【正文】 在此，我再一次真誠地感謝所有支持和幫助過我的老師、同學(xué)和朋友們!參考文獻(xiàn)【1】要煥年，曹梅月．電力系統(tǒng)諧振接地[M]．北京：中國電力出版社．2000．【2】賀家李，宋從矩．電力系統(tǒng)繼電保護(hù)原理[M]．北京：中國電力出版社，2001．【3】黃芳，陳志軍，蔣曉宇．小電流接地系統(tǒng)故障選線算法綜述[J]．江蘇電機(jī)工程，2005。致 謝致 謝本文是在導(dǎo)師 的悉心指導(dǎo)和親切關(guān)懷下完成的。針對實(shí)際中具體的小電流接地系統(tǒng)，本文所提的隸屬函數(shù)可采用不同的方法確定，甚至在需要的時候，可根據(jù)專家判斷決定隸屬函數(shù)。本文所述的基于模糊理論的綜合選線方法和基于灰關(guān)聯(lián)分析的選線方法適用性強(qiáng)、靈敏度高、容易實(shí)現(xiàn)，且二者結(jié)合能起到有效的補(bǔ)充。(3)目前傳統(tǒng)的選線方法只利用待測故障的故障信息選線，而沒有利用到已有故障樣本中含有大量對故障選線有利的信息，本文在基于對已有故障樣本的故障信息分析的基礎(chǔ)上，提出利用灰關(guān)聯(lián)分析對新的待測故障樣本進(jìn)行選線，建立了基于注入信號和小波包分解的灰關(guān)聯(lián)分析的故障選線方法。(2)對己提出的綜合選線方法加以改進(jìn)，融合了零序電流群體比幅法、注入信號法、基于零序電流諧波畸變率特性選線、衰減直流分量選線法、小波包分析選線法以及暫態(tài)零序電流互積求和法等六種選線方法，構(gòu)造了一種基于模糊理論的多判據(jù)綜合選線方法?？傊诨谊P(guān)聯(lián)分析的選線方法從選線思路上有別于傳統(tǒng)的選線方法，開辟了一條新的故障選線道路，針對目前小電流接地系統(tǒng)單相接地故障選線困難、選線精度不高具有一定的現(xiàn)實(shí)意。其基本原理為：用表征各出線及母線接地故障時的各出線的特征量組成該系統(tǒng)的典型故障樣本，建立典型故障樣本空間；通過比較待測故障與典型故障樣本之間的關(guān)聯(lián)度判基于灰關(guān)聯(lián)分析的故障選線方法步驟如下：(1)首先對系統(tǒng)每條出線和母線建立起典型故障樣本，形成一個典型故障樣本空間；(2)采用一定的數(shù)據(jù)處理方法，對待檢測的故障樣本和典型故障樣本進(jìn)行數(shù)據(jù)變換；(3)選取適當(dāng)?shù)姆直嫦禂?shù)；(4)求出待測的故障樣本與典型故障樣本之間的灰關(guān)聯(lián)系數(shù)；(5)由灰關(guān)聯(lián)系數(shù)求出待測的故障樣本與典型故障樣本之間的灰關(guān)聯(lián)度，進(jìn)行灰關(guān)聯(lián)度排序，從而得到灰關(guān)聯(lián)序；(6)最后，根據(jù)灰關(guān)聯(lián)序，最大灰關(guān)聯(lián)度確定為故障線路。 (2)灰關(guān)聯(lián)序。為了保證參與分析的數(shù)據(jù)序列基本處于同一數(shù)量級，因此需要對原始數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，使之無量綱化和歸一化。5 基于灰關(guān)聯(lián)分析的故障選線方法從第三章中的現(xiàn)有選線方法以及第四章中建立的基于模糊理論的多判據(jù)綜合選線方法可以看出，這些方法都是在沒有故障樣本的情況下選線，而已有故障樣本中其實(shí)含有對新故障選線的大量有利信息。接地電阻=lOO歐。模型中注入信號裝置與母線之間的斷路器閉合時，則向系統(tǒng)注入一特定頻率信號電流，該模型中的注入信號電流峰值為1OA．頻率為225Hz。所以當(dāng)故障發(fā)生在相電壓過零點(diǎn)附近時，相對于非故障線路，故障線路零序電流中含有非常明顯的衰減直流分量。 (3)注入信號法注入信號法配電網(wǎng)單相接地故障選線基本原理如圖43所示：圖43注入信號法選線原理圖(4)暫態(tài)零序電流互積求和法第二章中小電流接地系統(tǒng)單相接地故障暫態(tài)分析可知，暫態(tài)電流遠(yuǎn)大于穩(wěn)態(tài)分量，且不受中性點(diǎn)接地方式的影響。求得各線路零序電流中總的諧波畸變率THD，可作為中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接系統(tǒng)的選線依據(jù)。由于故障線路的零序電流幅值為所有非故障線路的零序電流幅值之和，但是線路的長短以及三相電流不平衡等因素會對零序電流的大小會產(chǎn)生比較大的影響, 因此將線路零序電流幅值設(shè)為變量，選取偏大型二次拋物線型分布的隸屬函數(shù)。同樣，針對一個特定的故障樣本，在某一判據(jù)準(zhǔn)則下可以通過設(shè)定基于該判據(jù)的權(quán)重系數(shù)隸屬函數(shù)來賦予該判據(jù)的權(quán)重系數(shù)，從而求得多判據(jù)下每條線路的故障測度，多判據(jù)綜合選線方法下的線路故障測度，完成了對選線信度的二次信度分配，使得選線判據(jù)更具柔韌性，提供更多信息，更有利于實(shí)現(xiàn)綜合判據(jù)。為此，定義故障測度m1的概念，故障測度是一個定義在實(shí)數(shù)內(nèi)的變量，用來描述一條線路在某一判據(jù)基準(zhǔn)下具有的似乎為故障線路的特征明顯程度的度量。當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生單相接地故障時，在故障線路未知的情況下，該電網(wǎng)的每一條線路都是被懷疑的對象，究竟哪一條線路是故障線路就需要根據(jù)它們的輸出特征來判斷。第二，當(dāng)選線判斷錯誤時，沒有補(bǔ)救的辦法，不能提供其他線路的情況。②偏大型式中c∈X是任意一點(diǎn)，a，b是．個大于零的參數(shù)。 (3)模糊集的表示方法就論域的類型而言，模糊集有下列二種表示方法。他用隸屬函數(shù)來劃分處于中介過渡的事物對差異雙方所具有的傾向性。把論域中的每個對象稱為元素，用相應(yīng)的小寫字母表示。例如“某一故障特征的明顯程度”“某一方法的有效性”等均沒有精確的度量，存在一定的模糊性。為此，需要研究不同的故障選線判據(jù)的融合處理方法，采用更多的故障特征量進(jìn)行綜合選線，有望消除干擾的影響，提高保護(hù)的精度和魯棒性。從信息處理的角度來看，配電網(wǎng)單相接地故障選線所采用的信息有不同測量點(diǎn)的各電壓信號和電流信號以及系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參數(shù)，故障選線過程是對這些信息進(jìn)行融合處理，檢測故障線路的過程。本章首先簡單的討論了信息融合和模糊理論，提出了利用信息融合中的模糊算法進(jìn)行單相接地故障選線。利用多重判據(jù)的故障信息融合選線方法，若滿足故障域內(nèi)的每一個故障都能夠正確選線，就實(shí)現(xiàn)了綜合選線判據(jù)的充分性條件。當(dāng)一個故障落在判據(jù)的分性特征域內(nèi)時，只需要調(diào)用該判據(jù)進(jìn)行選線即可，不需要其他判據(jù)參與。假定每種判據(jù)能夠輸出絕對可靠的選線結(jié)果的適用條件稱為該判據(jù)的充分性條件。3．3．2選線解決思路各單一判據(jù)都存在各自的局限性，使得基于某單一選線判據(jù)下的選線結(jié)果不可靠。在這種狀況下，僅利用故障某一方面的特征構(gòu)造單一型選線判據(jù)具有片面性，當(dāng)該種故障特征表現(xiàn)不明顯時，判據(jù)選線結(jié)果可能是錯誤的。針對這一問題，有兩種改進(jìn)途徑：一是設(shè)計更好的硬件結(jié)構(gòu)進(jìn)行濾波除噪；二是利用軟件的方法通過各種濾波算法進(jìn)行消噪處理H制。而且，由于僅僅利用故障后很短時間內(nèi)的暫態(tài)信號進(jìn)行了一次選線，在一些情況下很可能造成誤選。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。(5)電壓互感器和電流互感器特性的影響：①實(shí)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。②消弧線圈的影響。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。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。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(diǎn)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(yùn)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。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。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(dá)到最大值。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。暫態(tài)零序電流比較法具有簡單、易于實(shí)現(xiàn)的優(yōu)點(diǎn)，但從理論上分析并不是很嚴(yán)格，用于實(shí)際選線有可能出現(xiàn)誤判。．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。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。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。(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。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。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(diǎn)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(diǎn)選出故障線路。通常比較能量函數(shù)的方向和大小可判別接地線路。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。由于諧振接地系統(tǒng)中消弧線圈對零序電流的補(bǔ)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(yùn)行方式及過渡電阻大小的影響。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。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(diǎn)：(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。不論電網(wǎng)中性點(diǎn)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)。從上面分析可知，雖然兩者的最大幅值相差不大，但是頻率卻差別懸殊，故兩者不可能互相補(bǔ)償。(2)暫態(tài)電感電流消弧線圈的電感電流是由暫態(tài)的直流分量和穩(wěn)態(tài)的交流分量組成的。電纜線路的電感比架空線路小，而對地電容去較后者要大許多倍，故電容電流暫態(tài)過程的振蕩頻率很高，持續(xù)時間很短，其自由振蕩頻率一般為1500～3000Hz。圖22暫態(tài)過程的等效網(wǎng)絡(luò)(1)暫態(tài)電容電流在分析電容電流的暫態(tài)特性時，因其自由振蕩頻率一般都比較高，考慮到消弧線圈的集中電感L》LO，實(shí)際上它不影響電容電流分量的計算，因而L和rL可以忽略不計。(5)在過補(bǔ)償?shù)那闆r下，故障線路上的零序電流的大小等于殘余電流與本線路接地電容電流之和，方向由母線流向線路，其相位也超前零序電壓90度。(2)消弧線圈二端的電壓為零序電壓，消弧線圈的電流也經(jīng)過接地故障點(diǎn)和故障線路的故障相，但它不通過非故障線路。因此，這種補(bǔ)償方式也很少采用。2．2．2中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)單相接地故障特征故障線路零序電流的大小和方向也隨之改變。總結(jié)以上分析中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時的結(jié)果，可以得出如下結(jié)論：(1)在發(fā)生單相接地時，故障相對地電壓為零，非故障相對地電壓為電網(wǎng)的線電壓，全系統(tǒng)出現(xiàn)零序電壓，它的大小等于電網(wǎng)正常時的相電壓。對于故障線路III來說，接地電流為：非故障相的電容電流仍然用同樣的方法求得，只是故障相線路的電容電流不再為零。對于非故障線路I來說，其三相電容電流各為：式中：分別是線路I中的A、B、c各相的對地電容電流：分別是故障電網(wǎng)中的A相和B相對地電壓，ω為電網(wǎng)的角賠率(ω=2πf)，為線路的單相對地電容。如果發(fā)生單相接地故障，三相對地通路的對稱性遭到破壞，由于中性點(diǎn)懸空，一相接地后中性點(diǎn)電位將發(fā)生偏移，導(dǎo)致其他兩相對地電壓升高。2．2小電流接地系統(tǒng)單相接地故障基本特征在我國配電網(wǎng)中大部分采用中性點(diǎn)不接地或經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)，所以在這里重點(diǎn)分析小電流接地系統(tǒng)中的中性點(diǎn)不接地和經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)的單相接地故障特征。但是在中性點(diǎn)為高電阻接地方式的情況下，為使接地電弧瞬時熄滅，一般說來單相接地電流應(yīng)不大于1OA，所以適用范圍受到限制，只宜在規(guī)模較小的lOkV及以下電網(wǎng)中應(yīng)用。另外，中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)還具有人身設(shè)備安全性好、電磁兼容性強(qiáng)和運(yùn)行維護(hù)工作量小等一系列優(yōu)點(diǎn)。(2)由于消弧線圈的作用，降低了恢復(fù)電壓的初速度，延長了故障相電壓的恢復(fù)時間，并限制了恢復(fù)電壓的最大值，從而可以避免接地電弧的重燃，達(dá)到徹底消弧的目的。在發(fā)生弧光接地時，由于對地電容中的能量不能釋放，造成電壓升高，從而產(chǎn)生弧光接地過電壓或諧振過電壓，其值可達(dá)很高的倍數(shù)，對設(shè)備絕緣造成威脅。