【正文】 越低，但同時(shí)應(yīng)兼顧通過人體的接地電流不明顯增加。② 可簡(jiǎn)化繼電保護(hù)，實(shí)現(xiàn)快速切除故障，縮短電壓持續(xù)時(shí)間。這樣，限制帶故障運(yùn)行有助于性能優(yōu)良的無間隙氧化鋅避雷器的推廣應(yīng)用。從保證保護(hù)具有足夠的靈敏度的角度來考慮，要求R不宜太大，對(duì)接地過流繼電器，如果架空線電網(wǎng)中性點(diǎn)電阻電流為100A，則故障線中總零序電流比其它回路的電容電流大得多，從而保證了動(dòng)作的選擇性。對(duì)接地方向繼電器，零序電流的功率因數(shù)是影響靈敏度的重要因素，當(dāng)接地電流的有功分量與電容電流之比大于2時(shí)，接地方向繼電器才能可靠工作。⑵ 中性點(diǎn)經(jīng)電阻接地方式的缺陷有：① 對(duì)于有架空線的配電網(wǎng)，一般配有自動(dòng)重合閘，中低電阻接地方式在單相接地時(shí)，開關(guān)的跳閘率將大大增大，但絕大多數(shù)接地故障是由于架空線接地引起的，并且70%～80%的單相接地跳閘可以重合成功，只是對(duì)開關(guān)的性能提出了更高的要求，然后由于電纜線路不設(shè)重合閘，采用小電阻接地方式的電纜網(wǎng)絡(luò)不會(huì)使跳閘次數(shù)有明顯的增加。② 關(guān)于過渡電阻。如果單相接地不是金屬性的，而是經(jīng)過過渡電阻接地，當(dāng)架空線路斷線落地（水泥路或?yàn)r青路），甚至掉在樹上，其過渡電阻有可能達(dá)到600左右，這時(shí)對(duì)接地電流有很大影響，將使得繼電保護(hù)靈敏度降低而影響系統(tǒng)安全運(yùn)行。 小電流接地系統(tǒng)單相接地故障穩(wěn)態(tài)分析中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地時(shí)，故障電流為全系統(tǒng)的對(duì)地電容電流，如果系統(tǒng)電容電流比較大，就會(huì)燃起電弧，引起弧光過電壓，使非故障相對(duì)地電壓升高，損壞絕緣，形成多點(diǎn)接地短路，進(jìn)一步破壞系統(tǒng)穩(wěn)定，造成重大事故。為了消除電弧影響，在中性點(diǎn)接入一個(gè)電感線圈，當(dāng)單相接地故障發(fā)生時(shí)，接地電流中含有電感分量，和原系統(tǒng)中的電容電流抵消，可以迅速降低故障電流，熄滅電弧。因?yàn)槠湎ɑ⌒Ч@著，人們稱它為消弧線圈，中性點(diǎn)接消弧線圈的系統(tǒng)稱之為中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)。 （a） 中性點(diǎn)不接地系統(tǒng) （b）中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地圖25 配電網(wǎng)等值電路示意圖我國(guó)目前執(zhí)行的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)DL/T620—1997 《交流電氣裝備的過電壓保護(hù)和絕緣配合》中，考慮各級(jí)電壓網(wǎng)絡(luò)中，系統(tǒng)應(yīng)裝設(shè)消弧線圈的電容電流為：3～10kV電網(wǎng)：30A；20kV以上電網(wǎng)：20A。但是沒有考慮線路種類和電網(wǎng)類型，這種標(biāo)準(zhǔn)還是值得商榷的。在分析單相故障接地的特征時(shí)，首先要分析中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)以及中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈系統(tǒng)在發(fā)生單相接地故障時(shí)，故障電流的分布情況。如圖25所示，（a）表示中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)的電流分布，（b）表示中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)的電流分布。由圖25（b）可以推出，經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，與大地回路構(gòu)成的等值電路如圖26所示。在圖26中，——諧振接地系統(tǒng)的三相對(duì)地電容，——三相線路和電源變壓器等在零序回路中的等值電感，——零序回路中的等值電阻(其中包括故障點(diǎn)的接地電阻和弧道電阻)，、——分別為消弧線圈的有功損耗電阻和電感，——等效零序電源。圖26 單相接地故障等值電路對(duì)于中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)，由于各回出線的故障電流都是由對(duì)地電容經(jīng)接地故障點(diǎn)構(gòu)成回路的，所以流經(jīng)各非故障線路的故障電流必然要流經(jīng)故障線路，所以故障線路電流幅值最大，相位和非故障相相反，如圖25（a）。由此可見：當(dāng)中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，整個(gè)系統(tǒng)產(chǎn)生零序電壓，大小為正常時(shí)的相電壓；非故障相電壓升高到原來的倍；接地電流超前零序電壓90176。，并由線路流向母線；非故障線路的零序電流為本身對(duì)地電容電流，相位超前零序電壓90176。，電容性功率的實(shí)際方向?yàn)橛赡妇€流向線路；故障線路的零序電流為所有非故障元件對(duì)地電容電流之和，相位滯后零序電壓90176。，電容性無功功率的實(shí)際方向?yàn)橛删€路流向母線，與非故障線路相反。對(duì)于消弧線圈接地系統(tǒng)，單相接地時(shí)的電流分布如圖26所示，在電源的中性點(diǎn)接入了消弧線圈，當(dāng)線路1 的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，因此，從接地點(diǎn)流回的總電流為 =+ （） 式中，—系統(tǒng)的對(duì)地電容電流；——消弧線圈的電流。根據(jù)對(duì)電容電流補(bǔ)償程度的不同，消弧線圈可以有完全補(bǔ)償、欠補(bǔ)償及過補(bǔ)償三種補(bǔ)償方式。（1）欠補(bǔ)償。當(dāng)電流諧振回路工作在欠補(bǔ)償狀態(tài)下時(shí)，此時(shí)，殘流電流中同時(shí)含有有功分量以及容性無功電流分量。（2）全補(bǔ)償。當(dāng)電流諧振回路恰好工作在諧振點(diǎn)時(shí)，此時(shí)，電容電流與電感電流完全抵消，故此時(shí)故障點(diǎn)電流僅為有功分量，幅值最小，且其相位與中性點(diǎn)位移電壓同相。（3）過補(bǔ)償。當(dāng)電流諧振回路工作在過補(bǔ)償狀態(tài)下時(shí)，此時(shí)中主要為感性無功電流分量。三種補(bǔ)償狀態(tài)下，發(fā)生單相接地故障各條線路零序電流的暫態(tài)過程沒有太大的差別，而穩(wěn)態(tài)過程卻差別很大。在欠補(bǔ)償時(shí)，故障線路零序電流相位與健全線路相反，由于存在消弧線圈的補(bǔ)償作用，幅值不是最大；在完全補(bǔ)償時(shí)，故障線路零序電流被完全補(bǔ)償；在過補(bǔ)償時(shí)，故障線路零序電流相位與健全線路相同。理論上當(dāng)消弧線圈工作在全補(bǔ)償狀態(tài)下故障電流最小，但是串聯(lián)諧振使中性點(diǎn)位移電壓遠(yuǎn)大于不對(duì)稱電壓，給系統(tǒng)造成危害，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成系統(tǒng)振蕩甚至解列。故消弧線圈應(yīng)適當(dāng)偏離諧振點(diǎn)運(yùn)行，通常采用過補(bǔ)償運(yùn)行。因?yàn)楫?dāng)欠補(bǔ)償運(yùn)行系統(tǒng)發(fā)生斷線故障時(shí)，容易發(fā)生欠補(bǔ)償瞬間轉(zhuǎn)變?yōu)檫^補(bǔ)償，中性點(diǎn)位移度過大，影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性。通常中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)，消弧線圈工作在過補(bǔ)償5%～10%，根據(jù)具體情況而定。[13] 小電流接地系統(tǒng)單相接地故障暫態(tài)分析經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障的瞬間，流過故障點(diǎn)的接地電流由暫態(tài)電容電流和暫態(tài)電感電流兩部分組成。由于兩者的頻率和幅值顯著不同，在暫態(tài)過程中不能互相補(bǔ)償。工頻電壓條件下的殘余電流、失諧度等概念不適合此種情況。 暫態(tài)時(shí)刻的電容電流在一般情況下由于電網(wǎng)中絕緣被擊穿而引起的接地故障經(jīng)常發(fā)生在相電壓接近于最大值的瞬間，因此可以將暫態(tài)電容電流看成是如下兩個(gè)電流之和：⑴ 由于故障相電壓突然降低而引起的放電電容電流，它通過母線而流向故障點(diǎn)，放電電流衰減很快，其振蕩頻率高達(dá)千赫茲，振蕩頻率主要決定于電網(wǎng)中線路的參數(shù)，故障點(diǎn)的位置以及過渡電阻的數(shù)值。⑵ 由于非故障相的電壓突然升高而引起的充電電容電流，它要通過電源而成回路，由于整個(gè)流通回路的電感較大，因此，充電電流衰減較慢，振蕩頻率也較低，僅為數(shù)百赫茲。在分析電容電流的暫態(tài)特性時(shí)，由于自由振蕩頻率一般較高，考慮到消弧線圈的電感和，故圖26中的與可以不予考慮。這樣，暫態(tài)電容電流的分布與中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)基本相同，利用、組成的串聯(lián)回路和作用于回路的零序正弦電源電壓，就可確定暫態(tài)電容電流。由以上條件可寫出微分方程：+ + （） 當(dāng)時(shí)，回路暫態(tài)過程的電流具有周期性的衰減及振蕩特性；當(dāng)時(shí)，回路電流就具有非周期性的振蕩衰減特性，逐漸穩(wěn)定。通常輸電線路中等效滿足條件，所以電容電流一般都具有周期性振蕩衰減特性，架空線路的振蕩頻率一般在300～500Hz之間；電纜線路的對(duì)地電容要大很多，電容電流也會(huì)大很多，自由振蕩頻率一般為1500～3000Hz之間。因?yàn)闀簯B(tài)電容電流是由暫態(tài)的自由振蕩分量和穩(wěn)態(tài)的工頻分量?jī)刹糠纸M成的，利用t=0時(shí)這一初始條件和的關(guān)系，經(jīng)過拉氏變換等運(yùn)算可得： （）式中：為相電壓的幅值；為電容電流的幅值；為暫態(tài)的自由振蕩分量角頻率，為自由振蕩分量的衰減系數(shù)，其中的為回路的時(shí)間常數(shù)。在實(shí)際當(dāng)中，電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)、大小和運(yùn)行方式不同，其暫態(tài)過程也會(huì)不相同。中壓電網(wǎng)的線路越長(zhǎng)，自振頻率越低，暫態(tài)電容電流的衰減也會(huì)加快，一般自振頻率的變化范圍為300～3000Hz，大大高于工頻。 暫態(tài)時(shí)刻的電感電流在非線性電路的基本理論中，暫態(tài)過程時(shí)鐵心磁通與鐵心不飽和時(shí)方程式相同。所以只要求出暫態(tài)過程的消弧線圈鐵心磁通表達(dá)式，電感電流問題便迎刃而解了。首先假定線路三相的對(duì)地電容相等，則故障發(fā)生前消弧線圈中沒有電流通過。 得出微分方程： （）式中： 為消弧線圈所接分接頭線圈匝數(shù)；為線圈鐵心的磁通。在工作范圍內(nèi)，消弧線圈電流為，而故障發(fā)生前。因?yàn)?，將線圈電阻忽略，故可將式（）轉(zhuǎn)化為： （）由于則電感電流的表達(dá)式為： （）由上式可以看出，在暫態(tài)過程中，即t很小的時(shí)刻，電感電流暫態(tài)量幅值不會(huì)超過，穩(wěn)態(tài)量的頻率為電網(wǎng)頻率。 暫態(tài)時(shí)刻的故障特征中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地配電網(wǎng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，暫態(tài)接地電流由暫態(tài)電容電流和暫態(tài)電感電流疊加而成。 ()由以上分析可得，暫態(tài)時(shí)刻的接地電流中，為穩(wěn)態(tài)分量，當(dāng)消弧線圈完全補(bǔ)償時(shí)，穩(wěn)態(tài)分量等于零，在實(shí)際的過補(bǔ)償運(yùn)行中穩(wěn)態(tài)分量也很小。而在暫態(tài)分量當(dāng)中，由于電容電流自由振蕩頻率比工頻大很多，暫態(tài)電容電流幅值主要由決定。所以在暫態(tài)過程中，接地電流的幅值和頻率主要由高頻的暫態(tài)電容電流所確定，幅值也與初相角有關(guān)。[4]綜上所述，系統(tǒng)中各條線路之間并不是獨(dú)立的，它們的電流反映了其他線路的頻率分量，也就是說每條線路的暫態(tài)零序電流中都包含了多個(gè)頻率分量，而以本線路特征參數(shù)決定的頻率為主。在故障線路中，則包含了其它線路的所有電流之和，方向與其它線路相反，而與零序電壓的起始變化方向相同，即當(dāng)故障線路暫態(tài)電流瞬時(shí)值為正時(shí)，健全線路暫態(tài)電流瞬時(shí)值為負(fù)，零序電壓的瞬時(shí)值也為負(fù)，暫態(tài)電流的大小取決于接地瞬間故障相電壓的瞬時(shí)值，其衰減主要由接地電阻決定。還要注意到在接地發(fā)生時(shí)暫態(tài)過程往往不止一個(gè)，例如在電纜擊穿的過程中，隨著絕緣的破壞和電壓的過零會(huì)出現(xiàn)多個(gè)暫態(tài)過程。對(duì)于中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地的電網(wǎng)，當(dāng)接地故障發(fā)生在相電壓經(jīng)過零值的瞬間，還會(huì)有暫態(tài)電感電流的最大值出現(xiàn)，所以在單相接地故障瞬時(shí)，電壓、電流等電氣量中都會(huì)有數(shù)值較大的暫態(tài)分量。由暫態(tài)過程的分析可知，配電網(wǎng)出現(xiàn)單相接地故障時(shí)，其暫態(tài)過程存在豐富的故障信息，又因?yàn)楣收蠒r(shí)的暫態(tài)過程不受接地方式的影響，即中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)和中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)故障時(shí)的暫態(tài)過程基本是相同的，因此，暫態(tài)分量在故障檢測(cè)中有非常重要的意義。[20] 本章小結(jié)本章對(duì)小電流接地系統(tǒng)的兩種接地方式作了詳細(xì)分析。首先分析了小電流接地方式的主要特點(diǎn)，各種方式的基本原理及運(yùn)行狀況和發(fā)生單相接地故障時(shí)電流分布情況。最后給出了兩種中性點(diǎn)接地方式的綜合比較和小電流接地系統(tǒng)單相接地故障時(shí)的穩(wěn)態(tài)量和暫態(tài)量分析。通過以上分析，得出故障穩(wěn)態(tài)分析結(jié)論：⑴ 故障相對(duì)地電壓為零，非故障相電壓升高到原來的倍，電壓保持對(duì)稱性，全系統(tǒng)都將出現(xiàn)零序電壓；⑵ 故障相與非故障相出現(xiàn)零序電流，非故障線路零序電流等于本身對(duì)地電容電流，故障線路零序電流為全系統(tǒng)非故障線路對(duì)地電容電流之和；⑶ 非故障線路零序電流超前零序電壓，故障線路零序電流滯后零序電壓。通過以上分析，得出故障暫態(tài)分析結(jié)論：⑴ 當(dāng)單相接地故障發(fā)生后，不論中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)還是中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)，故障初期的暫態(tài)電流的幅值和頻率主要由暫態(tài)電容電流所確定，其幅值和初相角有關(guān)。當(dāng)故障發(fā)生在相電壓接近于最大值的瞬間時(shí)，電容電流有最大值，當(dāng)故障發(fā)生在相電壓瞬時(shí)值為零的附近，電容電流的暫態(tài)分量相對(duì)很小。⑵ 線路故障時(shí)，所有非故障線路的零序電流方向相同，均由母線流向線路，而非故障相的零序電流方向相反，即由線路流向母線，且故障線路的暫態(tài)零序電流的幅值較非故障線路大；母線故障時(shí)，所有線路的零序電流的極性都相同，即各線路零序電流都從母線流向線路；暫態(tài)電流數(shù)值較穩(wěn)態(tài)值大很多，且持續(xù)時(shí)間短。分析說明：小電流接地系統(tǒng)在單相接地故障時(shí)，零序電流、零序電壓發(fā)生了變化，暫態(tài)信號(hào)中也存在很多突變點(diǎn)，而且故障線與健全線路存在明顯的差異，這為我們判斷選線提供了可能。第3章 小電流接地系統(tǒng)MATLAB建模與分析 MATLAB在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用 MATLAB簡(jiǎn)介MATLAB是目前國(guó)際認(rèn)可的最優(yōu)秀的科技應(yīng)用軟件之一。在大學(xué)里，它是用于初等和高等數(shù)學(xué)、自然科學(xué)和工程學(xué)的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)學(xué)工具；在工業(yè)界，它是一個(gè)高效的研究、開發(fā)和分析工具。隨著科技的發(fā)展，許多優(yōu)秀工程師不斷對(duì)MATLAB進(jìn)行了完善，使其從一個(gè)簡(jiǎn)單的矩陣分析軟件逐步發(fā)展成為一個(gè)具有極高通用性，并帶有眾多實(shí)用工具的運(yùn)算操作平臺(tái)。由于電力系統(tǒng)的特殊性，對(duì)很多故障處理方法不可能進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際模擬運(yùn)行分析，只能借助于計(jì)算機(jī)仿真手段。電力系統(tǒng)仿真可分為離線仿真和實(shí)時(shí)仿真。電力系統(tǒng)離線仿真是在數(shù)字計(jì)算機(jī)上為電力系統(tǒng)的物理過程建立數(shù)學(xué)模型，用數(shù)學(xué)方法求解，已進(jìn)行仿真研究的過程，其仿真速度與實(shí)際系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)過程不等。目前電力系統(tǒng)離線仿真可分為電磁暫態(tài)仿真、機(jī)電暫態(tài)過程仿真和中長(zhǎng)期動(dòng)態(tài)過程仿真。1984年,MATLAB由美國(guó)MathWorks軟件公司推向市場(chǎng)，通過不斷的改進(jìn)，MATLAB逐步發(fā)展成為一個(gè)集數(shù)值處理、圖形處理、圖像處理、符號(hào)計(jì)算。文字處理、數(shù)學(xué)建模、實(shí)時(shí)控制、動(dòng)態(tài)仿真、信號(hào)處理為一體的數(shù)學(xué)應(yīng)用軟件?，F(xiàn)已成為國(guó)際公認(rèn)的最優(yōu)秀的科技應(yīng)用軟件之一。該軟件有三大特點(diǎn)：一功能強(qiáng)大；二界面友好、語言自然；三開放性強(qiáng)，已成為應(yīng)用科學(xué)計(jì)算機(jī)輔助分析、設(shè)計(jì)、仿真、數(shù)學(xué)乃至科技文字處理不可缺少的基礎(chǔ)。1990年MathWorks軟件公司為MATLAB提供了新的控制系統(tǒng)模型圖形輸入與仿真工具Simulink，此軟件有兩個(gè)明顯的功能：仿真與連接。只需使用鼠標(biāo)將功能模塊拖放到模型編輯窗口，并將它們連接起來，就可以快速地建立動(dòng)態(tài)系統(tǒng)仿真模型，然后利用該軟件提供的功能對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行直接仿真。Simulink是MATLAB提供的實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)建模和仿真的一個(gè)軟件包，是基于框圖的仿真平臺(tái)。Simulink掛接在MATLAB環(huán)境上，以MATLAB的強(qiáng)大計(jì)算功能為基礎(chǔ)，利用直觀的模塊框圖進(jìn)行仿真與計(jì)算。Simulink提供了各種仿真工具，尤其是它不斷擴(kuò)展的、內(nèi)容豐富的模塊庫，為系統(tǒng)仿真提供了極大便利。在Simulink平臺(tái)上拖曳和連接典型模塊就可以繪制仿真對(duì)象的模塊框圖，并對(duì)模型進(jìn)行仿真。Simulink是一個(gè)用來進(jìn)行動(dòng)態(tài)系統(tǒng)仿真、建模和分析的集成軟件包，它不僅支