【正文】 ............................ 19 聲明 1 緒論 1 1 緒論 課題研究背景與意義 電力系統(tǒng)常用的系統(tǒng)接地方式有四種：中性點(diǎn)直接接地，中性點(diǎn)經(jīng)電阻接地，中性點(diǎn)不接地和中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地。 文章主要針對(duì)小電流系統(tǒng)單相接地選線方法進(jìn)行了分析，研究了小電流接地故障暫態(tài)算法和穩(wěn)妥算法，并重點(diǎn)分析了多判據(jù)信息 融合選線方法。摘 要 I 論文 對(duì)小電流接地系統(tǒng)單相接地保護(hù)選線方案的研究 學(xué)科（專業(yè)）：電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化 西安交通大學(xué)網(wǎng)絡(luò)教育學(xué)院論文 II 摘 要 小電流接地方式由于在保證運(yùn)行維護(hù)人員的安全、過電壓水平、設(shè)備絕緣水平、經(jīng)濟(jì)性等方面存在諸多的優(yōu)點(diǎn)，所以一直被應(yīng)用于我國的中低壓電網(wǎng)中。在生產(chǎn)實(shí)際中，中低壓線路的故障，有 70%以上都是單相接地故障，所以，尋找一種選線準(zhǔn)確率高的保護(hù)裝置，仍然具有相當(dāng)重要的理論和實(shí)用價(jià)值。文章最后進(jìn)行了小電流系統(tǒng)選線方法問題的分析。而上述的四種方法可歸結(jié)為三類接地系統(tǒng)：中性點(diǎn)直接接地或經(jīng)一低阻抗接地的系統(tǒng)，這種系統(tǒng)稱為有效接地系統(tǒng)；不接 地或經(jīng)高阻抗接地的系統(tǒng)，這種系統(tǒng)稱為非有效接地系統(tǒng)；經(jīng)消弧線圈接地的系統(tǒng)，稱為消弧線圈接地系統(tǒng)也稱諧振接地系統(tǒng)。此類系統(tǒng)零序阻抗很大，通常為正序阻抗的 4～ 5 倍，因此發(fā)生單相接地短路時(shí)，流過接地點(diǎn)的故障電流較小，所以稱其為小電流接地系統(tǒng)。 在中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)中，一旦某條出線發(fā)生單相接地短路故障，就會(huì)產(chǎn)生很 大的單相接地故障電流，從而啟動(dòng)保護(hù)裝置動(dòng)作跳閘。尤其是在瞬時(shí)故障條件下，短路點(diǎn)可以自行滅弧并恢復(fù)絕緣，不需要運(yùn)行人員采取什么措施，這對(duì)于減少用 戶短時(shí)停電次數(shù)具有積極意義。此時(shí)運(yùn)行人員必須盡快查明短路線路和短路點(diǎn)，以便采取相應(yīng)對(duì)策解除故障，恢復(fù)系統(tǒng)正常運(yùn)行。在發(fā)生單相接地故障后，能夠迅速確 定接地故障位置對(duì)配電網(wǎng)的安全運(yùn)行意義重大。人們針對(duì)這個(gè)問題做了大量的研究，基于不同的原理，提出了許多解決方案，有的已經(jīng)開發(fā)出選線裝置并在實(shí)際工作中取得了一定的應(yīng)用。其主要原因西安交通大學(xué)網(wǎng)絡(luò)教育學(xué)院論文 2 在于： (1)對(duì)金屬性接地選線正確率很高，但對(duì)非金屬性接地選線正確率非常低，誤判、漏判幾率非常大，實(shí)際中不得已還得采用逐線拉閘的方式。另外，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的多變性及接地點(diǎn)、接地電阻、接地性質(zhì)的多變性進(jìn)一步增加了選線的難度。 (3)盡管使用微機(jī)選線裝置避免了繁瑣的倒閘操作，提高了可靠性，但人工查找故障點(diǎn)仍是一項(xiàng)耗時(shí)耗力的工作。 (4)零序電流的獲取困難。 (5)缺乏選線方法的綜合判據(jù)和有效性判定。 課題研究現(xiàn)狀 小電流接地系統(tǒng)單相接地故障后的信號(hào)中含有各種各樣的故障信息，如穩(wěn)態(tài)基波分量，高頻暫態(tài)分量，現(xiàn)在的各種算法就是利用了各種故障信息構(gòu)成的故障判據(jù)。理論和實(shí)踐都表明，沒有一種選線方法能夠保證對(duì)所有故障類型都有效，每種選線判據(jù)都有一定的適用范圍，也都有各自的局限性，需要滿足一定的適用條件。迄今為 止還不存在萬能型、無條件選線判據(jù)，因?yàn)槿绻嬖冢x線問題就已經(jīng)解決了。因?yàn)槊恳环N選線判據(jù)的適用條件是不同的，針對(duì)某個(gè)故障樣本，一種判據(jù)的適用條件可能不滿足，但另一種判據(jù)的適用條件可能能夠滿足，幾種判據(jù)覆蓋的總的有效故障區(qū)域必然大于單個(gè)判據(jù)的有效故障區(qū)域。因此能滿足我們的要求。其中模糊理論是用數(shù)學(xué)方法研究和處理具有“模糊”現(xiàn)象的一門科學(xué)。例如“某一故障特征的明顯程度”、“某一方法的有效性”等等均沒有精確的度量，存在一定的模糊性。 所以，本文對(duì)現(xiàn)有的各種小電流系統(tǒng)單相接地選線方法進(jìn)行簡要的 分析，并在第三章對(duì)小波法進(jìn)行詳細(xì)說明，并進(jìn)行算例仿真。因此，將多種選線方法或判據(jù)，考慮應(yīng)用模糊理論解決算法有效性并進(jìn)行多判據(jù)融合，這也是小電流接地系統(tǒng)故障選線發(fā)展的一個(gè)方向。 (3) 重點(diǎn)分析了多判據(jù)信息融合選線方法。 2 小電流接地系統(tǒng)單相接地選線方法分析與探討 5 2 小電流接地系統(tǒng)單相接 地選線方法分析與探討 小電流接地故障穩(wěn)態(tài)算法 在電力系統(tǒng)發(fā)展的初期，考慮到絕緣方面的因素，電力系統(tǒng)中性點(diǎn)直接接地 (大電流接地系統(tǒng) )，相應(yīng)的繼電保護(hù)裝置一般根據(jù)穩(wěn)態(tài)的電流來整定。 零序電流幅值比較法 零序電流幅值比較法簡稱幅值法，它利用故障線路零序電流幅值比非故障線路大的特點(diǎn)選擇故障線 路。由于不需設(shè)定門檻值，群體比幅法提高了檢測(cè)可靠性和靈敏度，但在母線故障時(shí)會(huì)出現(xiàn)誤判斷。由于該電網(wǎng)中消弧線圈補(bǔ)償電流的存在，往往使故障線路電流幅值小于非故障線路；另外一個(gè)影響可靠性的因素是故障點(diǎn)電弧不穩(wěn)定現(xiàn)象，小電流接地故障往往 伴隨有間歇性拉弧現(xiàn)象，由于沒有一個(gè)穩(wěn)定的接地電流，因此可能造成選線失敗。 零序電流方向法 零序電流方向法簡稱方向法或相位法，它利用故障線路零序電流與非故障線路方向相反的特點(diǎn)選擇故障線路。則說明零序電容電流的方向是由線路流向母 線，該線路被選為故障線路；另一種方法是群體比相法 [3]，選擇 3 個(gè)以上幅值最大的線路零序電流，比較它們之間的相位，相位與其他線路相反的線路被選為故障線路。因?yàn)樵谶^補(bǔ)償或完全補(bǔ)償狀態(tài)下，故障線路零序電流的方向與非故障線路相同；對(duì)間歇性接地故障來說，零序電流波形畸變嚴(yán)重，難以計(jì)算其相位，方向法比幅值法更容易出現(xiàn)誤判斷。因此，故障線路的 5 次諧波零序電流的幅值比非故障線路的都大且方向相反，據(jù)此可以選擇故障線路，稱為 5 次諧波法 [4]。諧波法的優(yōu)點(diǎn)是可以克服消弧線圈補(bǔ)償?shù)挠绊?，但?shí)際應(yīng)用效果并不理想。 零序電流有功分量法 零序電流有功分量法 [5, 6]是根據(jù)線路存在對(duì)地電導(dǎo)以及消弧線圈存在電阻損耗，故障電流中含有有功分量來選擇故障線路。根據(jù)這一特點(diǎn)，可選出故障線路。有功分量法的優(yōu)點(diǎn)是不受消弧線圈的影響，但由于故障電流中有功分量非常小并且受線路三相參數(shù)不平衡的影響，檢測(cè)靈敏度低 ，可靠性得不到保障。這樣做帶來的問題是使接地電流增大，加大對(duì)故障點(diǎn)絕緣的破壞，很可能導(dǎo)致事故擴(kuò)大。 負(fù)序電流法 因?yàn)樾‰娏鹘拥毓收系呢?fù)序電流具有與零序電流相同的分布特征，所以負(fù)序電流法 [ 7 ]也可以通過比較各線路負(fù)序電流的大小與方向選擇故障線路。但正常運(yùn)行時(shí)線路 中也會(huì)存在較大的負(fù)序電流，并且負(fù)序電流的獲取遠(yuǎn)不如零序電流來得簡單、準(zhǔn)確，所以負(fù)序電流法的實(shí)際應(yīng)用效果并不會(huì)比零序電流法好。零序?qū)Ъ{法 [8， 9]通過在饋線端口測(cè)量零序電流與電壓來獲得故障時(shí)各條線路的零序?qū)Ъ{，根據(jù)故障相線路的零序?qū)Ъ{分布在第 第 3 象限和正常相的零序?qū)Ъ{分布在第一象限這一特點(diǎn)來選擇故障線路。 2 小電流接地系統(tǒng)單相接地選線方法分析與探討 7 小電流接地故障暫態(tài)算法 小電流接地系統(tǒng)中穩(wěn)態(tài)電流幅值小，易受到接地電阻、電弧和電流互感器不平衡電流的影響，其靈敏度低，所以選線的效果并不好。因此，利用暫態(tài)信號(hào)進(jìn)行接地選線可以克服穩(wěn)態(tài)選線法存在靈敏度低以及受消弧線圈影響的缺點(diǎn)。由于暫態(tài)過程短，且受線路結(jié)構(gòu)、參數(shù)及故障條件的影響，暫態(tài)量算法在實(shí)用中還有待實(shí)踐檢驗(yàn)。借助現(xiàn)代微電子技術(shù)，可以很方便地實(shí)現(xiàn)接地故障暫態(tài)信號(hào)的高速采集、記錄及分析，利用暫態(tài)信號(hào)的接地選線技術(shù)已取得了重大進(jìn)展。 暫態(tài)零序能量法 暫態(tài)零序能量法 [11]對(duì)故障后各線路零模瞬時(shí)功率進(jìn)行積分，得到零模能量函數(shù)。 暫態(tài)能量法實(shí)質(zhì)上是零模有功功率法在暫態(tài)信號(hào)上的應(yīng)用。 暫態(tài)零序相位法 暫態(tài)零序相位法就是根據(jù)故障時(shí) ,故障相的暫態(tài)零序電流與非故障相的電流相位相反來判斷故障線路。文獻(xiàn) [12～ 14]通過分析暫態(tài)諧波在一定頻段既選頻帶 (SFB)內(nèi)的相頻特性：故障相暫態(tài)零序電流的相位與 非故障的相位相反，利用小波分析這部分諧波的相位關(guān)系，通過各個(gè)諧波的相頻特性來判斷故障線路。 基于現(xiàn)代信號(hào)處理技術(shù)的故障選線算法 小電流接地故障選線是一種利用弱信號(hào)做出辨識(shí)的技術(shù)。像小波變換、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)及模糊理論等理論用來對(duì)故 障信號(hào)進(jìn)行分析與處理。因此為了最大限度地提高選線準(zhǔn)確率，應(yīng)該在保證滿足選線時(shí)限要求的情況下，盡量多地選用有互補(bǔ)性的選線原理來綜合選線。 選線原理選擇 中性點(diǎn)不接地方式下選線原理選擇