【文章內(nèi)容簡介】 相等、方向相反的直流分量，它雖然不會改變首半波的極性，但對于幅值卻能帶來明顯的影響。由以上(1)、(2)和(3)分析可知，當(dāng)單相接地故障發(fā)生后，在故障點便有衰減很快的暫態(tài)電容電流和衰減較慢的暫態(tài)電感電流流過。不論電網(wǎng)中性點為諧振接地或不接地方式，暫態(tài)接地電流的幅值和頻率均主要由暫態(tài)電容電流所確定，其幅值均和初始相角有關(guān)。暫態(tài)接地電流的幅值雖然很大，但是持續(xù)時間很短，約為0．5～1．0個工頻周期。至于暫態(tài)過程中的電感電流，其直流分量的初始值與初始相角、鐵心的飽和程度均有關(guān)。暫念電感電流的頻率和工頻相等，持續(xù)時間一般可達2～3個工頻周波，為了平衡該直流分量，接地電流中也伴隨產(chǎn)生大小相等、方向相反的直流分量，它只增大暫態(tài)接地電流的幅值。小電流接地系統(tǒng)單相接地故障時暫念零序電流分量有以下特點：(1)線路故障時，所有非故障線路的零序電流的方向相同，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。(2)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0．5—1．0個工頻周波。由暫態(tài)過程的分析可知，小電流接地電網(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，即中性點不接地系統(tǒng)和中性點經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)故障時的暫態(tài)過程基本是相同的，因此，暫態(tài)分量在故障檢測中有著非常重要的意義。3 選線方法分析及解決思路近年來，開發(fā)了各種不同原理的選線裝置用于小電流接地系統(tǒng)單相接地故障選線，取得了一定的成就。但是隨著配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的越來越復(fù)雜以及消弧線圈的投入使用，選線的難度也越來越大，已上馬的各種裝置在一定程度上已不能適用于電網(wǎng)的發(fā)展。本章將詳細討論常用的幾種選線方法，分析各方法的原理、適用性以及可靠性等，結(jié)合現(xiàn)已投入的選線裝置，總結(jié)選線困難的主要原因，最后闡述了本文中小電流接地選線的解決思路。3．1現(xiàn)有選線方法概述按照利用信號的穩(wěn)態(tài)分量和暫態(tài)分量，選線方法可分為穩(wěn)態(tài)選線和暫態(tài)選線兩大類，這里討論其中應(yīng)用比較廣泛的一些選線方法：3．1．1穩(wěn)態(tài)選線方法(1)穩(wěn)態(tài)零序電流比較法當(dāng)中性點不接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時，留過故障元件的零序電流其數(shù)值等于全系統(tǒng)非故障元件的對地電容電流之和，即故障線路上的零序電流最大，且故障線路的零序電流方向與所有非故障線路零序電流方向相反。通過零序電流的幅值和相位的比較可以找出故障線路。由于諧振接地系統(tǒng)中消弧線圈對零序電流的補償作用，使得該方法不適用于諧振接地電網(wǎng)，而且受到電流互感器不平衡電流的影響；受線路長短、系統(tǒng)運行方式及過渡電阻大小的影響。同時，由于小電流接地故障往往伴隨有間歇性拉弧現(xiàn)象，沒有穩(wěn)定的接地電流，可能造成選線失敗。(2)諧波法由于故障點、消弧線圈、變壓器等電氣設(shè)備的非線性影響，故障電流中存在著諧波信號，其中以五次諧波分量為主，且在諧振電網(wǎng)中的消弧線圈是按照基波整定的，故可忽略消弧線圈對五次諧波產(chǎn)生的補償效果，再根據(jù)零序電流五次諧波分量在諧振接地系統(tǒng)中有著與中性點不接地系統(tǒng)中的零序電流基波相同的特點，再利用前述零序電流幅值、相位比較法的原理，即可解決諧振接地系統(tǒng)的選線問題。為進一步提高靈敏度，也可將各線路的7次等諧波分量的平方求和后進行幅值比較，幅值最大的線路即為故障線路。但是，由于故障產(chǎn)生的諧波電流不僅取決于系統(tǒng)中有無諧波源以及諧波源的大小，還與故障位置有著密切的關(guān)系，故障電流中的諧波含量幅值較少(一般小于故障電流的10％)且不穩(wěn)定。電流互感器不平衡電流和過度電阻大小仍然會影響選線的精度，同時，其易受弧光接地故障和問歇性接地故障影響，檢測靈敏度低，實際應(yīng)用效果不太理想。(3)能量法利用接地后零序電流和電壓構(gòu)成能量函數(shù)。非故障線路的能量函數(shù)總是大于零，消弧線圈的能量函數(shù)與非故障線路極性相同，網(wǎng)絡(luò)上的能量都是通過故障線路傳送給非故障線路的，因此故障線路的能量函數(shù)總是小于零，且其絕對值等于其他線路(包括消弧線圈)能量函數(shù)的總和。通常比較能量函數(shù)的方向和大小可判別接地線路。由于零序能量函數(shù)同時存在電感能量和電容能量，并且電感和電容之間存在能量交換，系統(tǒng)的能量不會釋放完。因此能量函數(shù)不能完全反應(yīng)線路由于故障產(chǎn)生的能量關(guān)系。(4)有功分量法電網(wǎng)的線路及消弧線圈存在對地電導(dǎo)，故障電流中含有有功分量。非故障線路消弧線圈產(chǎn)生的有功分量方向相同且都經(jīng)過故障點返回，因此，可以利用故障線路有功分量比非故障線路有功分量大且方向相反的特點選出故障線路。對于中性點不接地系統(tǒng)，該選線原理實質(zhì)上是零序功率方向法的延伸，但結(jié)果上述處理后，相當(dāng)于將原有的零序電壓、零序電流的比相范圍從原有的90o擴大到180o，從而創(chuàng)造更好的選線條件。為避免零序電壓互感器誤差的影響，目前最新提出了一種有功分量法的改進方法，稱為DESIR法。首先，將所有饋線的零序電流相加得到一個電流相量，它實際上是由接地點返回的消弧線圈電流。以超前厶且與其垂直的相量作為參考相量，它的方向大致與故障線路零序電流中有功電流一致，因此，故障線路零序電流在該參考相量上的投影極性為J下，且幅值最大；而對于非故障線路來說，零序電流有功分量與相量方向相反，在參考相量上的投影為負(fù)，且幅值較小。據(jù)此可檢測出故障線路。由于非故障線路和消弧線圈產(chǎn)生的有功電流較小(一般也小于故障電流的10％)，而故障點產(chǎn)乍的有關(guān)電流又不能被檢測，故障電流中有功分最非常小。同時其易受弧光接地故障、間歇性接地故障及三相參數(shù)不平衡的影響，可靠性得不到保障。(5)殘流增量法在諧振接地系統(tǒng)中，自動調(diào)諧消弧線圈已逐步取代了傳統(tǒng)的手動調(diào)諧消弧線圈。接地故障后，自動調(diào)諧消弧線圈可處于最佳補償狀態(tài)，有利于故障熄弧。殘留增量法原理利用自動調(diào)諧消弧線圈補償度改變，或阻尼電阻投切前后各出現(xiàn)零序電流的變化選擇故障線路。隨調(diào)諧方式消弧線圈正常時遠離諧振點，故障后迅速調(diào)整到最佳補償位置；預(yù)調(diào)諧方式消弧線圈正常運行時聯(lián)接的阻尼電阻故障后必須立即切除，上述方法均可引起線路電流的變化。對于金屬性接地故障，電流的變化僅體現(xiàn)在故障線路中，而對于存在一定過渡電阻的故障，各條出線零序電流均有變化，但故障線路變化最大。據(jù)此可確定故障線路。目前，大多數(shù)自動調(diào)諧的消弧線圈均可實現(xiàn)殘流增量選線。由于消弧線圈帶負(fù)荷調(diào)諧的制約及對系統(tǒng)安全的考慮，故障點殘流電流的改變量較小，一般在數(shù)安培到十安培之間。而根據(jù)消弧線圈調(diào)諧方式的不同，殘流改變的時間一般在數(shù)秒到數(shù)分鐘不等。為了避免直接帶負(fù)荷調(diào)諧可能給消弧線圈帶來的沖擊和損傷，也可通過也消弧線圈并聯(lián)或串聯(lián)選線用電阻或電感的方式實現(xiàn)殘流增量。殘流增量相對于故障電流中的諧波分量和有功分量，失諧度改變或阻抗投切引起的電流變化較大，且利用相對變化量的方法在穩(wěn)定接地故障時可以較為準(zhǔn)確地提取所需要的信息，但是受弧光接地故障和間歇性接地故障對電流增量的影響比較大，在較為復(fù)雜的故障面前，可靠性得不到保障。此外，改變消弧線圈的補償度等附加的操作增加了電網(wǎng)的安全隱患。．2暫態(tài)選線方法(1)暫態(tài)零序電流比較法小電流接地系統(tǒng)單相接地故障大部分情況下是發(fā)生在電壓接近峰值時，故障相電容放電及非故障相電容充電會產(chǎn)生很明顯的暫態(tài)過程。故障線路暫態(tài)零序電流主頻率在300～3000Hz之間，幅值是穩(wěn)態(tài)電流的幾倍到幾十倍，無論中性點在何種接地方式下，健全線路暫態(tài)零序電流的大小與本線路對地電容的大小成正比，而故障線路零序電流暫態(tài)分量等于所有非故障線路暫態(tài)零序電流之和，且方向相反。這于中性點不接地系統(tǒng)中穩(wěn)態(tài)零序電流特性相同。根據(jù)次特征，可選出故障線路。暫態(tài)零序電流比較法具有簡單、易于實現(xiàn)的優(yōu)點，但從理論上分析并不是很嚴(yán)格，用于實際選線有可能出現(xiàn)誤判。應(yīng)用暫態(tài)分量選線，自然會遇到選擇數(shù)據(jù)時間窗口的問題。如果時間窗口選得過小，信號利用不充分，影響檢測靈敏度及抗干擾能力；反之，窗口選得過長，則信號中穩(wěn)態(tài)分量作用變大，受消弧線圈電流的影響，可能造成選線失敗。其次，故障暫態(tài)信號包含從直流到數(shù)千赫茲的頻率分量，其中包含支持上述選線原理的“正確”分量，也同時包含不支持選線原理的“錯誤分量。因此，暫態(tài)零序電流比較法的選線結(jié)果的可靠性不高，容易出現(xiàn)誤選情況。(2)首半波法首半波原理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，因為電力系統(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。此時故障相電容電荷通過故障相線路向故障點放電，故障線路分布電容和分布電感具有衰減振蕩特性，該電流不經(jīng)過消弧線圈，所以暫態(tài)電感電流的最大值相應(yīng)于接地故障發(fā)生在相電壓經(jīng)過零瞬間，而故障發(fā)生在相電壓接近于最大值的瞬間時，暫態(tài)電感電流為零。此時的暫態(tài)電容電流比暫態(tài)電感電流大得多，不論是不接地系統(tǒng)還是經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)，故障發(fā)生瞬間的暫態(tài)過程近似相同。若過渡電阻數(shù)值不大時，故障后短時間內(nèi)，存在周期衰減的過渡電流，次過渡電流問穩(wěn)態(tài)零序電流大得多，且在故障后第一個半波時，過渡電流達到最大值。對于配電網(wǎng)暫態(tài)零序電流和零序電壓的首半波之間還存在著固定的相位關(guān)系，在故障線路上兩者極性相反，在非故障線路上兩者極性相同。由這些幅值和方向的特性即可選出故障線路。但在，當(dāng)線路在故障相電壓接近于零瞬間發(fā)生單相接地故障時，在首半波時線路中的暫態(tài)電流數(shù)值并不大；當(dāng)過渡電阻數(shù)值較大時，系統(tǒng)中不會產(chǎn)生周期性時間衰減的過渡電流，同樣也達不到首半波零序電流數(shù)值最大的要求，所以首半波法選線存在較大的工作死區(qū)。3．2選線的誤判問題小電流接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地以后，由于故障特征不明顯，使得迅速準(zhǔn)確地認(rèn)定接地回路有很大難度。小電流接地系統(tǒng)單相接地故障選線，一直是繼電保護領(lǐng)域未能徹底解決的一個難題。結(jié)合保護原理以及現(xiàn)場裝置的應(yīng)用，選線之所以難以解決，大致有以下主要原因：(1)每種原理都有一定的局限性，都有一個適用范圍，普遍適用方法很難找到。以上各個方案均具有一定的可行性，但是它們都存在個各自使用局限性和動作死區(qū)。暫態(tài)分量法對采樣頻率要求很高，并且當(dāng)故障發(fā)生在相電壓過零點瞬間失效；穩(wěn)態(tài)分量無法檢測瞬時性接地故障；諧波分量由于信號微弱及易受負(fù)荷干擾而造成誤選；功率及能量法易受到系統(tǒng)運行方式和零序電流電壓幅值的影響；而注入法也易受到干擾而出現(xiàn)誤判。(2)故障情況復(fù)雜，隨機性強，難以用單一模型描述。可能是穩(wěn)定型故障或斷續(xù)型故障，可能是電阻型故障或電弧型故障；故障過渡電阻大小變化多樣，及其故障相角都不確定。故障點過渡電阻一般較小，此時產(chǎn)生相對較大的故障特征信號，但是當(dāng)故障點過渡電阻較大時，產(chǎn)生的故障特征信號的很小。當(dāng)接地故障發(fā)生在相電壓峰值附近，可以產(chǎn)生明顯的暫態(tài)電流，但是故障也可能發(fā)生在相電壓過零附近，此時故障零序電流中的高頻暫態(tài)量很小，對基于暫態(tài)故障量選線帶來不利影響?？傊诠收蠣顩r不同的時候，產(chǎn)生的故障量在數(shù)值上、變化規(guī)律上相差懸殊，這給選線帶來很大的困難。(3)故障穩(wěn)態(tài)分量小，給信號的檢測和選線判斷造成困難。特別上經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)，流過故障線路的故障穩(wěn)態(tài)電流十分微弱，甚至比健全線路感受到的電流變化還小。故障信號疊加在負(fù)荷電流上，穩(wěn)態(tài)幅值小，現(xiàn)有電流互感器很難準(zhǔn)確檢測出，而且環(huán)境電磁干擾相對較大，加上零序回路對高次諧波及各種暫態(tài)量的放大作用，使得檢測出的故障穩(wěn)態(tài)分量信噪比非常低，從而給選線帶來極大的難度。(4)影響小電流接地系統(tǒng)故障選線準(zhǔn)確性和可靠性的配電網(wǎng)系統(tǒng)自身因素很多：①線路長短、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及三相不平衡電流的影響。小電流接地系統(tǒng)單相接地故障電流由線路對地電容產(chǎn)生，線路對地電容與線路的長短和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)密切相關(guān)，且故障點離母線距離不確定，這就給利用零序電流等故障特征選線帶來不利影響。另外三相不平衡也會產(chǎn)生零序電流，這樣，更加劇了選線的困難。②消弧線圈的影響。隨著配電網(wǎng)容量的越來越大，大量消弧線圈將投入使用。電網(wǎng)的容量、及結(jié)構(gòu)在隨時發(fā)生變化，這就對消弧線圈的自動跟蹤補償能力提出了更高的要求。而消弧線圈的補償與故障選線有著密切的關(guān)系，從而給選線帶來了新的困難。(5)電壓互感器和電流互感器特性的影響：①實際中的電流互感器與理想的不同，存在勵磁損耗電流，所以一次線圈和二次線圈的安匝數(shù)不相等，并且一次電流和二次電流的相位不相同。因此，實際的電流互感器通常有大小和相位上的誤差。這樣會給故障特征量的提取帶來失真。②與電流互感器相似，電壓互感器由于其傳變特性不一致，也存在電壓大小和相角的誤差。且作為啟動條件必須通過并聯(lián)在母線上的電壓互感器得到，電壓互感器的鐵磁諧振現(xiàn)象會對選線造成大干擾。(6)小電流選線裝置未作