【正文】 66kV系統(tǒng)，10A；3kV～10kV非鋼筋混凝土或非金屬桿塔的架空線路構(gòu)成的系統(tǒng)，當(dāng)電壓為10kV時，20A ；3kV～10kV電纜線路構(gòu)成的系統(tǒng)，30A。 據(jù)此，課題組選定200Ω作為中性點(diǎn)投入電阻值。 消弧線圈短時并聯(lián)電阻的穩(wěn)態(tài)分析在單相接地發(fā)生后，在中性點(diǎn)短時投入一個和消弧線圈并聯(lián)的小電阻，等值電路如圖37所示。圖37 單相接地故障時的零序電流等值電路，包括接地點(diǎn)的過渡電阻和線路的零序電阻；3C0為線路在零序回路中的等值對地電容；Up(t) 為a相電源等值電壓；L為消弧線圈的等值電感；R0為故障時短時投入的并聯(lián)電阻。 則 ()　　根據(jù)電路原理的節(jié)點(diǎn)電壓法， 有 ()　式() 中第1項(xiàng)為通過故障點(diǎn)補(bǔ)償后的總無功電流，第2項(xiàng)為通過故障點(diǎn)的接入電阻電流，即 ()故障線路所流過的零序電流由3部分組成：系統(tǒng)零序電壓所引起的故障線路零序電容電流，消弧線圈提供的感性電流 (因?yàn)閷?shí)際配電系統(tǒng)多為過補(bǔ)償，所以按過補(bǔ)償考慮)，以及中性點(diǎn)接入電阻在系統(tǒng)零序電壓作用下所產(chǎn)生的零序電流；對于非故障線路來說，其流過的零序電流僅為線路的零序電容電流。圖38給出了故障線路零序電流和非故障線路零序電流向量。 a) 故障線路零序電流 b) 非故障線路零序電流圖38 故障和非故障線路零序電流，系統(tǒng)發(fā)生單相接地時，如果沒有并聯(lián)電阻R0，故障線路的零序電流不一定比非故障線路的零序電流大，所以選線比較困難；而中性點(diǎn)并聯(lián)電阻后，并聯(lián)電阻所產(chǎn)生的零序電流只流經(jīng)故障線路，使得故障線路的零序電流特別是其有功分量明顯增大，因此，可利用該特點(diǎn)設(shè)計(jì)基于零序電流穩(wěn)態(tài)量的各種選線判據(jù)，且各判據(jù)選線的準(zhǔn)確性可得到明顯提高，為故障選線提供了方便。 中性點(diǎn)投切并聯(lián)電阻的暫態(tài)電壓分析，對中性點(diǎn)投切并聯(lián)電阻時的暫態(tài)電壓分析， 可以用消弧線圈零序電流iL和中性點(diǎn)零序電壓U0為變量，列出狀態(tài)方程組為 將上式寫成矩陣形式為 ()其中R’=R0Rf/( R0+ R0) 。式()為非齊次線性狀態(tài)方程，可采用時域解法求解。令 ， 則A的特征方程及解為 式中，δ—自由分量的衰減系數(shù)，； ω0—回路的共振頻率。當(dāng)時。令， 為回路的自由振蕩頻率。可見， 當(dāng)時，消弧線圈零序電流iL和系統(tǒng)零序電壓U0的過渡過程呈衰減的周期特性；當(dāng)時，消弧線圈零序電流iL和系統(tǒng)零序電壓U0經(jīng)非周期衰減而趨于其穩(wěn)態(tài)值。由于在時，iL，U0的暫態(tài)過渡過程不存在振蕩特性，中性點(diǎn)電壓U0也就不會產(chǎn)生過電壓的情況，因此下面僅需討論的情況。該狀態(tài)方程的解為 ()當(dāng)接地時的接地電阻較小時，根據(jù)式()求得并聯(lián)電阻投入前零序電壓值的相量形式為U0=－Up[1+Rfj(3ωC0－1/ωL)]。因?yàn)槊撝C度υ=1－1/3ω2LC0較小，故可將零序電壓時域形式簡化為U0(t)=－Up(t)=－Uφmsin(ωt+φ)。由于iL(t)=(∫U0(t)dt)/L，則可得iL(t)=( Uφm/ωL)cos(ωt+φ)，其中，Uφm為正常運(yùn)行時的相電壓幅值；φ為相電壓的初相角。則有iL(0_)=( Uφm/ωL)cosφ，U0(0_)=－Uφmsinφ。根據(jù)式()可解得 ()由于產(chǎn)生振蕩過渡過程的條件是，而此時較小，故可近似認(rèn)為，由于消弧線圈接地系統(tǒng)的脫諧度υ=1－1/3ω2LC0一般很小， 而，則式()可簡化為 ()式()反映過渡過程的第1項(xiàng)存在的原因就是并聯(lián)電阻不是在中性點(diǎn)零序電壓過零時投入的。若在中性點(diǎn)零序電壓過零時投入并聯(lián)電阻，則式()中的iL(0_)=Uφm/ωL，U0(0_)=0，代入式()可得 ()式()不存在任何暫態(tài)分量，這樣就不會對系統(tǒng)產(chǎn)生任何沖擊。同理在中性點(diǎn)零序電壓過零時切除并聯(lián)電阻，也不會對系統(tǒng)產(chǎn)生沖擊。若在中性點(diǎn)零序電壓最大時投入并聯(lián)電阻，則式()中的iL(0_)=0，U0(0_)=－Uφm，同樣代入式()。由式（）可知，此時的暫態(tài)過程呈衰減周期性，其振蕩的最大值即為－UφmRf/(Rf+R0)，即使以此最大值疊在穩(wěn)態(tài)量上，瞬時電壓最大值即為－Uφm，此值對系統(tǒng)影響不大。同理在中性點(diǎn)零序電壓最大時切除并聯(lián)電阻，也不會對系統(tǒng)產(chǎn)生沖擊。第四章 基于穩(wěn)態(tài)量的故障選線方法的仿真研究本章主要是基于穩(wěn)態(tài)量的故障選線方法的仿真研究。首先介紹了選線裝置的啟動方案及其在程序中的邏輯實(shí)現(xiàn)方法，接著，還探討學(xué)習(xí)了幾種故障選線方法，分別對其原理進(jìn)行介紹，并介紹了其在C++程序中的相應(yīng)程序流程和代碼，最后將其代入框架主程序，構(gòu)成相應(yīng)的仿真選線平臺，對故障仿真算例進(jìn)行仿真校驗(yàn)。 選線裝置啟動方案[1] 啟動方案的確定零序電壓是單相接地故障最明顯、也最易得到的特征量，應(yīng)將此設(shè)為主判據(jù)；但為避免由于不平衡負(fù)荷等方面的干擾，以及電壓采樣故障等問題造成誤動和拒動現(xiàn)象的發(fā)生，應(yīng)添加若干輔助判據(jù)，裝置啟動判斷流程如圖41。圖41 裝置啟動判斷流程主判據(jù)1基于相鄰兩周波母線零序電壓瞬時值變化量△U0= U0(n)－U0(nT)，整定值應(yīng)設(shè)置較低，設(shè)為 ()注意：? 為排除采樣故障干擾，應(yīng)判斷零序電壓瞬時值變化量是否連續(xù)三次超過整定值；? 為了等待瞬時性故障消除和躲過系統(tǒng)過電壓，在啟動過程中設(shè)置一個等待時間，通常為幾秒鐘，以躲過諧振過電壓以及瞬時性故障的消除（本程序中設(shè)定為兩個工頻周期）。主判據(jù)2基于母線零序電壓穩(wěn)態(tài)分量。此整定值應(yīng)設(shè)置較高，定為相電壓的20%，即 （）輔助判據(jù)基于單相電壓，此整定值應(yīng)設(shè)置較低。單相接地故障時，故障相電壓下降而健全相電壓上升，則可設(shè)定單相電壓整定值為 （） 啟動方案的程序?qū)崿F(xiàn)本課題中，按裝置啟動判斷流程，對應(yīng)啟動方案實(shí)現(xiàn)程序如下：? 主判據(jù)1：零序電壓的瞬時值，與一個周期前相比(三數(shù)組均有25個值) if(fabs(zero[24]zero[0])*Ea*sqrt(2))start1=1。 // else start1=0。 if(start1)cishu++。 else cishu=0。 if(cishu==3)step2=1。 //判斷零序電壓瞬時值是否連續(xù)三次異常 if(step2){ delay++。? 延時：避免大干擾影響，延時2周波計(jì)算第3周波幅值判斷主判據(jù)2 if(delay==3*n+1){ step2=0。 ppph(zero,n)。u0=pp。? 主判據(jù)2:零模電壓穩(wěn)態(tài)分量啟動門檻 if(u0*Ea){ ppph(a,n)。ua=pp。 ppph(b,n)。ub=pp。 ppph(c,n)。uc=pp。 ? 輔助判據(jù)3：三相啟動條件及門檻 if(ua*Ea||ub*Ea||uc*Ea){ EorI=39。039。 errortime=(count/11(delay)*step)*T1。 //故障時刻 startchoose=1。 // 開始啟動選線! } else cout告警!!不太正常!!endl。 break。 } else delay=1。 } } 零序電流群體比幅比相法 選線原理即程序?qū)崿F(xiàn)[1]中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)發(fā)生單相故障時，流過故障元件的零序電流在其數(shù)值上等于所有非故障元件對地電容電流之和，且故障線路上的零序電流方向從線路流向母線，而健全線路上的零序電流方向從母線流向線路。本課題應(yīng)用了零序電流群體比幅比相的微機(jī)選線原理。通過比較前3個最大電流的相位，來確定故障線路（和其他兩條線路相反）或母線接地（3個電流同相），簡稱3C方案。群體比幅比相法的原理：首先進(jìn)行零序電流幅值從大到小的順序分別記為：。希望通過選大來避免“時針效應(yīng)”，但實(shí)際上不能完全避免。然后在此基礎(chǔ)上進(jìn)行相位比較，選出方向與其他不同的，該零序電流所在線路即為故障線路。但該方法同樣不能排除電流互感器不平衡電流及過渡電阻大小的影響，“時針效應(yīng)”仍可能存在。考慮到單一群體比較方案存在死區(qū)，故還需要提出幾個互補(bǔ)方案來解決。3C方案在第三個零序電流（按幅值大小排序）較小時，會發(fā)生其相位誤差很大而誤動的情況，于是增加了2C1U、2C、1C1U、1C方案。所謂“C”和“U”分別是指電流和電壓。1. 兩個電流一個電壓方案（2C1U）在第三個零序電流幅值較小而被忽略的情況下，可以引人零序電壓，其相位關(guān)系如圖42所示。若或滯后于，則或所對應(yīng)的線路接地；若和超前于，則母線接地。圖中，直線n、m與零序電壓向量的夾角均為45176。a) 對應(yīng)的線路發(fā)生故障 b) 對應(yīng)的線路發(fā)生故障 c) 母線故障 圖42 2C1U方案的向量圖對應(yīng)程序如下： char muxian[20]=母線。 double phcha0=U0[1]top3[0][1]。 double phcha1=U0[1]top3[1][1]。 if(phcha0=45amp。amp。phcha0=135) strcpy(errorline,linename0)。 if(phcha1=45amp。amp。phcha1=135) strcpy(errorline,linename1)。 if(phcha00amp。amp。phcha10) strcpy(errorline,muxian)。 cout故障線為:errorlineendl。2. 兩滾電流方案（2C方案）根據(jù)前兩個較大零序電流和的相對相位進(jìn)行判斷，如果和反相，則判對應(yīng)的為線路故障。如果和同相，則認(rèn)為是母線接地。對應(yīng)程序如下： char muxian[20]=母線。 double phcha=fabs(top3[0][1]top3[1][1])。 if(phcha180)phcha=360phcha。 if(phcha10)///同相母線故障 strcpy(errorline,muxian)。 if(phcha=135amp。amp。phcha=180)////反相則最大幅值的線路故障 strcpy(errorline,linename0)。 cout故障線為:errorlineendl。3. 一個電流一個電壓方案（1C1U方案）它是按照最大零序電流和的相對判斷故障線路的，當(dāng)滯后于時，則判斷對應(yīng)的線路為故障線路，反之則判為母線接的。該方案和無功方向繼電器原理不同，這里，已經(jīng)過了群體比幅，不是每一個電流都與電影進(jìn)行比相。對應(yīng)程序如下：char muxian[20]=母線。 double phcha0=U0[1]top3[0][1]。 if(phcha0=45amp。amp。phcha0=135) strcpy(errorline,linename0)。 if(phcha00) strcpy(errorline,muxian)。 cout故障線為:errorlineendl。4. 一個電流方案（1C方案）該方案也稱為最大電流方案，不帶極性，即使是發(fā)生母線接地故障，也認(rèn)為是對應(yīng)的線路故障。但是，實(shí)踐中它又是需要的，尤其是老站，因裝電流互感器多年，極性已不清楚，則可先用該無極性方案。當(dāng)發(fā)生幾次接地后，根據(jù)裝置打印的電流互感器極性，校核后再投入有極性方案。群體比幅比相法雖然有4種選線方案，但是每次只按一種方案進(jìn)行判斷。 算例仿真校驗(yàn)選取上述群體比幅比相法的兩滾電流方案（2C方案）代入框架主程序，構(gòu)成對應(yīng)的仿真選線平臺，對仿真算例進(jìn)行校驗(yàn)。仿真1：虹橋變最大負(fù)荷，中性點(diǎn)不接地時，電壓較大時線路發(fā)生故障，接地電阻100Ω。 群體比幅比相法仿真1選線結(jié)果數(shù)據(jù)故障時刻t/s 故障相a相零序電流幅值最大的三條線路線路名零序電流相位 /176。hxhgml故障線路hx仿真2：虹橋變最大負(fù)荷，中性點(diǎn)不接地時，電壓較大時母線發(fā)生故障，接地電阻100Ω。 群體比幅比相法仿真2選線結(jié)果數(shù)據(jù)故障時刻t/s 故障相c相零序電流幅值最大的三條線路線路名零序電流相位 /176。hxhgml故障線路母線選線時，考慮到提取基波濾波環(huán)節(jié)數(shù)據(jù)窗為Wd=(7+8+10)－(3－1)=23，并且程序中定義了采樣間隔step=int((1/fs)/ T1)，則濾波器時延為τ=(6+7+9)TS=22 TS≈22(stepT1) ≈(ms)，為避免故障時刻前的數(shù)據(jù)對濾波輸出信號的影響，仿真中各選線特征量均為故障后延遲τ后計(jì)算所得，以下同理。從仿真結(jié)果可見，該仿真選線平臺對這兩個仿真能正確判斷選線。 優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)零序電流群體比幅比相法可以克服小接地電流系統(tǒng)單相接地電容電流的隨機(jī)性，最大的避免接地電阻、運(yùn)行方式、電壓水平和負(fù)荷的影響，使動作值具有隨動系統(tǒng)的特點(diǎn)。缺點(diǎn)零序電流群體比幅比相法同樣不能排除電流互感器不平衡電流及過渡電阻大小的影響，故障點(diǎn)離互感器較遠(yuǎn)且線路很短時，零序電壓、電流均會較小，“時針效應(yīng)”仍可能存在。 利用零序電流有功分量的選線方法 選線原理即程序?qū)崿F(xiàn)[79]1．選線原理對于中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)，其單相接地故障零序網(wǎng)絡(luò)圖如圖43所示。圖4