【正文】 三相暫態(tài)信號之和。該方法是中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)的常用選線方法，被大多數(shù)選線裝置所采用，是當(dāng)前國內(nèi)基于系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)故障分量的最好的原理。當(dāng)中性點(diǎn)不接地時，故障線路始端的零序電流If0，為所有非故障線路零序電流之和，而方向是自線路流向母線，即有[3]If0 = = (31)但是當(dāng)線路較短或者經(jīng)大電阻接地時，零序電流幅值很小，此時零序電流的相位誤差將很大，導(dǎo)致選線錯誤。 群體比幅比相法實(shí)現(xiàn)流程圖如圖32所示開始YN顯示結(jié)果故障線路母線故障是否有與其它反相位的線路 計算各線路故障后半周期的電流幅值I和初始相角q選出幅值三個最大值所在的線路j、k、m并比較其相角qО圖32 選線流程圖群體比幅比相法在過渡電阻較小的情況下，故障發(fā)生在電壓最大值附近時，選線效果較好。由于系統(tǒng)中的五次諧波含量很大，因此多數(shù)裝置采用五次諧波法選線，但是當(dāng)接地過渡電阻很大時，五次諧波含量很小，此時會影響選線的準(zhǔn)確性。五次諧波法對于電弧故障時的選線效果不是很好,尤其是大過渡電阻時，小故障角時故障接地很難正確選出故障線路。母線故障時，用五次諧波法雖然可以正確選線，但是幅值都較小，在這樣的情況下，很容易誤選。但是下文給出的有功分量法將能夠給出正確選線。中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)中的消弧線圈可等效為電感L和電導(dǎo)gL的并聯(lián)，則單相接地故障時流過消弧線圈的零序電流中含有有功分量gLUof，即有I0N = gLUof + j (33)而在線路中只有故障線路零序電流中才含有有功分量，且為－gLUof，即有[3]I0N = gLUof j (34)所以，通過提取線路零序電流中有功分量的大小和方向，幅值最大且與其他線路相反的就是故障線路。能量函數(shù)法通過式（35）計算能量函數(shù)的值，即Wk=229。實(shí)際上能量函數(shù)法是對有功分量進(jìn)行累加。這三種方法通過不同的方式對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存能量而不消耗能量，則零序電流與電壓乘積在一定時間內(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同樣有效，以暫態(tài)量作為研究對象，所以此時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Wj= 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)由兩個子系統(tǒng)疊加構(gòu)成：一個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值最大。通過暫態(tài)能量法可以正確選線，大故障角時能夠無干擾的選線，但是小故障角時發(fā)生單相接地故障時，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)生母線故障時可以正確選線。選線流程圖如圖34所示：開始啟動暫態(tài)量選線裝置NY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算各條線路上的能量是否有能量值為負(fù)的線路YN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）會隨之變化。該方法可以消除TA等帶來測量誤差的影響，可重復(fù)計算、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。i=1,2,…,n(39)DIi =239。If =max{DIi }選線流程圖如圖35所示：開始YN顯示結(jié)果線路Lj故障母線故障DI jDIk+DIm 計算各線路的電流變化量絕對值，選出最大的三個，DIj、DI k、DI m圖35 選線流程圖對比調(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。該方法同時還有的缺點(diǎn)是對不接地系統(tǒng)和消弧線圈不能自動調(diào)節(jié)的系統(tǒng)不能適用。圖36 過補(bǔ)償15％時的零序電流調(diào)諧到全補(bǔ)償狀態(tài)后，零序電流信號如圖37所示。發(fā)生接地后的第一個半周周期，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的波形圖如圖38所示。零序電流圖39如下：圖39 首半波法零序電流首半波法的選線流程圖如圖310所示開始YN顯示結(jié)果故障線路母線故障是否有與其它反相位的線路 計算各線路故障后半周期的電流幅值I和初始相角q選出幅值三個最大值所在的線路j、k、m并比較其相角qО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。 小波法利用近年來新興的小波變換理論，提取故障暫態(tài)信號的特征量進(jìn)行故障選線。選用合適的小波基對暫態(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”信號注入法和注入變頻信號法。這種方法雖然可以在較短的時間內(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，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，這是因為該方法的缺點(diǎn)在于：（1）經(jīng)高阻接地時，注入信號微弱而不易檢測；（2）弧光接地時諧波含量豐富，注入信號極易受到干擾；(3) 電弧接地時含有豐富的諧波分量，不論注入信號取哪一頻帶，都有可能識別不出。但是，當(dāng)線路較短或經(jīng)大電阻接地時，零序電流很小，此時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能正確選線，而在相電壓過零點(diǎn)附近時不能正確選線；短線路故障時，長線路的影響不大。拉線法雖然可以在較短的時間內(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，在對電能質(zhì)量要求越來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。 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)場實(shí)際運(yùn)行試驗驗證，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)對故障過程進(jìn)行綜合分析，準(zhǔn)確辨識零序故障類型（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）、消弧線圈動態(tài)特性監(jiān)視和單相接地故障選線等功能。（4）對信號發(fā)展過程進(jìn)行搜索，將故障過程分解為多個由單一電網(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）可以通過后臺錄波數(shù)據(jù)離線分析軟件對錄波數(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)信號接錯、接反的情況，并可以動態(tài)監(jiān)視消弧線圈運(yùn)行狀態(tài)； 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、 裝置可對造成零序電壓升高的各類故障進(jìn)行錄波，包括瞬時性故障。 C、 。 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)場技術(shù)人員進(jìn)行事后電網(wǎng)事故分析提供依據(jù)和分析工具。 綜合故障診斷功能 A、裝置能夠準(zhǔn)確辨識鐵磁諧振、消弧線圈串聯(lián)諧振、單相斷相、單相斷相接地、配電變壓器繞擊、電網(wǎng)擾動、電壓跌落及單相接地等多種故障類型,能對故障現(xiàn)象給出正確的解釋。 B、根據(jù)變電站的實(shí)際過電壓情況，對變電站各設(shè)備的絕緣配合進(jìn)行分析。 B、 毫秒的所有零序故障，包括瞬間故障。 消弧線圈動態(tài)特性監(jiān)視功能 A、消弧線圈動態(tài)特性監(jiān)視 B、動作時間、動態(tài)響應(yīng)速度及跟蹤靈敏度實(shí)時在線分析 C、電容電流檢測精度及消弧線圈調(diào)節(jié)范圍動態(tài)監(jiān)視 D、對接地狀態(tài)與串聯(lián)諧振狀態(tài)的辨識能力 后臺監(jiān)控分析功能 A、通過IP 網(wǎng)接可將各變電站綜合故障診斷及錄波裝置接入后臺監(jiān)控分析系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對裝置和數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程監(jiān)控及分析功能。 遠(yuǎn)程調(diào)取故障數(shù)據(jù)并進(jìn)行集中管理，統(tǒng)一分析，處理及統(tǒng)計。 故障波形回放功能，實(shí)現(xiàn)故障判別再現(xiàn)。 通信功能 A、 裝置能接入綜合自動化系統(tǒng)。 C、 根據(jù)需要可提供RS23RS422 或RS485 通信接口。通過后臺工作站和下載零序故障錄波及綜合診斷裝置錄波數(shù)據(jù)和監(jiān)控運(yùn)行狀態(tài)。 B、 可變更系統(tǒng)時間。 人機(jī)界面 A、 應(yīng)采用大屏幕彩色液晶顯示屏。 C、 實(shí)時顯示各母段各相對地電壓、零序電壓等參數(shù)和系統(tǒng)時間。（2）技術(shù)關(guān)鍵1） 全息故障辨識技術(shù)： 該技術(shù)充分利用故障發(fā)生前后完整的錄波信號進(jìn)行故障辨識，如果是復(fù)合故障，還需要綜合多個單一故障的辨識結(jié)果，得出最終結(jié)論。當(dāng)無暫態(tài)發(fā)生，則定時記錄穩(wěn)態(tài)過程的幅值和相角，實(shí)現(xiàn)對零序漂移特性的記錄。4） 根據(jù)錄波數(shù)據(jù)和現(xiàn)場情況分析故障原因的方法 研究錄波數(shù)據(jù)和故障原因的關(guān)聯(lián)性，具體方法是根據(jù)不同的故障起因建立仿真模型，然后對仿真錄波數(shù)據(jù)和現(xiàn)場錄波數(shù)據(jù)進(jìn)行比較分析，得出錄波數(shù)據(jù)和故障原因的關(guān)聯(lián)性。 （3）較其他同類產(chǎn)品優(yōu)勢 1）零序故障診斷全面、準(zhǔn)確，是唯一一款在各種電網(wǎng)環(huán)境下都可準(zhǔn)確選線的設(shè)備。 b) 在上海電力公司 20 多個變電站掛網(wǎng)運(yùn)行至今，無漏選和選錯的現(xiàn)象，設(shè)備準(zhǔn)確性得到充分驗證。 d) 獲得上海電力公司技術(shù)進(jìn)步特等獎，獲得國家科委創(chuàng)新基金支持、通過了教育部組織，4 名院士參加的技術(shù)鑒定，鑒定結(jié)果為“國際先進(jìn)水平”。另外，對線電壓也進(jìn)行了錄波。c) 故障前后錄波達(dá) 500 個周波，完整捕獲故障全過程。3）具有錄波數(shù)據(jù)后臺分析管理功能 a) 裝置除可接入綜合自動化系統(tǒng)外，還可配置后臺分析工作站。 b) 后臺分析工作站可根據(jù)需要提供多種分析工具。 5）高可靠、易擴(kuò)展采用上下位機(jī)結(jié)構(gòu)，上位機(jī)實(shí)現(xiàn)人機(jī)界面和波形存儲管理；下位機(jī)實(shí)現(xiàn)信號實(shí)時監(jiān)測、故障波形捕獲、在線診斷等功能。 6）人機(jī)界面友好 寸彩色液晶屏，方便查看錄波波形。在本裝置的基礎(chǔ)上，通過增加相應(yīng)的功能板和進(jìn)行軟件升級可實(shí)現(xiàn)全面的過電壓檢測（包括雷擊過電壓）和評估、變電站出線電纜絕緣狀態(tài)檢測、故障定位（需在架空線沿途掛設(shè)檢測器，在變電站增設(shè)通信管理單元）、故障隔離（需增加負(fù)荷開關(guān)、用戶界面開關(guān)及配套檢測器）、電網(wǎng)設(shè)備狀態(tài)檢測（增加配套檢測器和通信單元）等功能。 小電流接地動態(tài)模擬電網(wǎng)結(jié)構(gòu) 小電流接地動態(tài)模擬電網(wǎng)在結(jié)構(gòu)上分為兩段，兩段間設(shè)有母聯(lián)斷路器，可實(shí)現(xiàn)各段單獨(dú)運(yùn)行或兩段并運(yùn)。在各段的中性點(diǎn)上安裝了一個消弧線圈，一段為L1，二段為L2，并引出勵磁電流接線端子。每段設(shè)置了5條支路，各通過一定的電容接地，用以模擬實(shí)際電網(wǎng)中的支路對地電容。此外各支路上安裝零序電流互感器，并引出接線端子。圖52 模擬電網(wǎng)接地波形實(shí)錄實(shí)驗中，使用了I段電網(wǎng)共5條支路，其對地電容分別為5uF、10uF、10uF、20uF、20uF。從波形中可明顯看出，通道四為接地支路。這些波形反映的是模擬電網(wǎng)上某次單相接地故障發(fā)生時刻附近的零序電壓及各支路零序電流信息，發(fā)生故障時電網(wǎng)上共有5條支路正常運(yùn)行，故障支路對地電容為20uF。 本次數(shù)據(jù)分析范圍，是13年06月01日到13年10