【導讀】由于單相接地故障的復雜性，在相當多的電弧接地情況下，穩(wěn)態(tài)分量很小而暫。態(tài)分量成分很高，因此，可以利用零序電流中暫態(tài)分量的豐富信息來判斷故障饋線。難點，進而綜述了當前的研究現(xiàn)狀。之后本文深入分析了小電流接地系統(tǒng)發(fā)生單相接。地故障穩(wěn)態(tài)過程和暫態(tài)過程，為選線方法尋找理論依據(jù)。統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時暫態(tài)特征。鑒于模擬電網(wǎng)的局限性，本論文采用。搭建具有10kV五出線的仿真電網(wǎng)進行大量的單相接地故障仿真實驗。量不同條件下仿真實驗，進一步驗證該判據(jù)的正確性。

　　

【正文】 . 1 0 . 1 2 0 . 1 4 0 . 1 6 2 0 1 001020304050線路20 0 . 0 2 0 . 0 4 0 . 0 6 0 . 0 8 0 . 1 0 . 1 2 0 . 1 4 0 . 1 6 3 0 2 5 2 0 1 5 1 05051015線路30 0 . 0 2 0 . 0 4 0 . 0 6 0 . 0 8 0 . 1 0 . 1 2 0 . 1 4 0 . 1 62 1 . 51 0 . 500 . 51線路4中國礦業(yè)大學本科生畢業(yè)設計（論文） 第 27 頁 02VALI 錯誤 !未找到引用源。 =[ ]； 2meanI 錯誤 !未找到引用源。 =； 啟動上述判據(jù)，可準確判斷線路 2發(fā)生單相接地故障 暫態(tài)零序電流極性比較法 選線原理 [11] 故障線路零序電流的極性與所有健全線路均相反，可以此作為選線依據(jù)。任選一條饋線的零序暫態(tài)電流 0()jit作為基準量，其它饋線 i的判斷量由下式計算 0 0 0 01011( ) ( ) ( ) ( )T Mi i j i jkP i t i t d t i k i kTM ?? ? ? ???； （ ） 式中， iP 為饋線 i的判斷量， 2A ； 0()iit錯誤 !未找到引用源。 為濾去工頻穩(wěn)態(tài)分量后饋線零序暫態(tài)電流， A； T為積分時間， s，最好大于等于暫態(tài)分量的周期； M為 T積分時間的采樣點數(shù)。對于 iP 有下列判據(jù)：（ 1）當有唯一的第 i=c 條 饋線 cP 錯誤 !未找到引用源。 值為負時， c 為故障饋線；（ 2）當 iP 錯誤 !未找到引用源。 全部為負時，參考饋線為故障饋線；當 iP 錯誤 !未找到引用源。 全部為正時，為母線故障。 按式（ 1）， i P 錯誤 !未找到引用源。 是 2個暫態(tài)電流的點積積分的平均值。由單相接地故障暫態(tài)特征可知，假設參考饋線 j是非故障饋線， 當被測量饋線 i也是非故障線時， 0()iit錯誤 !未找到引用源。 和 0()jit錯誤 !未找到引用源。 同相位， iP 錯誤 !未找到引用源。 必然為正值；只有當?shù)?i=c條被測量饋線是故障饋線時， 0()iit錯誤 !未找到引用源。 和 0()jit錯誤 !未找到引用源。 反相位，才有唯一的 iP = cP 為負值，因此可以斷定 c為故障饋線。當 iP 錯誤 !未找到引用源。 全為正時，所有被測饋線同相位，為0 0 . 0 2 0 . 0 4 0 . 0 6 0 . 0 8 0 . 1 0 . 1 2 0 . 1 4 0 . 1 6 2 0 1 5 1 05051015線路5中國礦業(yè)大學本科生畢業(yè)設計（論文） 第 28 頁 母線故障。當 iP 錯誤 !未找到引用源。 全部為負時，參考饋線與所有被測饋線反相位，參考饋線為故障饋線。 為提高計算精度，滿足選線的準確性，應選擇對地電容相對大的饋線作為參考，這樣，接地電流較大，測量和計算誤差較小。 故障實例驗證 下圖為用式（ 1）對圖 3進行計算后的曲線。圖中大于 0 的黑色實線為非故障饋線零序電流相互點積積分值 iP 錯誤 !未找到引用源。 ；小于 0 的黑色虛線為非故障饋線與故障饋線相互點積積分值 cP 錯誤 !未找到引用源。 。由圖可以看出，上述方法選線是有效的。特別指出，對于全補償饋線，得到的零序電流波形為穩(wěn)態(tài)工頻電流與暫態(tài)電流的疊加，因此，只有在暫態(tài)分量豐富的時間段上，計算結果可以較明顯選出故障線路。 0 0 . 0 5 0 . 1 0 . 1 5 0 . 2 0 . 2 5864202468x 1 07 圖 42（ a） 中性點不接地電網(wǎng) 中國礦業(yè)大學本科生畢業(yè)設計（論文） 第 29 頁 0 0 . 0 5 0 . 1 0 . 1 5 0 . 2 0 . 2 53210123x 1 07 圖 42（ b）中性點經(jīng)消弧線圈接地電網(wǎng) 基于相關分析的選線方法 相關函數(shù)是時域描述隨機信號統(tǒng)計特征的一個非常重要的數(shù)字特征。相關分析是信號處理中比較重要的工具，可以用來研究兩個信號的相似性，或一個信號經(jīng)過一段延時后自身的相似性，從而實現(xiàn)信號的檢測、識別與提取等。由于小電流接地系統(tǒng)暫態(tài)特征信號較弱，電磁干擾致使現(xiàn)場信號失真等情況，利用相關分析的方法可以根據(jù)各條線路故障零序電流的相似程度不同進行選線 [2]。 互相關系數(shù) 對信號 x（ n）和 y（ n）做相關運 算，以及對信號 Ax（ n）和信號 By（ n）做相關運算（ A和 B均為系數(shù)），兩次運算僅僅因為幅值不同，算出來的相關值就不相同。因而，為了使相關運算的結果真正反映信號之間的相似性，就要排除信號幅度的影響，為此必須對相關運算做歸一化處理。 信號 x（ n）和 y（ n）的均方根值為 1 2 1/ 201[ ( )]Nxn xnN???? ?錯誤 !未找到引用源。 ， 1 2 1/ 201[ ( )]Nyn ynN???? ?； （ 4.6） 因此，信號相關運算可以歸一化表示為 中國礦業(yè)大學本科生畢業(yè)設計（論文） 第 30 頁 xyxyxyr? ??? ； （ ） 即 1 1 12 2 1 / 20 0 0( ) ( ) [ ( ) ( ) ]N N Nxy n n nx n y n x n y n?? ? ? ?? ? ?? ? ? ?； （ ） 這個歸一化的相關值 xy? 錯誤 !未找到引用源。 被稱為互相關系數(shù)，它的取值區(qū)間為 [1， +1]， +1 表示兩個信號 100%正相關； 1表示它們 100%相關，即形狀完全一樣，但相位正好相反； 0 值表示零相關，就是說兩個信號完全獨立，毫無關系。 xy?錯誤 !未找到引用源。 表示了 x（ t）、 y（ t）波形在一定數(shù)據(jù)窗內(nèi)同步采樣的相關關系，綜合反應了兩信號中每一頻率分量的綜合相位關系以及幅值信息，并非單一頻率的簡單相位關系。 故障選線原理 [2] 小電流接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時，健全線路對地電容的充放電相似，因而健全線路零序電流具有較強的相似性。而故障線路由于附加零序電壓源的存在，其零序電流波形與其它線路的零序電流波形差異最大。因此，可通過分析各線路零序電流的相似性檢出故障線路。選線步驟如下： 路的零序電流數(shù)據(jù) ，對故障后第一周波內(nèi)各條線路零序電流暫態(tài)分量的波形進行兩兩相關分析，求取線路之間的兩兩相關系數(shù)，形成相關系數(shù)矩陣 M 11 12 112nn n nnM? ? ?? ? ?????? ????； （ ） 式中， n為饋出線的條數(shù)。相關系數(shù)矩陣 M 中對角線元素為各線路零序電流的自相關系數(shù)，其值均為 1，其余元素為各線路零序電流的兩兩相關系數(shù)。 錯 誤 !未找到引用源。 ， i=1， 2，?， n。定義本線路與其他線路的相關系數(shù)的平均作為本線路的綜合相關系數(shù)，即 1,1 1 ni ijj j in????? ? ? （ ） ，當最大綜合相關系數(shù)與最小綜合相關系數(shù)之中國礦業(yè)大學本科生畢業(yè)設計（論文） 第 31 頁 差 ?? 小于一閾值 set? （本論文仿真測試時取 ），則判定系統(tǒng)發(fā)生母線接地故障。否則，最小綜合相關系數(shù)對應的線路即為故障線路。 仿真驗證 由于模擬電網(wǎng)局 限性，本算例采用仿真電網(wǎng)（電網(wǎng)架構見本論文 MATLAB仿真及實現(xiàn)）進行驗證 (1)仿真驗證 1 中性點不接地，線路 1 在距離母線 10km 處，發(fā)生 A 相接地故障，過渡電阻 gR 錯誤 !未找到引用源。 為 5? 錯誤 !未找到引用源。 ，仿真得到各線路零序電流波形經(jīng)過簡單的陷波處理，濾除工頻分量后，得到的暫態(tài)零序電流波形如下圖所示 0 0 . 0 2 0 . 0 4 0 . 0 6 0 . 0 8 0 . 1 0 . 1 2 0 . 1 4 0 . 1 6 2 0 1 001020304050線路10 0 . 0 2 0 . 0 4 0 . 0 6 0 . 0 8 0 . 1 0 . 1 2 0 . 1 4 0 . 1 6 1 4 1 2 1 086420246線路20 0 . 0 2 0 . 0 4 0 . 0 6 0 . 0 8 0 . 1 0 . 1 2 0 . 1 4 0 . 1 6 2 5 2 0 1 5 1 050510線路30 0 . 0 2 0 . 0 4 0 . 0 6 0 . 0 8 0 . 1 0 . 1 2 0 . 1 4 0 . 1 62 1 . 51 0 . 500 . 51線路40 0 . 0 2 0 . 0 4 0 . 0 6 0 . 0 8 0 . 1 0 . 1 2 0 . 1 4 0 . 1 6 2 0 1 5 1 050510線路5中國礦業(yè)大學本科生畢業(yè)設計（論文） 第 32 頁 相關系數(shù)矩陣 M 錯誤 !未找到引用源。 ； 綜合相關系數(shù) 錯誤 !未找到引用源。 ＝ 錯誤 !未找到引用源。 (2)仿真驗證 2 中性點經(jīng)消弧線圈接地，過補償度 10％情況下，線路 1在距離母線 10km 處，發(fā)生 A相接地故障，過渡電阻 gR 為 5? 錯誤 !未找到引用源。 ，仿真得到各線路零序電流波形經(jīng)過簡單陷波處理，濾除工頻分量后，得到暫態(tài)零序電流波形如下圖所示 0 0 . 0 2 0 . 0 4 0 . 0 6 0 . 0 8 0 . 1 0 . 1 2 0 . 1 4 0 . 1 6 2 0 1 001020304050線路10 0 . 0 2 0 . 0 4 0 . 0 6 0 . 0 8 0 . 1 0 . 1 2 0 . 1 4 0 . 1 6 1 4 1 2 1 086420246線路20 0 . 0 2 0 . 0 4 0 . 0 6 0 . 0 8 0 . 1 0 . 1 2 0 . 1 4 0 . 1 6 2 5 2 0 1 5 1 050510線路30 0 . 0 2 0 . 0 4 0 . 0 6 0 . 0 8 0 . 1 0 . 1 2 0 . 1 4 0 . 1 62 1 . 51 0 . 500 . 51線路4中國礦業(yè)大學本科生畢業(yè)設計（論文） 第 33 頁 相關系數(shù)矩陣 M M2 錯誤 !未找到引用源。 綜合相關系數(shù) E2＝ 錯誤 !未找到引用源。 ； 結論 由仿真驗證 1 和仿真驗證 2 可以看出， E 錯誤 !未找到引用源。 1 和 E2 中max min??? 均成立，且線路 1 的綜合相關系數(shù) 1? 錯誤 !未找到引用源。 最小，均可準確判定線路 1為故障線路。求解 E1 和 E2 的過程中，由于濾除了各線路零序電流中極為相似的不對稱分量和相似性較強的工頻穩(wěn)態(tài)分 量，提高了選線保護裕度。 選線方法對比 基于零序電流幅值的選線算法較簡單，易于實現(xiàn)，可以利用單片機開發(fā)選線裝置，具有較高的使用價值。暫態(tài)信號比較豐富時，具有很高的準確率。然而，選線算法是基于特征頻帶內(nèi)暫態(tài)電流進行故障線路的判斷，特征頻帶受系統(tǒng)參數(shù)和故障情況的影響較大。該算法不適用母線故障時選線判斷。 基于零序暫態(tài)電流極性比較的方法選線算法較簡單，計算耗時少，可用以在單片機上開發(fā)選線裝置。該方法對于富有暫態(tài)分量的選線電弧接地故障等式很有效的，而對暫態(tài)分量很小的穩(wěn)態(tài)接地故障和暫態(tài)衰減很快并且幅值不高的高 祖接地故障，選線效果難以保證。該算法不具有獨立性。 基于“故障線路零序電流和健全線路零序電流差異最大”原理的相關分析故障選線方法，利用故