【正文】 電流之和(故障線路零序電流最大)。根據(jù)該原理開發(fā)了選線裝置，并進(jìn)行了實時數(shù)字仿真試驗，驗證在各種工況下都可以正確地選出故障線路。消弧線圈接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障后，非故障線路的零序電流波形是相似的，而故障線路零序電流波形與非故障線路差別較大。4) 對經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)，零序電流5次諧波對以上結(jié)論成立。 3)接地線路零序電流I0和非接地線路的零序電流方向相反，即相位滯后零序電壓 U0是90176。單相接地故障主要特征：1)零序電壓互感器開口電壓通常為零(實際上由于不平衡電壓的影響小于5V)，接地后接近l00V，其中：金屬性接地，經(jīng)電阻接地U02∈(30，100)。發(fā)生接地故障后，一般發(fā)出信號，直接指出故障線路。當(dāng)小電流接地系統(tǒng)發(fā)生接地故障時，故障線路始端零序電流將變大。而故障線路的保護(hù)通過的零序電流為所有非故障線路零序電流之和，其方向是從線路流向母線的。4 經(jīng)消弧線圈單相接地故障仿真4．1 選線原理本論文利用零序電流電壓即相關(guān)量進(jìn)行仿真分析，再通過仿真的波形結(jié)果，進(jìn)行計算后得出選線的結(jié)果。元件庫種類齊全，參數(shù)自行設(shè)置，使得MATLAB可以對現(xiàn)實中任意的線路進(jìn)行模擬。這樣即可以對現(xiàn)實真實的線路進(jìn)行仿真模擬。從電源、線路元件、電力電子元件到電機(jī)元件等，幾乎囊括了現(xiàn)今電力系統(tǒng)中所有元件的類型和種類?？梢悦枋鰻顟B(tài)空問、計算穩(wěn)態(tài)電流和電壓，還可預(yù)置或改變初始電流和電壓條件來計算電力系統(tǒng)電流等；4)功能強(qiáng)大，除了可進(jìn)行電力系統(tǒng)的連續(xù)時域仿真，通過采用固定步長的梯形積分法，可以先離散化電力系統(tǒng)模型，再進(jìn)行仿真，從而大夫提高仿真速度。使用標(biāo)準(zhǔn)的電力符號，便于電力系統(tǒng)的直觀建模；2) 包含電力系統(tǒng)幾乎所有標(biāo)準(zhǔn)模型，包括電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)、電力機(jī)械裝置、電力電子器件、各種控制測量模塊以及三相電力模型等，可以方便地測量電壓、電流、阻抗以及變壓器的磁通等。PSB通過系統(tǒng)擴(kuò)展simulink提供了一套獨特的環(huán)境，用于多域建模和控制器設(shè)計，用戶可以方便地建造模型，并可以快速繪出網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，并且同時分析各部分的作用。： SimPowerSystem 原件庫電力系統(tǒng)工具箱包含的模塊有：Electrical Sources(電源庫)、Elements(元件庫)、Power Electronics(電力電子元件庫)、Machines(電機(jī)庫)、Connectors(連接器庫)、Measurements(測量儀器庫)、Extra Library(附加元件庫)、Demos(示例庫)、Powergui(圖形用戶界面graphical user interface)，它是一個電力系統(tǒng)分析模塊 。它是Simulink下面的一個專用模塊集，主要是由加拿大的HydroQuebec和International公司共同開發(fā)的，其功能強(qiáng)大，可以用于電路、電力電子系統(tǒng)、電機(jī)系統(tǒng)、電力傳輸?shù)冗^程的仿真，它提供了一種類似電路建模的方式進(jìn)行模型繪制，使用者不需要自己編程而只需將仿真的電力系統(tǒng)圖搭建在工作窗口中，MATLAB自動將其變化成狀態(tài)方程描述的系統(tǒng)形式，便可以在SIMULINK下進(jìn)行仿真研究了[13]。MATLAB提供給技術(shù)人員和科研人員的不僅僅是各類問題的解決方案，更重要的是這些技術(shù)的使用變得尤為輕松簡單。友好的界面充分體現(xiàn)了軟件使用的難以程度。MATLAB提供的信號處理工具箱、數(shù)字信號處理濾波模塊、濾波器設(shè)計工具箱、小波分析工具箱和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)工具箱、為經(jīng)過電力仿真后數(shù)據(jù)處理提供了功能齊全的分析手段。如前所述，在相同的平臺上，MATLAB的數(shù)值運(yùn)算功能為進(jìn)行電力工程方面的運(yùn)算提供了強(qiáng)有力的后盾。1）電力系統(tǒng)仿真工具箱功能強(qiáng)大，工具箱內(nèi)部的元件庫提供了經(jīng)常使用的各種電力原件數(shù)學(xué)模型，并且提供了可以自己編程的方式創(chuàng)建合適的元件模型。在這個環(huán)境下，對所要求解的問題，用戶只需簡單地列出數(shù)學(xué)表達(dá)式，其結(jié)果便以數(shù)值火圖形方式顯示出來。MATLAB是英文matrix laboratory(矩陣實驗室)的縮寫，被譽(yù)為“巨人肩上的工具”。 單相接地故障時零序電流、電壓相量3 MATLAB的應(yīng)用3．1 MATLAB概述作為當(dāng)今世界最流行的第四代計算機(jī)語言，MATLAB軟件語言系統(tǒng)，由于它在科學(xué)計算、網(wǎng)絡(luò)控制、系統(tǒng)建模與仿真、數(shù)據(jù)分析、自動控制、圖形圖像處理、航天航空、生物醫(yī)學(xué)、物理學(xué)、生命科學(xué)、通信系統(tǒng)、DSP處理系統(tǒng)、財務(wù)、電子商務(wù)等不同領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用以及它自身所具備的獨特優(yōu)勢，目前MATLAB已倍受許多科研領(lǐng)域的青睞與關(guān)注。此法的本質(zhì)是尋求最大零序無功功率突變量的代數(shù)值，從理論上基本消除了CT不平衡的影響，但也有兩個缺陷：首先，計算過程中需取一參考信號，若該信號出問題，將造成該算法失效；其次，該算法在計算過程中需求出有關(guān)相量的相位關(guān)系，計算量太大。然后計算出各線路故障前、后的投影值之差I(lǐng)0,i，找出差值最大的I0,k，即最大的。首容性頻帶的上限截止頻率與系統(tǒng)參數(shù)有關(guān)，需根據(jù)系統(tǒng)參數(shù)整定。如基于零序電流集中式比較選線方法和基于相電流分散式比較的選線方法；利用首容性頻帶內(nèi)配電網(wǎng)單相接地故障時基本特征，提出暫態(tài)零序電流幅值、相位比較的選線方法。應(yīng)用粗集理論數(shù)據(jù)挖掘能力，對采樣的零序電流信號進(jìn)行增強(qiáng)處理，然后再用小波包對信號進(jìn)行分析，從而實現(xiàn)故障選線。現(xiàn)有多數(shù)方法僅僅給出了實現(xiàn)方法和仿真結(jié)果，整個算法缺乏理論基礎(chǔ)。小波分析法的技術(shù)難點在于小波基函數(shù)及小波分解尺度選擇。小波變換是把一個信號分解成不同尺度和位置的小波之和，利用合適的小波和小波基對暫態(tài)零序電流的特征分量進(jìn)行小波變換后，易看出故障線路上暫態(tài)零序電流特征分量的幅值包絡(luò)線高于非故障線路的，且其特征分量的相位也與非故障線路相反，這樣就能構(gòu)造出利用暫態(tài)信號的選線判據(jù)。小波分析可對信號進(jìn)行精確分析，特別是對暫態(tài)突變信號和微弱信號的變化較敏感，能可靠地提取出故障特征。小波變換是把一個信號分解成不同尺度和位置的小波之和，利用合適的小波和小波基對暫態(tài)零序電流特征分量進(jìn)行變換，可知故障線路上暫態(tài)零序電流特征分量幅值包絡(luò)線高于非故障線路，而且其特征分量相位也與非故障線路相反，構(gòu)造出利用暫態(tài)信號進(jìn)行接地選線的判據(jù)。采用該方法做出的保護(hù)裝置適用范圍受到限制，保護(hù)動作可靠性較差[16]。在電壓過零點附近，短路回路不經(jīng)過暫態(tài)過程，故障線路和非故障線路零序電流方向相同(由消弧線圈提供零序電流)。對于諧振接地系統(tǒng)，由于消弧線圈中電流不能突變，必須經(jīng)過一個暫態(tài)過程。因為電力系統(tǒng)中單相接地有相當(dāng)一部分是在雷擊或相電壓峰值附近發(fā)生，故障相電容電荷通過故障線路對故障點放電，使故障線路短路電流首半波和非故障線路方向相反。該方法雖然有一定的自適應(yīng)和容錯性，但得出結(jié)果精度依賴于提供樣本的數(shù)量和完備性，而且獲取訓(xùn)練樣本需大量時間，對具有一定規(guī)模的配電網(wǎng)很難滿足。這種方法受系統(tǒng)負(fù)荷不對稱程度影響較大，負(fù)序電流的獲取也比較困難。 負(fù)序電流法選擇負(fù)序電流最大的線路或直接選擇負(fù)序電流超越一定門檻的線路作為故障線路。當(dāng)線路較少或線路較短時，單相接地故障線路5次諧波零序電流較小，方向也難判別。5次諧波電流大小隨運(yùn)行方式的變化而變化，而且故障電流中5次諧波含量較小(小于故障電流的10％)，受TA不平衡電流和過渡電阻的影響，保護(hù)裝置難以整定。除基波零序分量以外，諧振接地系統(tǒng)中5次諧波電流最大(為非故障線路的總和)。故障點非線性因素會產(chǎn)生諧波電流，其中以5次諧波分量為主。 穩(wěn)態(tài)5次諧波幅值相位法經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)消弧線圈是針對基波設(shè)計，基波零序電流幾乎被消弧線圈電感電流抵消。目前人們認(rèn)為負(fù)荷沒有零序通路，所以負(fù)荷側(cè)零序阻抗為無窮大，負(fù)荷側(cè)對零序網(wǎng)絡(luò)開路。將各線路實際零序?qū)Ъ{、相位記憶下來，與故障時測得各線路零序?qū)Ъ{、相位比較，導(dǎo)納大小或相位發(fā)生變化的線路即為故障線路；若所有線路的零序?qū)Ъ{大小、相位在故障前后都未發(fā)生變化，則判為母線故障。仿真數(shù)據(jù)證明了方案的正確性，選線方案不受過渡電阻、故障初相角及故障位置的影響，具有自舉性，可與饋線保護(hù)裝置合為一體，滿足自動化要求。但在零序電流較小時容易誤判，不適用于諧振接地系統(tǒng)。但該方法受過渡電阻影響比較大，在過渡電阻較大時檢測零序電壓非常困難。而非故障線路零序電流無功分量超前于零序電壓90。該方法零序電流中有功分量較小，不利于選線，仍存在TA不平衡電流的影響。 零序電流有功分量法該方法使用在自動跟蹤消弧電抗器的小電流接地系統(tǒng)中，利用消弧線圈串聯(lián)非線性電阻的特點，在發(fā)生接地故障后、非線性電阻被短接前，非故障線路不與消弧線圈構(gòu)成低阻抗回路，零序電流為本身接地電容電流[4]。 零序基波電流群體比幅比相法利用零序電流比幅法和零序電流相位比較法，先進(jìn)行零序電流幅值比較，選出幾個較大的零序電流，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行相位比較，零序電流方向不同的即為故障線路。 零序基波電流比相法利用故障線路零序電流與非故障線路零序電容電流流動方向相反特點找出故障線路。根據(jù)消弧線圈容量變化前后零序電流比值變化趨勢不同確定接地故障線路。特別對經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)，由于消弧線圈的補(bǔ)償故障線路零序電流很小，用該方法根本無法選線。該方法不能排除電流互感器不平衡電流受線路長短、系統(tǒng)運(yùn)行方式及過渡電阻的影響，檢測靈敏度低。只要通過比較零序基波電流幅值和自身電容電流大小就能確定出故障線路。但當(dāng)接地電阻較小時，信號電流大部分經(jīng)故障線路流通，導(dǎo)致非故障線路阻尼率較大。 注入變頻信號法針對“s注入法”高阻接地時存在的問題，注入變頻信號可以較好解決。該方法利用處于不工作狀態(tài)的接地相PT注入信號，不增加一次設(shè)備，不影響系統(tǒng)運(yùn)行。故障時接地相的PT副邊處于被短路的狀態(tài)，由副邊感應(yīng)來的信號電流沿接地線路的接地相流動并經(jīng)接地點入地。但注入信號強(qiáng)度受TV容量影響，經(jīng)高阻接地時發(fā)信機(jī)可能產(chǎn)生誤判[15]。用信號電流探測器在開關(guān)柜后對每條出線進(jìn)行探測，探測到注入信號的線路即為故障線路。 “S注入法”首先由TV三相二次電壓判別故障相別[9]，再從TV副邊向接地相注入信號電流，其頻率一般取各次諧波之間數(shù)值，確保不被工頻分量和高次諧波分量干擾。具體選線過程：當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障后，采集各條出線零序電流，將消弧線圈補(bǔ)償度改變一檔，再次采集各條出線零序電流，對比各條出線在消弧線圈換檔前后零序電流變化量，其中變化量最大的線路即為故障線路。2 小電流接地選線方法綜述2．1 特殊信號法 殘流增量法殘流增量法適用于諧振接地系統(tǒng)，在電網(wǎng)發(fā)生單相接地故障時，如果增大消弧線圈失諧度(或改變限壓電阻阻值)，相應(yīng)故障點殘余電流(零序電流)隨之增大。本論文的主要工作內(nèi)容首先是大量搜集與小電流接地單相故障相關(guān)的資料，在了解單相故障選線的原理以后，再通過學(xué)習(xí)MATLAB進(jìn)行仿真。本課題利用MATLAB的PSB工具箱對每條線路分別建立故障數(shù)學(xué)模型，各條線路同時利用采樣的零序電流和零序電壓的數(shù)據(jù)，對所得的仿真結(jié)果于理論想對比，