【文章內容簡介】 特點可以選線。該方法的優(yōu)點是故障線路與非故障線路差別明顯，可靠性高，對于出線較多的系統(tǒng)更是如此，對于中性點不接地和經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)均適用，因為在故障瞬間消弧線圈相當于開路，并不起作用。其缺點是不能區(qū)分線路和母線故障。由于暫態(tài)衰減快，持續(xù)時間短，這就要求保護動作快；而且不能根據(jù)暫態(tài)電流是否消失來判斷接地是否解除。另外，由于暫態(tài)過程不能重復顯現(xiàn)，使得可靠性有所下降，這也是一般暫態(tài)法的通病。②利用暫態(tài)零序電流首半波方向的接地選線它的理論基礎為在輻射型網(wǎng)絡中，發(fā)生單相接地短路瞬間，在第一個周期的首半波，非故障線路中暫態(tài)零序電流的方向與暫態(tài)零序電壓的方向相同，而故障線路中的暫態(tài)零序電流與暫態(tài)零序電壓的方向相反。在實際中可以有兩種方法來實現(xiàn)：一是對零序電流和零序電壓的首半波方向進行邏輯比較，方向相反的即為故障線路；二是零序電壓作為啟動信號，比較各出線的零序電流的方向，與其他線路零序電流方向相反者即為故障線路。這一方法的優(yōu)點是適用范圍廣，且能區(qū)分線路與母線故障。其不足之處在于首半波持續(xù)的時間異常短促，而且這種關系只在首半波中成立，首半波之后并無確定關系，因此對硬件有較高的要求，可靠性不高。③ 能量法選線[18]利用能量法，構造零序能量函數(shù)為S0j(t)= （j=1,2,188。n ……） （19）其特性為：故障線路能量函數(shù)小于零，其絕對值最大；網(wǎng)絡上的能量都是通過故障線路傳送給非故障線路。所以可以根據(jù)能量的大小和方向判別故障線路。④ 負序電流選線原理[20][21]它的理論基礎為：在假設饋線保護安裝處到線路末端的線路長度較短的條件下，有I0k≈I2k，即故障線路k保護安裝處的負序電流近似等于零序電流。利用故障線路的負序電流遠大于非故障線路的負序電流的特點，可構成基于負序電流大小的選線判據(jù)；而利用故障線路負序電流的方向與非故障線路的負序電流方向及電源的負序電流方向相反的特點可構成基于負序電流方向的選線判據(jù)。但負序電流絕大部分由故障線路流向電源，非故障線路負序電流很小，要準確測量方向較為困難，這就使得負序方向接地保護在實際保護配置中使用的可能性較小。⑤ 功率譜分析通過對單相接地暫態(tài)過程的頻譜分析發(fā)現(xiàn)，在接地故障的暫態(tài)過程中有豐富的暫態(tài)高頻分量，它的幅值比穩(wěn)態(tài)分量大很多，因而利用暫態(tài)高頻分量選線可以大大提高抗干擾能力。由于故障線路的功率譜能量遠大于非故障線路，故障相的功率譜能量要遠大于非故障相。因此可以選線。這一方法中，故障線與非故障線間的差別明顯，可靠性高，而且適用范圍廣，不受線路長短、過渡電阻及電弧現(xiàn)象的影響。其不足之處在于不能區(qū)分母線與線路故障。此外，由于暫態(tài)分量中高頻分量的中心頻率在1000～1200Hz，故而對硬件水平，特別是采樣率要求較高。⑥ 基于小波變換的接地選線[22][23][24]小電流接地系統(tǒng)單相接地故障的特點就是故障電流小，故障特征不明顯。小波分析是近幾年發(fā)展起來的新興的數(shù)學工具，其顯著特點就是對暫態(tài)信號和微弱信號的變化較敏感，能可靠地提取出故障特征，因而很適合作小電流系統(tǒng)單相接地故障選線。利用小波變換的奇異性檢測及模極大值理論，已有人提出了實現(xiàn)故障啟動和接地故障選線的方法，仿真表明該種方法是成功的。注入信號法不同于傳統(tǒng)的利用系統(tǒng)本身電氣量進行選線的方法，它是用附加的信號發(fā)生裝置，利用單相接地后原邊被短接而暫時處于不工作狀態(tài)的接地相PT人為地向系統(tǒng)注入一個特殊信號電流，其頻率不同于系統(tǒng)中所有信號的頻率成分，由于該信號電流只有通過故障支路與接地點才可以形成回路，而在非故障支路因不能形成回路而不能流通，所以用尋跡原理在各出線對該特殊信號電流進行檢測，即通過檢測、跟蹤該信號的通路可以實現(xiàn)接地故障選線，另外還可以據(jù)此確定故障點[12][13][14][15]。這種外加信號的方法擺脫了系統(tǒng)本身故障信息的束縛，可以完全利用注入信號進行工作，因而具有很大的好處。然而如何選擇適當?shù)淖⑷胄盘栴l率，使注入信號既不干擾外界通訊信號，對系統(tǒng)的影響也最小，又要避免與系統(tǒng)中原有的頻率成分相同，仍然需要進一步研究。同時，由于需要一個外加的信號源，使得裝置比較復雜。 模式識別和多層前饋神經(jīng)網(wǎng)絡選線用統(tǒng)計模式識別中基于最小錯誤的貝葉斯（Bayes）決策方法和人工神經(jīng)網(wǎng)絡方法進行小電流接地選線[3]。它將故障后各線路零序電流看作某類故障的一個模式，通過人工神經(jīng)網(wǎng)絡的訓練與學習來判斷故障模式，從而實現(xiàn)故障選線。神經(jīng)網(wǎng)絡具有自學習、自組織、自適應及容錯性等特點，其最成功的領域也是模式識別。這兩種方法的決策理論都十分科學，但由于前者存在幾率問題，后者過分地依賴訓練樣本，而訓練樣本又過于理想化，有時不能代表故障的所有可能情況，所以這兩種方法還未應用于實際中。 零序電流補償法利用小電流系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時，全系統(tǒng)都會出現(xiàn)的零序電壓對每一條出線的零序電流進行補償，大小為該條線路本身的零序電流，方向為由線路指向母線，則在理想情況下，非故障線路的零序電流經(jīng)補償后為零；而故障線路的零序電流經(jīng)補償后不為零。所以據(jù)此可以判斷經(jīng)補償后，零序電流為零或幾乎等于零的線路為非故障線路，而零序電流不為零的線路為故障線路[29]。該方法思路新穎，原理簡單，易于實現(xiàn)，只要解決了電容電流的準確測量問題，不失為一種好的方法。 本章小結根據(jù)裝置的工作方式，小電流接地選線裝置可分為獨立式和相對比較式，獨立式是指僅用本出線的電氣量獨立判斷本線路是否發(fā)生故障。其特點是不需要使用別的出線的電氣量，不足之處在于需要設定整定值，這個整定值必須使非故障線路躲開最大零序電壓時的零序電流，又必須在零序電壓較小時故障線路的保護能可靠動作，實現(xiàn)起來比較困難。相對比較式是指利用本出線的某種電氣量與其它出線的同種電氣量進行相對比較，利用故障線與非故障線間的差異進行選線。它不需要整定，但需要用到所有出線的某一種電氣量，就這一點來說，實現(xiàn)起來有一定的不便?？傊?，小電流接地選線的方法很多，這些方法都適用于一定結構和參數(shù)的中性點非直接接地電網(wǎng)中，當然具有各自的優(yōu)勢的同時，也有著各自的局限性和缺點。多重判據(jù)的方法將兩種或幾種判據(jù)有機地結合，可以揚長避短，彌補單一判據(jù)的不足，一般來說要優(yōu)于單一判據(jù)的方法。在配電網(wǎng)中，小電流接地系統(tǒng)單相接地故障選線是一個長期以來公認的技術難題，一方面是小電流接地系統(tǒng)單相接地故障信號微弱，另一方面是隨著配電網(wǎng)結構的復雜化以及消弧線圈的投入使用，單一的故障選線方法已越來越不能滿足準確率和應用范圍的要求。為了滿足配電網(wǎng)自動化的發(fā)展要求，快速查找故障，縮短停電時間，提高電能質量和供電可靠性，本文致力于一下幾個方面的工作： （1）首先分析小電流接地系統(tǒng)的原理和其中性點在不同運行方式下發(fā)生單相接地故障時的故障特征，并對穩(wěn)態(tài)故障特征分量和暫態(tài)故障特征分量進行了方向和大小的深入分析，為從宏觀上選擇最優(yōu)的選線方法提供理論依據(jù)。 （2）在理論分析和閱讀大量相關參考文獻的基礎上，在MATLAB中建立了小電流接地系統(tǒng)的仿真模型和單相接地故障模型，并對利用穩(wěn)態(tài)故障信號，暫態(tài)故障信號，注入信號進行故障選線的選線方法作理論分析，并結合現(xiàn)場實際情況，將各種方法在中性點不接地系統(tǒng)和中性點經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)中進行單相金屬性接地、高阻接地、弧光接地情況下的仿真分析。結合選線方法的理論分析和仿真波形，分析了每種方法的優(yōu)勢和自身的局限性。 （3）結合現(xiàn)在的發(fā)展趨勢，以綜合利用個選線方法自身的優(yōu)勢來彌補其他方法的局限性。在仿真分析的基礎上，整合所仿真的數(shù)據(jù)，選取了零序五次諧波電流法，能量法，零序暫態(tài)無功功率方向法，信號注入法，零序無功功率法，零序有功功率法共六種適應性較好的方法加以改進后構成綜合判據(jù)。利用模糊理論，建立綜合選線方法下各條線路和各種選線方法的模糊數(shù)學模型，即故障隸屬度函數(shù)和權重系數(shù)隸屬函數(shù)。通過融合故障隸屬度函數(shù)和權重系數(shù)隸屬函數(shù)得到各線路在模糊理論下一個具有韌性屬性的數(shù)值輸出，選取數(shù)值最大的作為故障選線，從而得到一個綜合選線結果，并在MATLAB中搭建參數(shù)相同的四出線模型來共同模擬線路和母線在不同過渡電阻，不同故障初相角，不同中性點接線方式下的故障，以驗證方法的正確性，隸屬函數(shù)的合理性，選線結果的準確性和可靠性。 （4）對論文進行了歸納總結，并對今后應該加強和改進的地方提出自己的想法。我國配電網(wǎng)中35kV及以下的配電網(wǎng)中，中性點廣泛采用不接地與經(jīng)消弧線圈接地這兩種非有效接地方式，習慣上稱為小電流接地方式，當小電流接地電網(wǎng)發(fā)生單相接地故障時，其故障電流很小，故稱為小電流接地故障系統(tǒng)。由于小電流接地故障對電力設備、通信和人身危害小，并且三相之間的線電壓基本保持不變，不影響對負載的供電，因此可允許電網(wǎng)在單相接地情況下繼續(xù)運行一段時間，以避免供電突然中斷對用戶的影響。隨著人們對供電可靠性的要求越來越高，并且小電流接地系統(tǒng)使配電網(wǎng)結構復雜，故障選線成為一個公認的難題。當中性點不接地系統(tǒng)中發(fā)生單相接地時，在接地點要流過全系統(tǒng)的對地電容電流，因此提出一種用消弧線圈補償電網(wǎng)，以達到實際安全要求。在實際中多采用過補償。過補償就是使ΙL＞ΙCΣ，補償后的殘余電流是電感性的。采用這種方法不可能發(fā)生串聯(lián)諧振的過電壓問題。 目前已有的主要方法：五次諧波法、零序無功功率方向法、首半波法、PRONY 算法、基于小波變化的零序電流比較法、能量法等選線方法。本文主要通過Matlab 仿真環(huán)境下，根據(jù)已有的零序電流比幅比相法對仿真波形進行暫態(tài)信息的提取、分析比較驗證消弧線圈過補償電網(wǎng)單相接地方式結論的正確性。 Matlab 環(huán)境下的Simulink 是用于對復雜動態(tài)系統(tǒng)進行建模和仿真的圖形化交互式平臺，運行于Simulink 下的SimpowerSystem 工具箱是用微分方程刻畫的電力系統(tǒng)動態(tài)過程的電力系統(tǒng)仿真工具箱。對于SimpowerSystem 工具箱，國內外許多研究人員都對其進行了拓展。 2 小電流接地系統(tǒng)單相接地時故障機理分析（1）中性點不接地系統(tǒng)單相接地故障的特點：①非故障線路特點：非故障線路中的零序電流為線路Ι本身的電容電流，電容性無功功率的方向為由母線流向線路。②故障線路的特點是故障線路中的零序電流，其數(shù)值等于全系統(tǒng)非故障元件對地電容電流之總和（但不包括故障線路本身），其電容性無功功率的方向為由線路流向母線，恰好與非故障線路上的相反。（2）中性點不接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地后零序分量分布的特點如下:①零序網(wǎng)絡由同級電壓網(wǎng)絡中元件對地的等值電容構成通路，與中性點直接接地系統(tǒng)由接地的中性點構成通路有極大的不同，網(wǎng)絡的零序阻抗很大。②在發(fā)生單相接地時，相當于在故障點產(chǎn)生一個其值與故障相故障前相電壓大小相等、方向相反的零序電壓，從而全系統(tǒng)都將出現(xiàn)零序電壓。③在非故障元件中流過的零序電流，其數(shù)值等于本身的對地電流；電容性無功功率的實際方向為由母線流向線路。④在故障元件中流過的零序電流，其數(shù)值為全系統(tǒng)非故障元件對地電容電流之總和；電容性無功功率的實際方向為由線路流向母線。中性點經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)中單相接地故障的特點當中性點不接地系統(tǒng)中發(fā)生單相接地時，在接地點要流過全系統(tǒng)的對地電容電流，如果此電流比較大，就會在接地點燃起電弧，引起弧光過電壓，從而使非故障相的對地電壓進一步升高，使絕緣損壞，形成兩點或多點接地短路，造成停電事故。特別是，當環(huán)境中有可燃氣體時，接地點的電弧有可能引起爆炸。為了解決這個問題，通常在中性點接入一個電感線圈。這樣當單相接地時，在接地點就有一個電感分量的電流通過，此電流和原系統(tǒng)中的電容電流相抵消，可以減少流經(jīng)故障點的電流，熄滅電弧。運行中的補償電網(wǎng)在發(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)電容電流和暫態(tài)