【正文】 。139。max1 max 21 ( )。顯然，除故障暫態(tài)零序測(cè)量電流的特征頻率分量外，還有許多其他頻率信號(hào)成分。 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 35 頁(yè) 5 選線 新方法原理與仿真 基于暫態(tài) 零序 電流 首半波 比值選線方法 小電流接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地接地故障時(shí)，不同對(duì)地電容值，不同接地故障電阻值條件下將會(huì)得到不同的實(shí)驗(yàn)波形 。該算法不具有獨(dú)立性。然而，選線算法是基于特征頻帶內(nèi)暫態(tài)電流進(jìn)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。 仿真驗(yàn)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(gòu)見 本論文 MATLAB仿真及實(shí)現(xiàn) ）進(jìn)行驗(yàn)證 (1)仿真驗(yàn)證 1 中性點(diǎn)不接地，線路 1 在距離母線 10km 處，發(fā)生 A相接地故障， 過(guò)渡電阻 gR 為5? ，仿真得到各線路零序電流波形經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)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 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 32 頁(yè) 相關(guān)系數(shù)矩陣 M ； 綜合相關(guān)系數(shù) 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(guó)礦業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 33 頁(yè) ＝ (2)仿真驗(yàn)證 2 中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地，過(guò)補(bǔ) 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(guò)渡電阻gR為 5? ，仿真得到各線路零序電流波形經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)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 150510線路5中國(guó)礦業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 34 頁(yè) 相關(guān)系數(shù)矩陣 M M2 綜合相關(guān)系數(shù) E2＝ ； 結(jié)論 由仿真驗(yàn)證 1 和仿真驗(yàn)證 2 可以看出， E1和 E2中 max min??? 均成立，且線路 1 的綜合相關(guān)系數(shù) 1? 最小，均可準(zhǔn)確判定線路 1為故障線路。相關(guān)系數(shù)矩陣 M 中對(duì)角線元素為各線路零序電流的自相關(guān)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(guān)系數(shù)。 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(shí)，健全線路對(duì)地電容的充放電相似，因而中國(guó)礦業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 31 頁(yè) 健全線路零序電流具有較強(qiáng)的相似性。 互相關(guān)系數(shù) 對(duì)信號(hào) x（ n）和 y（ n）做相關(guān)運(yùn)算，以及對(duì)信號(hào) Ax（ n）和信號(hào) By（ n）做相關(guān)運(yùn)算（ A 和 B均為系數(shù)），兩次運(yùn)算僅僅因?yàn)榉挡煌?，算出?lái)的相關(guān)值就不相同。特別指出，對(duì)于全補(bǔ)償饋中國(guó)礦業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 29 頁(yè) 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(shí)間段上，計(jì)算結(jié)果可以較明顯選出故障線路。 為提高計(jì)算精度，滿足選線的準(zhǔn)確性，應(yīng)選擇對(duì)地電容相對(duì)大的饋線作為參考，這樣，接地電流較大，測(cè)量和計(jì)算誤差較小。 按式（ 1）， i P 是 2個(gè)暫態(tài)電流的點(diǎn)積積分的平均值。（ 3） 確定有效頻帶，設(shè)計(jì)合適的濾波器，其帶通為 [ 0f ，1f ]，濾取特征電流有效值 ，比較確定 最大對(duì)應(yīng)為故障線路。 當(dāng)配電系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時(shí)， 設(shè)計(jì)如下選線方法進(jìn)行判斷： （ 1）提取故障后各線路（ m 條出線）一周波內(nèi)零序 電流 0()ik的故 障分量。 （ 4）對(duì)于消弧線圈全補(bǔ)償電網(wǎng)，故障暫態(tài)分量是疊加在工頻穩(wěn)態(tài)分量上的。暫態(tài)分量的頻率和衰減速度與電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，變壓器線圈參數(shù)，過(guò) 渡電阻等因素有關(guān)，但與中性點(diǎn)是否經(jīng)消弧線圈接地?zé)o關(guān)。本文采用單零點(diǎn)非遞歸算法對(duì)采樣信號(hào)進(jìn)行了 50Hz 基波陷波處理，得到處理后波形如下圖所示。 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 15 頁(yè) 3 小電流接地電網(wǎng)電弧接地故障模擬實(shí)驗(yàn) 小電流接地模擬電網(wǎng)如下圖所示 , 1C , 2C 為非故障饋線對(duì)地電容 ： 3C 為故障饋線對(duì)地電容； 1TA ～ 3TA 為零序電流互感器； B 為經(jīng)消弧線圈 接地 變壓器； NL 為消弧線圈電感； nR 為中性點(diǎn)接地電阻；jdR為接地故障電阻，短接時(shí)jdR =0。由式 211 和 216可以推算出暫態(tài)接地電流： 39。39。 [ c o s ( ) c o s ( ) ]tLL L etZ ??? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ?； () 式中， 39。 因?yàn)樘幱谶^(guò)補(bǔ)償狀態(tài)，消弧線圈的磁化曲線應(yīng)保持線性關(guān)系，故 LLNi L??。 故障發(fā)生在相電壓最大值附近時(shí)，高頻衰減的暫態(tài)零序電流最大，發(fā)生在相電壓最大值 030? 區(qū)間內(nèi)，暫態(tài)分量遠(yuǎn)大于穩(wěn)態(tài)分量，發(fā)生在相電壓過(guò)零點(diǎn)附近時(shí)最小。因此，暫態(tài)過(guò)程中，電容電流的最大值是和發(fā)生接地瞬間故障相電壓的瞬時(shí)值有關(guān)的。滿足 3? 39。當(dāng) ? 為零時(shí)，其值最小，當(dāng) ? 為2? 時(shí)其值最大。( s in s in c o s ( ) )tcmi U C e t t??? ? ? ? ?? ?? ? ?； () 式中 mU —— 相電壓幅值； 002RL?? —— 自由分量衰減系數(shù)； 0 001CL? ?—— 回路共振角頻率； 39。s in ( s in c o s ) s in ( )tmcmUu e t t U t?? ? ? ? ? ? ?? ?? ? ? ? ?； () 39。 暫態(tài)電容電流和暫態(tài)電容電壓均由自由分量和強(qiáng)制分量組成，利用初始條件(0)u =0,(0)i =0 計(jì)算得出： 39。 根據(jù)圖 27，可列出微分方程如下： 00 01 s in ( ) 。（ 2）由于非故障相電壓突然升高而引起的充電電容電流，它通過(guò) 變壓器線圈 而構(gòu)成回路 [4]。 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 9 頁(yè) AEBECE 01C02C0 SCfIBSI CSI1CI 1BI2BI 2CI2AI1CI 1BI2CI 2BICBA1線 路線 路 2L LI 圖 24 消弧線圈接地電網(wǎng)中單相接地時(shí)電流分布 如上圖示，當(dāng)線路 II 上 A 相接地以后，電容電流的大小和分布與不接消弧線圈時(shí)是一樣的，不同之處是在接地點(diǎn)又增加了一個(gè)電感 分量的電流 LI ，因此，接地點(diǎn)電流 fI 為 003Af L C AEI I I E jw Cjw L???? ? ? ? ? () LI 與 CI? 相位相反，因此，故障點(diǎn)的電流將因消弧線圈的引入而減少，由此得到零序等效網(wǎng)絡(luò)如下圖所示： 1線 路線 路 201C02C0 SC 01I02I0SI0 SI01I 0fULI L LITL 圖 25 消弧線圈接地電網(wǎng)中單相接地故障的零序等效網(wǎng)絡(luò) 由圖 25 可以看出，由于消弧線圈的補(bǔ)償作用，其單相接地故障時(shí)零序電流特中國(guó)礦業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 10 頁(yè) 征與中性點(diǎn)不接地不相同，零序電流的大小和方向隨著補(bǔ)償方式的不同而變化，其單相接地故障特征如下 : （ 1） 當(dāng)采用完全補(bǔ)償方式時(shí) LI = CI? ， 即 時(shí)， 電容性無(wú)功功率的方向都是母線流向線路，因此，這種情況下利用穩(wěn)態(tài)零序電流無(wú)法判斷出故障線路。為解決此問(wèn)題，通常在中性點(diǎn)接入消弧線圈。 下圖為這種情況下的電流分布： AEBECE 01C02C0 SfIBSI CSI1CI 1BI2BI 2CI2AI1CI 1BI2CI 2BICBA1線 路線 路 2 圖 22 單相接地時(shí)，用三相系統(tǒng)表示的電容電流圖 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 8 頁(yè) 1線 路線 路 201C02C0 SC 01I02I0 SI0 SI01I0fUTL 圖 23 單相接地故障零序等效網(wǎng)絡(luò) 對(duì)于中性點(diǎn)不接地電網(wǎng)中的單相接地故障，通過(guò)上述分析可以得出結(jié)論： （ 1） 在發(fā)生單相接地時(shí)，全系統(tǒng)都將出現(xiàn)零序電壓。jB D B A AU E E E e ?? ??? () 01503 jC D C A AU E E E e ?? ? ? ?； () 故障點(diǎn) d的零序電壓為 0 1 ( ) 。 此外，目前有些大城市的 10Kv 及 20Kv 系統(tǒng)的中性點(diǎn)也有采用經(jīng)小電阻接地的 [1]。電力系統(tǒng)中性點(diǎn)的 運(yùn)行方式 涉及到很多因素，如絕緣水平、供電可靠性、接地保護(hù)方式、電壓等級(jí)、內(nèi)部過(guò)電壓、通信干擾、系統(tǒng)接線方式等。 本文僅對(duì)得到的實(shí)驗(yàn)波形做了單零點(diǎn)非遞歸算法的陷波處理，提取暫態(tài)特征信號(hào)。所以，本文采用故障暫態(tài)分量，利用數(shù)字陷波處理的方法提取暫態(tài)特征，進(jìn)行故障選線。 本 論 文 研究的目的和主要內(nèi)容 本文探討的對(duì)象是小電流接地系統(tǒng)，即中性點(diǎn)不直接接地系統(tǒng)。小電流接地系統(tǒng)單相接地故障一般發(fā)生在相電壓峰值附中國(guó)礦業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 3 頁(yè) 近，可以產(chǎn)生明顯的暫態(tài)電流，但是單相接地故障也可能發(fā)生在相電壓過(guò)零附近，此時(shí)故障零序電流中高頻暫態(tài)量小，感性衰減直流分量很大。欠補(bǔ)償狀態(tài)時(shí)，殘流中不僅含有有功分量，同時(shí)含 有容性無(wú)功電流分量，其幅值明顯大于全補(bǔ)償狀態(tài)時(shí)的幅值，殘流的相位領(lǐng)先于零序性質(zhì)的中性點(diǎn)位移電壓。 （ 3） 影響小電流將接地系統(tǒng)故障選線準(zhǔn)確性和可靠性的因素很多。 小電流 接地 系統(tǒng)單相接地故障 選線難點(diǎn) 中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)單相接地故障選線問(wèn)題之所以難以解決，主要原因有以下幾點(diǎn)： （ 1）故障邊界太復(fù)雜、隨機(jī)，難以用單一統(tǒng)計(jì)模型描述。其中有南自研究院研制的微機(jī)小電流接地系統(tǒng)單相接地選線裝置，其主要原理是比較線路零序電流 5 次諧波的大小和方向；華北電力大學(xué)利用零序電流