【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 系統(tǒng)中發(fā)生單相 接地短路時(shí)，電容電流的分布規(guī)律如圖 。 第 13 頁(yè) 1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBAT i t l eN u m b e r R e v i s i o nS i z eBD a t e : 2 9 M a y 2 0 0 8 S h e e t o f F i l e : E : \ 收藏集 \ 電子書(shū) \ M y D e s i g n .d d b D r a w n B y :BC0 3C0 1C0 2C T 1C T 2L Rp i xC BA圖 諧振接地系統(tǒng)單相接地故障電容電流分布圖 諧振接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地短路時(shí)，由于接地電容電流 Ijd∑ 和流過(guò)消弧線(xiàn)圈的電感電流 IL 都通過(guò)接地點(diǎn)，因此接地點(diǎn)的電流為 Ijd∑ 與 IL 之和。 Ijd∑ 超前U0 90176。，而 IL 滯后 U0 90176。，二者相位相反，為了防止鐵磁諧振，過(guò)電壓采用過(guò)補(bǔ)償方式使 LI jdI? ， 補(bǔ)償度 P 的定度為： L jdjdIIP I ???? ,一般為 5%～ 10%。所以接地故障點(diǎn)殘余電流 ( L jdII?? )的大小等于補(bǔ)償度與電網(wǎng)接地電容電流總和的乘積 ,它滯后零序電壓 90176。，殘余電流的數(shù)值很小。非故障線(xiàn)路的零序電流大小等于本線(xiàn)路的接地電容電流，超前零序電壓 90176。故障線(xiàn)路的零序電流大小等于殘余電流與本線(xiàn)路接地電容電流之和，也超前零序電壓 90176。在單相短路接地達(dá)到穩(wěn)態(tài)時(shí)，故障線(xiàn)路的零序電流與非故障線(xiàn)路的零序電流相位一致。 現(xiàn)有的單相接地 故障選線(xiàn)方法概述 現(xiàn)有的單相接地故障選線(xiàn)方法可分為三大類(lèi)：基于單相接地故障穩(wěn)態(tài)信號(hào)的選線(xiàn)方法、基于單相接地故障暫態(tài)信號(hào)的選線(xiàn)方法和基于特殊信號(hào)的選線(xiàn)方法。 （ 1）零序基波電流幅值比較法 零序基波電流幅值比較法 [1]適用于中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地的情況。流過(guò)故障元件的零序電流在數(shù)值上等于所有非故障元件的對(duì)地電容電流之和，即故障線(xiàn)路上的零序電流最大，所以只要通過(guò)比較零序基波電流幅值和自身電容電流大小就可以找出故障線(xiàn)路。但這種方法不能排除 CT 不平衡的影響， 第 14 頁(yè) 受線(xiàn)路長(zhǎng) 短、系統(tǒng)運(yùn)行方式及過(guò)渡電阻大小的影響，且系統(tǒng)中可能存在某條線(xiàn)路的電容電流大于其他所有線(xiàn)路電容電流之和的情況，裝置易發(fā)生誤動(dòng)，不適用于經(jīng)消弧線(xiàn)圈接地的系統(tǒng)。 （ 2）零序基波電流相位比較法 零序基波電流相位比較法 [1]利用故障線(xiàn)路零序電流與非故障線(xiàn)路零序電流流動(dòng)方向相反的特點(diǎn) (即故障線(xiàn)路上零序電流從線(xiàn)路流向母線(xiàn)，非故障線(xiàn)路上零序電流由母線(xiàn)流向線(xiàn)路 )，就可以找出故障線(xiàn)路。但這種方法在線(xiàn)路較短，零序電壓、零序電流值較小時(shí)，相位判斷困難，不能適用于經(jīng)消弧線(xiàn)圈接地的系統(tǒng)。 （ 3）零序電流群體比幅比相法 零序電流群體比幅 比相法 [1]綜合利用零序電流比幅法和零序電流相對(duì)相位法，先進(jìn)行零序電流幅值比較，從中選出幾條幅值較大的作為候選故障線(xiàn)路，再進(jìn)行相位比較，選出相位與其它線(xiàn)路相反的線(xiàn)路即為故障線(xiàn)路。該方法在一定程度上可排除不確定性因素同時(shí)出現(xiàn)幾率造成的誤判，但同樣不能排除 CT不平衡及過(guò)渡電阻的影響，仍不適用于經(jīng)消弧線(xiàn)圈接地的系統(tǒng)。 （ 4）零序電流無(wú)功功率方向法 零序電流無(wú)功功率方向法 [2]適用于中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)，它的判別依據(jù)是故障線(xiàn)路的零序電流無(wú)功分量落后于零序電壓 90176。，而非故障線(xiàn)路的零序電流無(wú)功分量超前于零序電壓 90176。但 是，這種方法受過(guò)渡電阻的影響比較大，在發(fā)生金屬性短路時(shí)，零序電壓最大；在過(guò)渡電阻為無(wú)窮大時(shí)，零序電壓為 0。所以在過(guò)渡電阻較大時(shí)，檢測(cè)零序電壓就很困難。而且這種方法不適用于中性點(diǎn)經(jīng)消弧線(xiàn)圈接地的系統(tǒng)中，因?yàn)樵谶^(guò)補(bǔ)償?shù)倪\(yùn)行方式時(shí)，零序電流無(wú)功分量方向是相反的。 （ 5）零序電流有功功率方向法 零序電流有功功率方向法 [2]利用自動(dòng)補(bǔ)償電網(wǎng)中消弧線(xiàn)圈并聯(lián)或串聯(lián)阻尼電阻的特點(diǎn)，在發(fā)生接地故障后，電阻產(chǎn)生的有功分量只流過(guò)故障線(xiàn)路，且其方向與非故障線(xiàn)路的零序有功電流方向相反，在數(shù)值上故障線(xiàn)路的零序有功電流比非故障線(xiàn)路的有功 電流大，故可檢測(cè)各條饋線(xiàn)零序電流中有功分量的大小來(lái)判斷故障線(xiàn)路。但實(shí)際運(yùn)行中由于零序電流有功分量含量小，檢測(cè)困難，同時(shí)也受 CT 不平衡的影響。 （ 6）五次諧波大小和方向法 五次諧波大小和方向法 [1,8]發(fā)生接地故障時(shí)，故障電流中存在的諧波分量是以 5 次諧波為主。由于消弧線(xiàn)圈是按基波整定的，因此可忽略消弧線(xiàn)圈對(duì) 5 次諧波的補(bǔ)償效果。故障線(xiàn)路中 5 次諧波零序電流是容性的，數(shù)值最大，方向由線(xiàn)路到母線(xiàn)；非故障線(xiàn)路中 5 次諧波零序電流較小，方向由母線(xiàn)到線(xiàn)路，可以利用 5 次諧波電流群體比幅比相法進(jìn)行選線(xiàn)。但故障電流中 5 次諧波分量含 量較小 (小于故障電流的 10%)，其大小隨系統(tǒng)運(yùn)行方式變化而變化，同時(shí)受 CT 不 第 15 頁(yè) 平衡電流和過(guò)渡電阻影響。 （ 7）零序?qū)Ъ{法 零序?qū)Ъ{法 [4,6]從分析中性點(diǎn)不接地或經(jīng)消弧線(xiàn)圈接地電網(wǎng)故障前后各線(xiàn)路測(cè)量參數(shù)的思路出發(fā)，導(dǎo)出了在故障時(shí)測(cè)得的故障線(xiàn)路零序?qū)Ъ{與實(shí)際零序?qū)Ъ{不同、非故障線(xiàn)路與實(shí)際導(dǎo)納相同的結(jié)論進(jìn)行故障選線(xiàn)，即：將各線(xiàn)路實(shí)際零序?qū)Ъ{的大小、相位記憶下來(lái)，與故障時(shí)測(cè)得的各線(xiàn)路的零序?qū)Ъ{大小、相位相比較，導(dǎo)納大小或相位發(fā)生變化的線(xiàn)路即為故障線(xiàn)路；若所有線(xiàn)路都未發(fā)生變化，則判為母線(xiàn)故障。零序?qū)Ъ{法的關(guān)鍵是準(zhǔn)確地 測(cè)量線(xiàn)路的實(shí)際零序?qū)Ъ{。 （ 8）負(fù)序電流法 負(fù)序電流法 [5]當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，基波負(fù)序電流分量與中性點(diǎn)接地方式無(wú)關(guān)，故障線(xiàn)路基波負(fù)序電流分量的有效值，與所有非故障線(xiàn)路相比，前者數(shù)值最大，且故障線(xiàn)路與非故障線(xiàn)路的負(fù)序電流分量相位相反，由此可構(gòu)成選線(xiàn)判據(jù)。但負(fù)序分量獲取困難并受負(fù)荷影響大。 （ 1）首半波法 其原理 [1,33]是基于單相接地故障發(fā)生在故障相電壓接近最大值附近這一假設(shè)條件，因?yàn)殡娏ο到y(tǒng)中單相接地有相當(dāng)一部分是在雷擊或者相電壓峰值附近的情況下發(fā)生單相接地短 路的。在相電壓達(dá)到峰值附近發(fā)生接地時(shí)，故障相電容電荷通過(guò)故障線(xiàn)路對(duì)故障點(diǎn)放電，使得短路電流的首半波和非故障的方向相反。這在非諧振的系統(tǒng)中適用，對(duì)于諧振接地的系統(tǒng)，由于消弧線(xiàn)圈中電流不能突變，必須要經(jīng)過(guò)一個(gè)暫態(tài)過(guò)程，在這個(gè)暫態(tài)過(guò)程里（此方法中取其中首半波長(zhǎng)度的數(shù)據(jù)窗），相當(dāng)于消弧線(xiàn)圈不起作用，短路接地電流的方向與非故障線(xiàn)路的電容電流的方向是相反的。 但是，這種方法只能適用于故障相電壓在峰值附近接地時(shí)；而在電壓過(guò)零點(diǎn)附近，存在工作死區(qū)，即短路回路不經(jīng)過(guò)暫態(tài)過(guò)程，故障線(xiàn)路和非故障線(xiàn)路的零序電流的方向是相同的，都是 由消弧線(xiàn)圈提供零序電流；在發(fā)生兩點(diǎn)接地時(shí)，還有可能不反映后接地的故障。因而，采用這種方法做出的保護(hù)裝置的適用范圍受到限制，實(shí)踐應(yīng)用也證明了這種保護(hù)的動(dòng)作可靠性較差。 （ 2）暫態(tài)能量法 暫態(tài)能量法 [1,32]是以系統(tǒng)故障后的全部過(guò)程均以能量的觀點(diǎn)來(lái)解釋的選線(xiàn)方法。定義0 0 00 ( ) ( ) ( 1 2 )tjjS u i d j n? ? ???? ， ， … … ，和0 0 00 ( ) ( ) ( 1 2 )tllS u i d l n? ? ???? ， ， … … ，分別為線(xiàn)路和消弧線(xiàn)圈的零序能量函數(shù)?？? 第 16 頁(yè) 慮到電流的參考方向，非故障線(xiàn)路的能量總是大于零，故障線(xiàn)路的能量總是小于零，并且其絕對(duì)值等于其他線(xiàn)路 (包括消弧線(xiàn)圈 )的能量總和，據(jù)此識(shí)別出故障線(xiàn)路。 （ 3）小波分析法 單相接地時(shí)，故障電壓和電流的暫態(tài)過(guò)程持續(xù)時(shí)間短，并且含有豐富的特征量，比穩(wěn)態(tài)值大，因此選擇合適的分析方法分析暫態(tài)信號(hào)，將有利于故障選線(xiàn) [1,12,32]。小波分析可以對(duì)信號(hào)進(jìn)行精確分析，特別是對(duì)暫態(tài)突變信號(hào)和微弱信號(hào)的變化較靈敏，能可靠地提取出故障特征。 小波變換是把一個(gè)信號(hào)（故障線(xiàn)路上暫態(tài)零序電流特征分量的幅值和相位）分解成不同尺度和位置的小波之和，利用合適的小波和小波基對(duì)暫態(tài)零序電流的特征分量進(jìn)行小波變換，可以看出故障線(xiàn)路上暫態(tài)零序電流特 征分量的幅值包絡(luò)線(xiàn)高于非故障線(xiàn)路，且其特征分量的相位也與非故障線(xiàn)路相反，這樣就構(gòu)造出利用暫態(tài)信號(hào)進(jìn)行接地選線(xiàn)的判據(jù)。 但電力系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行是復(fù)雜多變的，需綜合分析母線(xiàn)零序電壓和各出線(xiàn)零序電流的小波變換系數(shù)，才有助于對(duì)故障線(xiàn)路的準(zhǔn)確選線(xiàn)判斷。 在真正實(shí)現(xiàn)起來(lái)還是困難的。 （ 1）絕緣監(jiān)視法 絕緣監(jiān)視法 [1,1115]又稱(chēng)為拉線(xiàn)法，其原理就是指小電流接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時(shí)在電壓互感器開(kāi)口三角形上將會(huì)出現(xiàn)零序電壓，利用電壓繼電器，發(fā)出接地信號(hào)。值班人員依次拉合所有線(xiàn)路，根 據(jù)斷開(kāi)某線(xiàn)路后零序電壓信號(hào)是否消失來(lái)判斷是否是故障線(xiàn)路。 （ 2）電流增量法 目前手動(dòng)調(diào)諧消弧線(xiàn)圈逐漸被自動(dòng)調(diào)諧消弧線(xiàn)圈取代，自動(dòng)調(diào)諧消弧線(xiàn)圈自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)電容電流，正常情況下處于過(guò)補(bǔ)償 15%的狀態(tài)，發(fā)生單相接地故障后，自動(dòng)調(diào)諧到全補(bǔ)償狀態(tài)，以減小接地電容電流。電流增量法利用調(diào)諧前后零序電流的變化量進(jìn)行選線(xiàn)，首先將調(diào)諧前后的零序電流折算到同一電壓等級(jí)，然后比較各條線(xiàn)路的零序電流變化量，變化量最大的就是故障線(xiàn)路。 （ 3）“ S”注入法 “ S”注入法 [1,4,5,8]首先由 TV 的三相二次電壓值判別故障相別，再?gòu)?TV 副邊向接地相注入信號(hào)電流，其頻率處在各次諧波之間，從而保證不被工頻分量和高次諧波分量干擾。故障時(shí)接地相的 TV 原邊處在被短路的狀態(tài)，由副邊感應(yīng)傳遞的信號(hào)電流沿接地相流動(dòng)并經(jīng)接地點(diǎn)入地。用信號(hào)電流探測(cè)器在開(kāi)關(guān)柜內(nèi)對(duì)各線(xiàn)路進(jìn)行探測(cè)，檢測(cè)到注入信號(hào)的線(xiàn)路即是故障線(xiàn)路。而通過(guò)對(duì)注入信號(hào)電流電壓的檢測(cè)，計(jì)算變電所到接地故障點(diǎn)之間的阻抗，便可實(shí)現(xiàn)故障測(cè)距。該方法的最大優(yōu)點(diǎn)是適用于線(xiàn)路上只安裝兩相電流互感器的系統(tǒng)，缺點(diǎn)在于經(jīng) 第 17 頁(yè) 高阻接地時(shí)，注入信號(hào)微弱不易檢測(cè)；弧光接地時(shí)諧波含量豐富，注入信號(hào)極易受到干擾。 （ 4）注入變頻信號(hào)法 針對(duì)“ S 注入法”存在的問(wèn)題， 相關(guān) 文獻(xiàn) [5]提出的注入變頻信號(hào)法可較好地解決。其原理是： （ a）系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，由消弧線(xiàn)圈電壓互感器注入信號(hào)，測(cè)量系統(tǒng)諧振頻率，計(jì)算電容電流。測(cè)量過(guò)程中無(wú)需調(diào)節(jié)消弧線(xiàn)圈，無(wú)需變換一次系統(tǒng)參數(shù)，無(wú)需求解方程。測(cè)量方法簡(jiǎn)單、直接，已成功地應(yīng)用于消弧線(xiàn)圈自動(dòng)調(diào)諧系統(tǒng)。 （ b）高阻接地故障時(shí)，中性點(diǎn)位移電壓變化小。采用向零序電壓互感器注入諧振頻率信號(hào)，測(cè)量零序信號(hào)電壓，計(jì)算接地電阻，辨識(shí)高阻接地故障，可實(shí)現(xiàn)高靈敏度發(fā)電機(jī)定子接地保護(hù)，且不受系統(tǒng)運(yùn)行的影響。 （ c）故障選線(xiàn)時(shí)，比較位移 電壓與故障相電壓的大小，如位移電壓較低，則從消弧線(xiàn)圈電壓互感器注入諧振頻率恒流信號(hào)，反之，則從故障相電壓互感器注入，監(jiān)視各出線(xiàn)零序信號(hào)功角、阻尼率，進(jìn)行故障選線(xiàn)。其具有選線(xiàn)精度高，抗高阻接地能力強(qiáng)，且易與饋線(xiàn)保護(hù)結(jié)合為一體，置于開(kāi)關(guān)柜上，實(shí)現(xiàn)就地保護(hù)與控制。 本文所做的主要工作 我國(guó)是一個(gè)煤炭生產(chǎn)大國(guó)，在未來(lái)相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)期內(nèi)，以煤為主的能源供應(yīng)格局不會(huì)改變，煤炭生產(chǎn)依然為我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)重要支柱產(chǎn)業(yè)。 煤礦電網(wǎng)的正常運(yùn)行是保證煤炭安全的一個(gè)前提。在煤礦電網(wǎng)故障中， 發(fā)生單相接地故障的頻率最高，占所有線(xiàn)路故障的 70%以上 。當(dāng)發(fā)生故障時(shí) ，選出故障線(xiàn)路對(duì)電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行和故障處理十分重要。基于此，本文主要做了以下工作： 6kV 電網(wǎng)的單相接地特點(diǎn)，確定設(shè)計(jì)所用的接地選線(xiàn)理論方法； ，確定選線(xiàn)判據(jù)； 6kV 電網(wǎng)接地選線(xiàn)裝置的硬件系統(tǒng)； ； 軟硬件抗干擾措施。 第 18 頁(yè) 2 基于線(xiàn)路階躍響應(yīng)的選線(xiàn)方法 引言 我國(guó)研究 煤礦 6kV電網(wǎng) 單相 接地選線(xiàn)有 近 50年的時(shí)間了，相繼提出了多種選線(xiàn)方法 [1819,2428]，基 于不同的選線(xiàn)原理已經(jīng)推出了幾代產(chǎn)品，但實(shí)際應(yīng)用中的效果并不理想。傳統(tǒng)的以基波零序電流電壓為特征的接地選線(xiàn)方法 [19,31]，主要是依賴(lài)對(duì)線(xiàn)路的零序電流群體比幅比相。受到線(xiàn)路參數(shù)，過(guò)渡電阻以及消弧線(xiàn)圈的影響，接地電流變化較大，尤其是高阻接地或是經(jīng)消弧線(xiàn)圈補(bǔ)償?shù)臅r(shí)候，接地電流很小，選線(xiàn)精度不高?；诹阈?5次諧波的選線(xiàn)方法，雖然不受消弧線(xiàn)圈的影響，但是故障信號(hào)中諧波分量小，且受到信號(hào)傳輸誤差以及負(fù)荷電流的影響，其靈敏度受到很大的限制 [7]。單相接地故障時(shí)，接地電容的暫態(tài)分量往往比穩(wěn)態(tài)值大十幾倍到幾十倍，基于暫態(tài)信 號(hào)的選線(xiàn)方法精度較高且不受消弧線(xiàn)圈的影響，但現(xiàn)有方法大多有待完善。首半波法極性關(guān)系成立的時(shí)間極短，檢測(cè)不可靠，而且在相電壓過(guò)零時(shí)故障，首半波電流的暫態(tài)分量很小，受到過(guò)渡電阻等因素的影響，該方法可能失效 [1]?；谛〔ㄗ儞Q的方法 [11,12]利用了故障電壓和電流瞬時(shí)過(guò)程的特征量，具備了快速性和準(zhǔn)確性，但容易受到外界電磁干擾和過(guò)渡電阻的影響。“ S”注入法雖然在信號(hào)的檢測(cè)上有一定的優(yōu)勢(shì)，但是要額外增加信號(hào)發(fā)射裝置與探測(cè)裝置，增加了成本，也不利于