，其暫態(tài)過渡過程都都是近似相同的。本節(jié)著重對于中性點經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)單相接地故障暫態(tài)過程中的接地電流的變化情況進(jìn)行分析，為實現(xiàn)單相接地選線提供理論依據(jù)。中性點經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)在發(fā)生單相接地故障的瞬間，消弧線圈的電感電流在對電網(wǎng)接地電容電流進(jìn)行補償?shù)倪^程中，故障點的接地電流中含有工頻分量，也含有高頻福建農(nóng)林大學(xué)成人教育畢業(yè)論文9振蕩分量。可利用圖 22 中的等值回路，分析流過故障點的暫態(tài)電容電流、暫態(tài)電感電流和暫態(tài)接地電流。圖 22 中性點經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)暫態(tài)等效電路其中， R 0 — 為零序回路中的等值電阻；L0 — 零序回路中的等值電感；RL — 消弧線圈的電阻；L — 消弧線圈的電感； C — 中性點經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)的對地電容。U0— 零序等值電源電壓。（1）暫態(tài)電容電流在分析電容電流的暫態(tài)特性時，因為其自由振蕩頻率通常較高，考慮到消弧線圈的電感 LL0,所以圖 22 中的 RL 和 L 可以不予考慮，這樣利用 L0、C、 R0 組成的串聯(lián)回路和作用于其上的零序正弦電壓 U0，便可確定暫態(tài)電容電流 iC。根據(jù)圖 22 可得出下面的微分方程式: (26)式中 Um 為相電壓的幅值。當(dāng) 時，回路電流的暫態(tài)過程具有周期性的振蕩及衰減特性。當(dāng)002/RLC? 時 ，回路電流則具有非周期性的振蕩衰減特性，并逐漸趨于穩(wěn)定狀態(tài)。因/?為通常架空線路的波阻抗為 250500Ω，同時，故障點的接地電阻一般較小，弧光電阻又通常不計，一般都能滿足 的條件，所以電容電流具有周期性的衰減振蕩特002/RLC?性，其自由振蕩頻率一般為 300～1500Hz。電纜線路的電感遠(yuǎn)較架空線路為小，而對地電容卻較后者大許多倍，故電容電流暫態(tài)過程的振蕩頻率很高，持續(xù)時間很短，其自由振蕩頻率一般為 1500～3000Hz。001sin()tCmdiiLitt??????U0 RLLR0 CL0iL iC福建農(nóng)林大學(xué)成人教育畢業(yè)論文10暫態(tài)電容電流 是由暫態(tài)自由振蕩分量 和穩(wěn)態(tài)工頻分量 ，兩部分組成的，利用Ci Ci?Ci?初始條件 t=0 時 和 的關(guān)系，經(jīng)過拉氏變換等運算可得: 0???CmIU? （27）式中， 是電容電流的幅值； 為暫態(tài)自由振蕩分量的角頻率； 為自由振蕩分量CmI f ?的衰減系數(shù)， ，其中的 為回路的時間常數(shù)。 的值只與系統(tǒng)的運行01//2RL???C?C?方式有關(guān)，當(dāng) 較小時，自由振蕩衰減較快；當(dāng) 較大時，則衰減較慢。因為式(27)的自由振蕩分量 中含有 和 兩個因子，因此在相角為任意 值發(fā)生接地故障時，Ci?sin?cos ?均會產(chǎn)生自由振蕩分量。當(dāng) =0 時，其值最??；當(dāng) 時，其值最大。當(dāng) ，/2??/2??即故障相在電壓峰值接地時，電容電流的自由振蕩分量的振幅出現(xiàn)最大值。（2）暫態(tài)電感電流消弧線圈的電感電流是由穩(wěn)態(tài)的交流分量和暫態(tài)的直流分量組成的，表達(dá)式如下：（28）式中:τ L為電感回路的時間常數(shù)。暫態(tài)過程的振蕩角頻率與電源的角頻率相等，且其幅值與接地瞬間電源電壓的相角有關(guān)，當(dāng) = 0 時，其值最大；當(dāng) =/2 時，其值最小。若 = 0 時 π 發(fā)生單相接???地故障,發(fā)生經(jīng)過半個工頻周期后， 達(dá)到最大值:Li(29)同時理論分析表明，電感電流暫態(tài)過程長短與接地瞬間的電壓相角、鐵心的飽和程度有關(guān)。若 ，則電感電流的直流分量較大，時間常數(shù)較小，約一個工頻周波之內(nèi)便0??可衰減完畢。若 ，則暫態(tài)直流分量較小，時間常數(shù)較大，一般為 2～3 周波，有/2?時可持續(xù) 3～5 周波，而且其頻率等于工頻。（3）暫態(tài)接地電流暫態(tài)接地電流是由暫態(tài)電容電流和暫態(tài)電感電流疊加而成的，其特征隨二者的具體情況而定。由上面的分析可知，雖然二者的最大幅值相差不大，但頻率卻差別懸殊，因此暫態(tài)電容電流和暫態(tài)電感電流無法互相補償。在暫態(tài)過程的初始階段，暫態(tài)接地電流的特性主要由暫態(tài)電容電流的特征所決定。為了平衡暫態(tài)電感電流中的直流分量，暫態(tài)接地電流中便產(chǎn)生了與之大小相等、方向相反的直流分量，雖然該分量不會改變首半波的極性，但對幅值卻有明顯的影響。由式（27）和式（28）可推導(dǎo)出暫態(tài)接地電流的數(shù)學(xué)表達(dá)式[(sincos)cos()]f tfii tet?????? ??[coscos()]LtLmiIet???????max(1)LRLiIe????()cos()[sincos]cosCLt tfdCLmLCmfLmiiItIteIe???????????????福建農(nóng)林大學(xué)成人教育畢業(yè)論文11（210）式中，第一項為接地電流穩(wěn)態(tài)分量，其余的為接地電流的暫態(tài)分量，二者的幅值不僅不能相互抵消，甚至還可能彼此疊加，使暫態(tài)接地電流的幅值明顯增大。綜上分析可知，當(dāng)單相接地故障發(fā)生后，不論電網(wǎng)的中性點接地方式如何，故障初期的暫態(tài)電流的幅值和頻率均主要由暫態(tài)電容電流所決定，其幅值也和初始相角有關(guān)。當(dāng)故障發(fā)生在相電壓接近于最大值的瞬間時，電容電流有最大值，當(dāng)單相接地故障發(fā)生在相電壓瞬時值為零的附近，則電容電流的暫態(tài)分量很小。當(dāng)線路故障時，所有非故障線路的 3I0的方向相同，均為從母線流向線路，它們與故障線路的零序電流方向相反，且故障線路的暫態(tài)零序電流的幅值較非故障線路大。當(dāng)母線故障時，所有線路的零序電流的極性都相同，即各線路零序電流都從母線流向線路。暫態(tài)電流的數(shù)值較穩(wěn)態(tài)值大很多，且持續(xù)時間短，約為 ～ 個工頻周期。由以上分析可知，配電網(wǎng)出現(xiàn)單相接地故障時，其暫態(tài)過程存在著豐富的故障信息，又因為故障時的暫態(tài)過程不受接地方式的影響，因此，暫態(tài)分量在故障檢測中有著非常重要的意義。福建農(nóng)林大學(xué)成人教育畢業(yè)論文12三、小波分析及其應(yīng)用（一）小波分析基本理論一般信號大體上分為兩種：一種是平穩(wěn)變化的信號，另一種是突然變化的、擁有奇異特性的信號。對于平穩(wěn)變化的信號，工程實踐上一般應(yīng)用傳統(tǒng)的傅立葉變換。傅立葉變換可以把一個周期變化的時域信號變換成多個頻率不同的信號的疊加，在時域中連續(xù)變化的信號會被轉(zhuǎn)變成頻域內(nèi)各種頻率的波的合成，所以傅立葉變換是一種純粹頻域上的分析方法。而對于具有突然變化的或非平穩(wěn)變化的信號而言，所需要的不只是信號中包含的頻率，還必須對信號發(fā)生突變的時刻及分別在不同時刻含有何種頻率的信號等問題展開分析，即需要同時用時間和頻率兩個指標(biāo)來表達(dá)信號。此時傅立葉變換則無法應(yīng)用，因為傅立葉變換雖然可能在頻域上完全局部化，但在時域上卻不具有任何分辨能力。因此需要有時頻分析的方法來分析此種信號。小波分析被認(rèn)為是傅立葉分析方法的突破性進(jìn)展，除了微分方程的求解之外，原則上凡是能用傅立葉的地方都能用小波分析。小波分析理論應(yīng)用于電力系統(tǒng)的研究直到最近幾年才得以展開，但它已經(jīng)在暫態(tài)信號分析領(lǐng)域顯示出了其巨大的優(yōu)越性和廣闊和應(yīng)用前景。小波分析理論是一個涉及范圍極廣的領(lǐng)域，如一維小波變換、二維（高維）小波變換、小波包變換等。小波分析是一種信號的時間—尺度(時間—頻率)分析方法，具有多分辨率分析的特點，并且在時頻兩域都能夠表征信號局部特征。是一種窗口大小固定但形狀可以