【正文】 不能應(yīng)用。 關(guān)于暫態(tài)接地電流 id的數(shù)學(xué)表達(dá)式，可由式（ 2－ 2）和（ 2－ 7）導(dǎo)出： id＝ iC + iL ＝ (ICm－ ILm)cos(ω t +? )+ ICm(??f sin? sinω t cos? cosω ft) Cte?? + ILm cos? Lte?? (210) 式中的第一項(xiàng)為接地電流穩(wěn)態(tài)分量，等于穩(wěn)態(tài)電容電流和穩(wěn)態(tài)電感電流的幅值之差，其余為接地電流的暫態(tài)分量，等于電容電流的暫態(tài)自由振蕩分量與電感電流的暫態(tài)直流分量之和，上式再次表明，兩者的幅值不僅不能相互抵消，甚至還可能彼此疊加，使暫態(tài)接地電流的幅值明顯增大。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 設(shè)計(jì)（論文）專用紙 19 關(guān)。 至于暫態(tài)過程中的電感電流，其直流分量的初始值與初始相角、鐵心的飽和程度均有關(guān)。 本章小結(jié) 明確了凡是單相接地電弧能夠瞬間自行熄滅的系統(tǒng)即為小電流接地系統(tǒng)，主要包括中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)（諧振接地系統(tǒng)）、中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)和中性點(diǎn)經(jīng)高阻接地系統(tǒng)，介 紹了小電流接地系統(tǒng)各種接地方式的優(yōu)缺點(diǎn)； 充分討論了中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地后的暫態(tài)過程和原理， 為后面介紹各種選線方法打下基礎(chǔ)?？梢詫F(xiàn)有選線方法歸納如下： 圖 31 現(xiàn)有小電流接地系統(tǒng)單相接地故障選線方法 利用零序 分量的選線技術(shù) 已有的選線技術(shù)絕大部分是利用零序電壓、零序電流分量進(jìn)行選線，具體方法有：群體比幅比相法、五次諧波法、有功分量法、能量函數(shù)法、零序?qū)Ъ{法、電流突變量法、首半波法和小波法。 群體比幅比相法 群體比幅比相法的原理是先進(jìn)行零序電流比較，選出幾個(gè)幅值較大的作為候選（希望通過選大來(lái)避免“時(shí)鐘效應(yīng)”，但實(shí)際上不能完全避免），然后在此基礎(chǔ)上進(jìn)行相位比較，如果某條線路方向與其他線路不同，則其為故障線路 ，如果所有零序電流同相位，則為母線故障。在所有中性點(diǎn)非直小電流接地系統(tǒng)單相接地故障選線 利用零序分量的方法 不利用零序分量的方法 拉線法 負(fù)序電流法 信號(hào)注入法 基波群體比幅比相法 五次諧波法 有功分量法 能量函數(shù)法 零序?qū)Ъ{法 電流增量法 首半波法 小波法 設(shè)計(jì)（論文）專用紙 21 接接地系統(tǒng)中，非故障線路始端的零序電流 Ii0，為其自身對(duì)地電容電流 Iic。同時(shí)該方法不能排除 CT 不平衡電流及過渡電阻的影響，“時(shí)鐘效應(yīng)”仍可能存在。但是，在過渡電阻較大的情況下，選線情況不是很好且幅值較小， 在母線故障情況下能夠正確選線 五次諧波 法 對(duì)于中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)中的消弧線圈是按照基波整定的，即有 ?L≈ 1/?C 5?L1/5?C 可忽略消弧線圈對(duì)五次諧波產(chǎn)生的補(bǔ)償效果，因此可以通過對(duì)零序電流諧波分量比幅比相進(jìn)行選線。而且由于五次的穩(wěn)態(tài)諧波電流幅值小，易受過渡電阻和發(fā)電機(jī)、變壓器、負(fù)荷等非線性特性元件的影響，所以并不能保證可靠選線。 在短線故障的情況下，長(zhǎng)線的影響較大，五次諧波選線效果不好，尤其是在過渡電阻較大的情況下。 當(dāng)系統(tǒng)受到噪聲干擾時(shí)，由于諧波幅值過低且受到噪聲干擾，沒有明顯的反相關(guān)系。 具體的選線流程圖如圖 33所示： 圖 33 選線流程圖 有功分量法、能量函數(shù)法及零序?qū)Ъ{法 對(duì)于中性點(diǎn)經(jīng)消弧 線圈接地系統(tǒng)，消弧線圈不能補(bǔ)償零序電流有功分量，因此，故障線路零序電流有功分量與正常線路零序電流有功分量相位相反，并且故障線路零序電流有功分量幅值最大。但在實(shí)際中，有功分量一般只占零序電流的 2％～ 3％，易受 CT 不平衡對(duì)零序電流提取精度的影響，相角比較也容易發(fā)生誤選。實(shí)際上能量函數(shù)法是對(duì)有功分量進(jìn)行累加。這三種方法通過不同的方式對(duì)零序電流有功分量進(jìn)行描述，因此本質(zhì)上是一樣的，經(jīng)過這幾種方法的比較后，本文僅列出選線效果較好的能量函數(shù)的選線結(jié)果。同時(shí)因消弧線圈的補(bǔ)償作用，故障線路的零序電流方向與非故障線路的方向相同，不易選線。如果能夠從線路零序電流中分解出阻性電流分量，則可以利用此值進(jìn)行選線?？紤]到電網(wǎng)中電容和電感只能儲(chǔ)存能量而不消耗能量，則零序電流與電壓乘積在一定時(shí)間內(nèi)的積分值就是零序電流中阻性分量消弧的能量。為了使選線判據(jù)在間歇性電弧接地和瞬間接地故障時(shí)同樣有效，以暫態(tài)量作為研究對(duì)象，所以此時(shí)定義的零序電流不再是傳統(tǒng)意義上的三序電流中的零序分量，而是三相電流瞬時(shí)值之和的 1/3。如式（ 36）、（ 37）所示： i0=(ia+ib+ic)/3 (36) u0=(ua+ub+uc)/3 (37) 定義線路 j的零序暫態(tài)能量為 設(shè)計(jì)（論文）專用紙 24 Wj= dtiujT 00 0? j=1,2,… .3 (38) 式中 u0為中性點(diǎn)電壓； i0j為第 j條線路的零序電流； T為電網(wǎng)工頻周期。 電網(wǎng)發(fā)生單相接地故障后，根據(jù)疊加原理，可以假定系統(tǒng)由兩個(gè)子系統(tǒng)疊加構(gòu)成：一個(gè)由三相電源和傳輸網(wǎng)絡(luò)及負(fù)載組成的正常運(yùn)行系統(tǒng)；另一個(gè)由發(fā)生故障后故障點(diǎn)假想電壓源和傳輸網(wǎng)絡(luò)組成的故障系統(tǒng)。電感和電容只 是存儲(chǔ)能量，在整數(shù)倍工頻周期內(nèi)差為零，只有線路的電阻和對(duì)地導(dǎo)納上才消耗能量，所以 Wj是第 j 條線路上零序能量，根據(jù)零序電流的參考方向和零序阻性電流的特點(diǎn)，則可得故障線路的能量為負(fù)，非故障線路上的能量為正，且故障線路的能量絕對(duì)值最大。 通過暫態(tài)能 量法可以正確選線，大故障角時(shí)能夠無(wú)干擾的選線，但是小故障角時(shí)發(fā)生單相接地故障時(shí)，存在著一些幅值的數(shù)，雖然幅值不是最大，但也有些干擾因數(shù)。 在不同過渡電阻、不同合閘角的情況下，發(fā)生母線故障時(shí)可以正確選線。 選線流程圖如圖 34所示： 開始 啟動(dòng)暫態(tài)量選線裝置 N Y 顯示結(jié)果 排除 故障線路 母線故障 能量值大小是否最大 計(jì)算各條線路上的能量 是否有能量 值為負(fù)的線路 Y N 設(shè)計(jì)（論文）專用紙 25 圖 34 選線流程圖 電流增量法 在單相永久接地故障的情況下，如果改變消弧線圈的失諧度（或限壓電阻的阻值），則只有故障線路中的零序電流（故障點(diǎn)的殘余電流）會(huì)隨之變化。該方法可以消除 TA 等帶來(lái)測(cè)量誤差的影響，可重復(fù)計(jì)算、重復(fù)判斷。該方法的靈敏度、可靠性都較高。電流增量法利用調(diào)諧前后的零序 電流折算到一個(gè)電壓，然后比較各條線路的零序電流變化量，變化量最大的就是故障線路，可以用式 (39)所示，其中， I ki 表示調(diào)諧前的零序電流幅值， I mi 表示調(diào)諧后的零序電流幅值。 ?Ii =?I mi I ki? If =max??Ii ? 選線流程圖如圖 35所示： 圖 35 選線流程圖 對(duì)比調(diào)諧前后的波形，可以發(fā)現(xiàn)故障線路的電流變化量最大。 該方法同時(shí)還有的缺點(diǎn)是對(duì)不接地系統(tǒng)和消弧線圈不能自動(dòng)調(diào)節(jié)的系統(tǒng)不能適開始 Y N 顯示結(jié)果 線路 Lj故障 母線故障 ?I j?Ik+?Im 計(jì)算各線路的電流變化量絕對(duì)值，選出最大的三個(gè)， ?Ij、 ?I k、 ?I m i=1,2,… ,n (39) 設(shè)計(jì)（論文）專用紙 26 用。 0 0 . 0 1 0 . 0 2 0 . 0 3 0 . 0 4 0 . 0 5 0 . 0 6 0 . 0 7 0 . 0 8 0 . 0 9 0 . 1 3 0 2 0 1 00102030405060i/At/s故障線路 圖 36 過補(bǔ)償 15％時(shí)的零序電流 調(diào)諧到全補(bǔ)償狀態(tài)后，零序電流信號(hào)如圖 37 所示。發(fā)生接地后的第一個(gè)半周周期，故障線路零序暫態(tài)電流與正常線路零序暫態(tài)電流極性相反。 故障發(fā)生在相電壓最大值時(shí)的波形圖如圖 38 所示。 零序電流圖 39如下： 0 0 . 0 1 0 . 0 2 0 . 0 3 0 . 0 4 0 . 0 5 0 . 0 6 0 . 0 7 0 . 0 8 0 . 0 9 0 . 1 0 . 8 0 . 6 0 . 4 0 . 200 . 20 . 40 . 60 . 8t/si/A故障線路 設(shè)計(jì)（論文）專用紙 28 圖 39 首半波法零序電流 首半波法的選線流程圖如圖 310 所示 圖 310 選線流程圖 首半波法只能用于故障發(fā)生的相電壓最大值附近。 小波法 小波法利用近年來(lái)新興的小波變換理論，提取故障暫態(tài)信號(hào)的特征量進(jìn)行故障選線。選用合適的小波基對(duì)暫態(tài)零序電流的特征分量進(jìn)行小波變換后，得到故障線路上暫態(tài)零序電流特征分量的幅值高于非故障線路，且特征分量的極性也與非故障線路相反。 不利用零序分量的選線技術(shù) 除了利用零序分量的選線方法，很多專家提出了不利用零序分量的選線方法，包括拉線法、負(fù)序電流法、“ S”信號(hào)注入法和注入變頻信號(hào)法。這種方法雖然可以在較短的時(shí)間內(nèi)準(zhǔn)確的選出故障線路，但是造成了用戶不必要的停電損失，大大降低供電可靠性 指標(biāo)，同時(shí)也不利于人身、設(shè)備的安全。利用該特點(diǎn)可以選擇負(fù)序電流最大或超越預(yù)設(shè)門檻的線路為故障線路，也可以選擇相位相反的線路為故障線 設(shè)計(jì)（論文）專用紙 30 路。單相接地后，故障點(diǎn)產(chǎn)生負(fù)序及零序電流，零序電流以所有線路為回路，而負(fù)序電流僅以故障線路為回路，因此提出了利用負(fù)序電流判斷故障線路。目前，尚沒有利用負(fù)序電流選線的實(shí)際產(chǎn)品投入使用。一般從電壓互感器二次側(cè)注入電流信號(hào)，其頻率取在各次諧波之間，從而保證不被工頻分量及高頻諧波分量干擾。該方法的最大優(yōu)點(diǎn)是適用于線路尚只安裝兩相電流互感器的系統(tǒng)，利用該方法的選線裝置已大 量投入運(yùn)行，但效果并不理想，這是因?yàn)樵摲椒ǖ娜秉c(diǎn)在于：（ 1）經(jīng)高阻接地時(shí)，注入信號(hào)微弱而不易檢測(cè)；（ 2）弧光接地時(shí)諧波含量豐富，注入信號(hào)極易受到干擾； (3) 電弧接地時(shí)含有豐富的諧波分量，不論注入信號(hào)取哪一頻帶，都有可能識(shí)別不出。但是，當(dāng)線路較短或經(jīng)大電阻接地時(shí)，零序電流很小，此時(shí)零序電流的相位誤差很大，選線效果不是很好。 能量函數(shù)法的選線效果較好，但是在相電壓過零時(shí)發(fā)生故障有一些干擾，而有功分量法由于在零序電流中的有功分量不大，故選線效果也不是很好，零序?qū)Ъ{法也是這樣。 首半波法在故障發(fā)生在相電壓最大值附近時(shí)能正確選線，而在相電壓過零點(diǎn)附近時(shí)不能正確選線；短線路故障時(shí)，長(zhǎng)線路的影響不大。 拉線法雖然可以在較短的時(shí)間內(nèi)準(zhǔn)確的選出故障線路，但是造成了用戶不必要的停電損失，在對(duì)電能質(zhì)量要求越來(lái)越高的今天是不可取的。 負(fù)序電流法受負(fù)荷不平衡的影響很大，而配電網(wǎng)的不平衡通常很高，所以很容易發(fā)生誤選。 綜上所述，單相接 地故障情況復(fù)雜，每一種選線技術(shù)又有各自的應(yīng)用條件，不能適用于所有的故障情況。 設(shè)計(jì)（論文）專用紙 32 第四章 .ZXJII 綜合故障診斷及錄波裝置 概述 上海藍(lán)瑞電氣有限公司依托上海交通大學(xué)電力電子研發(fā)中心聯(lián)合上海電力公司經(jīng)過多年的研究，并且通過模擬電網(wǎng)及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際運(yùn)行試驗(yàn)驗(yàn)證，研制出了最新一代產(chǎn)品： ZXJII 綜合故障診斷及錄波裝置。 該系統(tǒng)將采用了與傳統(tǒng)小電流選線設(shè)備完全不同的體系結(jié)構(gòu)和診斷算法，立足于完整捕獲故障信息、實(shí)現(xiàn)對(duì)故障過程進(jìn)行綜合分析，準(zhǔn)確辨識(shí)零序故障類型（鐵磁諧振、串聯(lián)諧振、傳遞過電壓、 PT 故障、母線故障、單相接地、虛幻接地等）、消弧線圈動(dòng)態(tài)特性監(jiān)視和單相接地故障選線等功能。 （ 4）對(duì)信號(hào)發(fā)展過程進(jìn)行搜索，將故障過程分解為多個(gè)由單一電網(wǎng)參數(shù)突變導(dǎo)致的子過程。然后進(jìn)行縱向比較（所有信號(hào)最強(qiáng)特征域之間比較）和橫向比較（最強(qiáng)特征域與其他域之間進(jìn)行諧波、幅值、相位的比較）； （ 7）可以通過后臺(tái)錄波數(shù)據(jù)離線分析軟件對(duì)錄波數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，通過錄波數(shù)據(jù)的分析可以發(fā)現(xiàn)信號(hào)接錯(cuò)、接反的情況，并可以動(dòng)態(tài)監(jiān)視消弧線圈運(yùn)行狀態(tài)； 設(shè)計(jì)（論文）專用紙 33 ZXJII 綜合故障診斷及錄波裝置特點(diǎn) （ 1）裝置功能 錄波及波形分析功能 A、 裝置可對(duì)造成零序電壓升高 的各類故障進(jìn)行錄波，包括瞬時(shí)性故障。 C、 每路信號(hào)錄波采樣率為 。 E、 裝置應(yīng)能記錄 10000 次以上的錄波數(shù)據(jù)，并能方便的查詢并顯示錄波波形。 F、 錄波數(shù)據(jù)可以方面導(dǎo)出，并配有后臺(tái)分析軟件，該軟件具有優(yōu)良的可視化人機(jī)交互界面，可以方便地分析錄 波數(shù)據(jù)、顯示和比較錄波波形、為現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員進(jìn)行事后電網(wǎng)事故分析提供依據(jù)和