【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 （2）首先簡(jiǎn)要介紹了小電流接地系統(tǒng) 3 種接地方式的特點(diǎn)及適用范圍，重點(diǎn)分析了中性點(diǎn)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(guò)程和暫態(tài)過(guò)程，歸納了故障暫態(tài)過(guò)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(diǎn)，論述了各種小波變換的定義、多分辨分析等基本理論，并簡(jiǎn)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(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)仿真模型。編寫 MATLAB語(yǔ)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(dòng)信號(hào)，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(shí)刻，由各出線零序電流經(jīng)過(guò)小波分解后的第四尺度小波系數(shù)識(shí)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(diǎn)接地方式簡(jiǎn)介電力系統(tǒng)的中性點(diǎn)是指星形接連接的變壓器或發(fā)電機(jī)的中性點(diǎn)。電力系統(tǒng)根據(jù)中性點(diǎn)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(diǎn)直接接地方式、中性點(diǎn)經(jīng)電抗接地方式和中性點(diǎn)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(diǎn)不接地方式、中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地方式和中性點(diǎn)經(jīng)高阻接地方式。我國(guó)配電網(wǎng)通常采取以下幾種接地方式：在 10kV 和 35kV 電壓等級(jí)的配電系統(tǒng)中，僅當(dāng)單相接地電流小于 10A 時(shí)，可以采用中性點(diǎn)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(diǎn)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(bǔ)償電網(wǎng)中的電容電流。當(dāng)發(fā)生接地短路時(shí)，消弧線圈可形成一個(gè)與接地電流的大小接近相等、方向相反的電流，對(duì)接地電流起補(bǔ)償作用或減小，使接地電流接近于零，從而消除了接地點(diǎn)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(diǎn)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(guò)電壓。因此，中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地的系統(tǒng)是確保安全運(yùn)行的有效措施之一。中性點(diǎn)經(jīng)高阻接地方式，即在中性點(diǎn)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(shí)的電阻電流。高阻接地方式可防止阻尼諧振過(guò)電壓和間歇性電弧接地過(guò)電壓，也能實(shí)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(diǎn)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(shí)，必須開(kāi)斷線路。在采用中性點(diǎn)經(jīng)高電阻接地方式的情況下，為使接地電弧瞬時(shí)熄滅，一般說(shuō)來(lái)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(guó)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(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)接線。該方式為我國(guó)配電網(wǎng)最常見(jiàn)的中性點(diǎn)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(duì)地電容相同且對(duì)稱，分別為 CO1 和 CO2 。正常運(yùn)行情況下，三相電壓對(duì)稱，對(duì)地電容電流之和等于零。發(fā)電機(jī)三相電動(dòng)勢(shì)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(diǎn)的的電流 F 參考方向?yàn)榫€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(shí)，用三相系統(tǒng)表示的電容電流分布圖系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，線路 I、II 各相對(duì)地電壓是相電壓并且三相對(duì)稱，中性點(diǎn)對(duì)地電壓為零，電網(wǎng)中基本沒(méi)有零序電壓。由于線路的三相對(duì)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(diǎn)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(duì)地分布電容形成的電納之和，Y A=YB=YC，Y L是中性點(diǎn)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(duì)地電壓均為零，同時(shí) B 相和 C 相的對(duì)地電壓升高 倍。故障點(diǎn) D 的零序3電壓為： （24）0AUE????對(duì)接地點(diǎn)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(duì)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(guò)故障線路的故障電流分量，因此當(dāng)消弧線圈能做到自動(dòng)調(diào)諧補(bǔ)償時(shí)，感抗和FI?容抗之和約等于零，故障電流只是中性點(diǎn)對(duì)地的接地電阻與故障點(diǎn)接地電阻之和產(chǎn)生的阻性電流分量，該分量與原來(lái)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(shí)，接地故障電阻接近于零，故障點(diǎn)電流只與中性點(diǎn)接地阻抗有關(guān)。根據(jù)對(duì)電容電流補(bǔ)償程度的不同，消弧線圈有完全補(bǔ)償、欠補(bǔ)償和過(guò)補(bǔ)償三種補(bǔ)償方式。一般情況下，消弧線圈采用過(guò)補(bǔ)償方式。由以上分析可知：(1) 消弧線圈過(guò)補(bǔ)償作用會(huì)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(guò)補(bǔ)償方式后，故障線路的電容性無(wú)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(diǎn)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(guò)故障點(diǎn)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(duì)于中性點(diǎn)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(shí)，電感電流IL，近似為 0。所以不論中性點(diǎn)不接地或是經(jīng)消弧線圈接地，在相電壓接近最大值時(shí)發(fā)生單相接地故障瞬間，其暫態(tài)過(guò)渡過(guò)程都都是近似相同的。本節(jié)著重對(duì)于中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)單相接地故障暫態(tài)過(guò)程中的接地電流的變化情況進(jìn)行分析，為實(shí)現(xiàn)單相接地選線提供理論依據(jù)。中性點(diǎn)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(duì)電網(wǎng)接地電容電流進(jìn)行補(bǔ)償?shù)倪^(guò)程中，故障點(diǎn)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(guò)故障點(diǎn)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(diǎn)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(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)的對(duì)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(shí)，因?yàn)槠渥杂烧袷庮l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(shí)，回路電流的暫態(tài)過(guò)程具有周期性的振蕩及衰減特性。當(dāng)002/RLC? 時(shí) ，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(shí)，故障點(diǎn)的接地電阻一般較小，弧光電阻又通常不計(jì)，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(duì)地電容卻較后者大許多倍，故電容電流暫態(tài)過(guò)程的振蕩頻率很高，持續(xù)時(shí)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(shí) 和 的關(guān)系，經(jīng)過(guò)拉氏變換等運(yùn)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(shí)間常數(shù)。 的值只與系統(tǒng)的運(yùn)行01//2RL???C?C?方式有關(guān)，當(dāng) 較小時(shí)，自由振蕩衰減較快；當(dāng) 較大時(shí)，則衰減較慢。因?yàn)槭?27)的自由振蕩分量 中含有 和 兩個(gè)因子，因此在相角為任意 值發(fā)生接地故障時(shí)，Ci?sin?cos ?均會(huì)產(chǎn)生自由振蕩分量。當(dāng) =0 時(shí)，其值最??；當(dāng) 時(shí)，其值最大。當(dāng) ，/2??/2??即故障相在電壓峰值接地時(shí)，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(shí)間常數(shù)。暫態(tài)過(guò)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(shí)，其值最大；當(dāng) =/2 時(shí)，其值最小。若 = 0 時(shí) π 發(fā)生單相接???地故障,發(fā)生經(jīng)過(guò)半個(gè)工頻周期后， 達(dá)到最大值:Li(29)同時(shí)理論分析表明，電感電流暫態(tài)過(guò)程長(zhǎng)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(shí)間常數(shù)較小，約一個(gè)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(shí)間常數(shù)較大，一般為 2～3 周波，有/2?時(shí)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(wú)法互相補(bǔ)償。在暫態(tài)過(guò)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(huì)改變首半波的極性，但對(duì)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(xiàng)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(diǎn)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(shí)，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(shí)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(shí)，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(shí)，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(shí)間短，約為 ～ 個(gè)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(shí)，其暫態(tài)過(guò)程存在著豐富的故障信息，又因?yàn)楣收蠒r(shí)的暫態(tài)過(guò)程不受接地方式的影響，因此，暫態(tài)分量在故障檢測(cè)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(hào)大體上分為兩種：一種是平穩(wěn)變化的信號(hào)，另一種是突然變化的、擁有奇異特性的信號(hào)。對(duì)于平穩(wěn)變化的信號(hào)，工程實(shí)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(gè)周期變化的時(shí)域信號(hào)變換成多個(gè)頻率不同的信號(hào)的疊加，在時(shí)域中連續(xù)變化的信號(hào)會(huì)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(duì)于具有突然變化的或非平穩(wěn)變化的信號(hào)而言，所需要的不只是信號(hào)中包含的頻率，還必須對(duì)信號(hào)發(fā)生突變的時(shí)刻及分別在不同時(shí)刻含有何種頻率的信號(hào)等問(wèn)題展開(kāi)分析，即需要同時(shí)用時(shí)間和頻率兩個(gè)指標(biāo)來(lái)表達(dá)信號(hào)。此時(shí)傅立葉變換則無(wú)法應(yīng)用，因?yàn)楦盗⑷~變換雖然可能在頻域上完全局部化，但在時(shí)域上卻不具有任何分辨能力。因此需要有時(shí)頻分析的方法來(lái)分析此種信號(hào)。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(kāi)，但它已經(jīng)在暫態(tài)信號(hào)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(gè)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(hào)的時(shí)間—尺度(時(shí)間—頻率)分析方法，具有多分辨率分析的特點(diǎn)，并且在時(shí)頻兩域都能夠表征信號(hào)局部特征。是一種窗口大小固定但形狀可以