電氣工程及其自動化畢業(yè)設(shè)計-小電流接地選線分析

1、<p><b>　　本科畢業(yè)論文</b></p><p><b>　?。?0 屆）</b></p><p><b>　　小電流接地選線分析</b></p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　目 錄1

2、</b></p><p><b>　　摘要3</b></p><p>　　Abstract4</p><p><b>　　緒論5</b></p><p>　　1 小電流接地選線方法研究的歷史及現(xiàn)狀介紹5</p><p>　　1.1國外研究概況5</

3、p><p>　　1.2國內(nèi)研究現(xiàn)狀6</p><p>　　2 故障現(xiàn)象分析與判斷7</p><p>　　3 典型的小電流接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時選線方法9</p><p>　　3.1基于零序電流基波的選線方法9</p><p>　　3.1.2諧波分量法11</p><p>　　

4、3.1.3利用接地故障暫態(tài)過程的選線法11</p><p>　　3.1.4基于最大? (IsinΦ)原理的選線方法12</p><p>　　3.1.5有功分量法13</p><p>　　3.2不利用故障零序電流來選線13</p><p>　　3.2.1拉線法13</p><p>　　3.2.2“S注入法”1

5、4</p><p>　　3.2.3注入變頻信號法14</p><p>　　4 各種小電流接地選線方法的優(yōu)缺點分析14</p><p>　　5 單相接地故障的處理步驟15</p><p>　　6 處理單相接地故障的要求15</p><p><b>　　7仿真模型16</b&g

6、t;</p><p>　　7.1 接地電阻為100時20</p><p>　　7.2 接地電阻為400時21</p><p><b>　　結(jié)論24</b></p><p><b>　　參考文獻25</b></p><p><b>　　致 謝25<

7、;/b></p><p><b>　　Contents</b></p><p>　　Abstract4</p><p>　　Introduction5</p><p>　　1 The history and present situation of small current grounding line se

8、lection5</p><p>　　1.1 Foreign research survey 5</p><p>　　1.2 Domestic research status quo6</p><p>　　2 Fault phenomenon analysis and judgment7</p><p>　　3 A ty

9、pical small current grounding system for the occurrence of single-phase 8</p><p>　　3.1 The method of selecting line based on zero sequence current8</p><p>　　3.1.2 Harmonic component method1

10、0</p><p>　　3.1.3 The method of selecting the fault transient process of the grounding fault11</p><p>　　3.1.4 Based on ? (IsinΦ) line selection method11</p><p>　　3.1.5 Active co

11、mponent method [16]12</p><p>　　3.2 Do not use fault zero sequence current to select the line12</p><p>　　3.2.1 Pull method12</p><p>　　3.2.2 “SInjection method”13</p><

12、;p>　　3.2.3 Injection frequency conversion signal method13</p><p>　　4 The advantages and disadvantages of various small current grounding line selection method14</p><p>　　5 Treatment s

13、tep of single phase to ground fault15</p><p>　　6 The request for dealing with the single-phase grounding fault15</p><p>　　Reference16</p><p>　　Conclusion24</p><p

14、><b>　　Thank25</b></p><p><b>　　小電流接地選線分析</b></p><p>　　摘要：我國的中壓電網(wǎng)基本上都是小電流接地系統(tǒng)，單相接地故障率最高,因此如何檢測并隔離接地故障線路，成為配電自動化的一個重要研究課題.就小電流接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障的十余種故障選線方法分析了其原理及各自相應(yīng)的特點,為小電流接地

15、系統(tǒng)實現(xiàn)配電自動化提供了重要依據(jù)。</p><p>　　關(guān)鍵詞：小電流接地系統(tǒng) 單相接地 故障選線 零序電流 消弧線圈</p><p>　　Analysis of small current grounding line selection</p><p>　　Abstract The medium voltage power network basically

16、is in small current neutral grounding system, single-phase grounding fault rate is the highest, so how to detect and isolate the fault line, has become an important issue in the study of distribution automation. On the s

17、mall current ground system single phase to ground fault occurs in more than ten kinds of fault line selection method analysis the its principle and their respective characteristics, for small current ground system to rea

18、lize th</p><p>　　Key words: Small current grounding system ； Single phase grounding； Fault line selection ；Zero sequence current ； Arc suppression coil</p><p><b>　　緒論</b></p&g

19、t;<p>　　在我國，電力系統(tǒng)中性點運行方式主要有三種：中性點不接地、中性點經(jīng)消弧線圈接地和中性點直接接地。前兩種接地系統(tǒng)稱為小電流接地系統(tǒng)，后一種接地系統(tǒng)稱為大電流接地系統(tǒng)。(1)中性點不接地系統(tǒng)的優(yōu)點：這種系統(tǒng)發(fā)生單相接地時，三相用電設(shè)備能正常工作，允許暫時繼續(xù)運行兩小時之內(nèi)，因此可靠性高，其缺點：這種系統(tǒng)發(fā)生單相接地時，其它兩條完好相對地電壓升到線電壓，是正常時的 倍，因此絕緣要求高，增加絕緣費用。 

20、; (2)中性點經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)的優(yōu)點：除有中性點不接地系統(tǒng)的優(yōu)點外，還可以減少接地電流；其缺點：類同中性點不接地系統(tǒng)。  (3)中性點直接接地系統(tǒng)的優(yōu)點：發(fā)生單相接地時，其它兩完好相對地電壓不升高，因此可降低絕緣費用；其缺點：發(fā)生單相接地短路時，短路電流大，要迅速切除故障部分，從而使供電保障可靠性。在10-35kV電網(wǎng)中，普遍采用小電流接地方式，在這些電網(wǎng)中單相接地故障是最常見的故障之一。</p>&l

21、t;p>　　在小電流接地系統(tǒng)中，單相接地是一種常見的臨時性故障，多發(fā)生在潮濕、多雨天氣。發(fā)生單相接地后，故障相對地電壓降低，非故障兩相的相電壓升高，但線電壓卻依然對稱，因而不影響對用戶的連續(xù)供電，系統(tǒng)可運行1～2h，這也是小電流接地系統(tǒng)的最大優(yōu)點。但是若發(fā)生單相接地故障時電網(wǎng)長期運行，因非故障的兩相對地電壓升高 31/2倍，可能引起絕緣的薄弱環(huán)節(jié)被擊穿。</p><p>　　發(fā)展成為相間短路，使事

22、故擴大，影響用戶的正常用電。還可能使電壓互感器鐵心嚴(yán)重飽和，導(dǎo)致電壓互感器嚴(yán)重過負(fù)荷而燒毀。同時弧光接地還會引起全系統(tǒng)過電壓，進而損壞設(shè)備，破壞系統(tǒng)安全運行。因此，值班人員一定要熟悉接地故障的處理方法，當(dāng)發(fā)生單相接地故障時，必須及時找到故障線路予以切除。</p><p>　　1 小電流接地選線方法研究的歷史及現(xiàn)狀介紹</p><p><b>　　1.1國外研究概況</b&g

23、t;</p><p>　　國外對小電流接地系統(tǒng)的應(yīng)用及研究十分廣泛。在前蘇聯(lián)，二十世紀(jì)以來小電流接地系統(tǒng)應(yīng)用較多，主要采用中性點不接地和經(jīng)消弧線圈接地方式，保護主要采用零序功率方向原理和首半波原理。其選線原理較為簡單，不接地系統(tǒng)主要采用功率方向繼電器。在日本，小電流接地系統(tǒng)在供電、鋼鐵、化工用電中應(yīng)用比較普遍，多為中性點不接地或經(jīng)有效電阻接地系統(tǒng)，但電阻接地方式居多。因此，選線原理也比較簡單，采用了基波無功方向繼

24、電器。在美國，由于其電網(wǎng)中性點主要采用電阻接地方式，也利用零序過電流保護瞬間切除故障線路。小電流接地系統(tǒng)中單相接地保護被認(rèn)為是難以實現(xiàn)的，而且引起的過電壓非常嚴(yán)重。因此，他們一般不采用小電流接地系統(tǒng)而寧愿在供電網(wǎng)絡(luò)上多投資以保證供電的可靠性。但是近年來，在IEEE的專題報告上也認(rèn)為應(yīng)當(dāng)加強小電流接地系統(tǒng)保護的研究。三十年代德國首次提出利用零序電流的首半波極性來判斷接地線路，相繼有多篇論文發(fā)表，并有幾代產(chǎn)品問世?，F(xiàn)在，他們又研制出一種便攜

25、帶式接地報警裝置。而挪威一家公司則利用測量空間電場和磁場的相位，反應(yīng)零序電流和零序電壓的相位，研制出懸掛式接地指示器，分段懸掛在線路和分叉點上。</p><p>　　上世紀(jì)90年代以來，隨著法國，波蘭等歐洲國家逐漸將中壓電網(wǎng)由中性點經(jīng)低阻接地方式改為諧振接地方式，對小電流接地保護裝置進行了許多研究和現(xiàn)場實驗。如應(yīng)用有功電流法，法國電力公司(EDF)開發(fā)出DESIR保護裝置。應(yīng)用零序?qū)Ъ{法，波蘭有公司研制了導(dǎo)納接地

26、保護裝置，已在國內(nèi)推廣應(yīng)用，到1996年為止，已有多套投入中壓電網(wǎng)運行。</p><p><b>　　1.2國內(nèi)研究現(xiàn)狀</b></p><p>　　在我國，6～35KV配電網(wǎng)系統(tǒng)常采用小電流接地系統(tǒng)，其中大多數(shù)是中性點不接地系統(tǒng)或經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)。接地選線方案也從最初的零序電流保護發(fā)展到零序無功方向保護，從基波方案發(fā)展到五次諧波方案，以及利用首半波極性方案，并先后

27、推出幾代產(chǎn)品。</p><p>　　最早出現(xiàn)的小電流接地系統(tǒng)保護裝置是絕緣監(jiān)視裝置，從20世紀(jì)五十年代就開始對接地保護原理和裝置的研究，研制出了根據(jù)接地電流的首半波極性進行選線定位的小電流接地系統(tǒng)的保護裝置和利用零序電流五次諧波原理的接地選線裝置。</p><p>　　七十年代后期，上海繼電器廠和許昌繼電器廠等單位研制出一批具有選擇性的接地信號裝置，如適應(yīng)中性點不接地系統(tǒng)的ZD-4型零序功

28、率方向保護和適用于中性點經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)的ZD-5，ZD-6，ZD-7型五次諧波零序功率方向保護裝置等。八十年代中期以來隨著微機的應(yīng)用和推廣，我國又相繼研制出一批微機型接地選線裝置，隨之也出現(xiàn)了適合微機實現(xiàn)的選線理論，其中有南京自動化研究院的利用比較零序電流五次諧波的大小和方向的小電流接地系統(tǒng)單相接地選線裝置：東北電力學(xué)院研制出通過無線電接收諧波電流，利用比相原理而實現(xiàn)的單相接地選線裝置；山東大學(xué)(原山東工業(yè)大學(xué))研制出的基于零序電流

29、群體比幅原理的單相接地選線裝置；華北電力學(xué)院研制出的基于群體比幅比相原理的MLl型以及利用零序電流五次諧波比相原理的MLA-98型小電流接地選線裝置；話安交通大學(xué)則提出了利用零序電流的3，5，7次諧波分量之和的相對比較法和自適應(yīng)獨立判別法進行選線的原理等等。九十年代至今，又先后推出了基于“有功功率法”，“S注入法”，“小波分析法”，“接地殘留增量法”等原理的新型選線裝置，并且分析故障暫態(tài)特征，應(yīng)用DSP技術(shù)的基于小波理論的選線裝置也已&

30、lt;/p><p>　　2 故障現(xiàn)象分析與判斷</p><p><b>　　完全接地。</b></p><p>　　如果發(fā)生A相完全接地，則故障相的電壓降到零，非故障相的電壓升高到線電壓（見圖2-1），此時電壓互感器開口三角處出現(xiàn)100V電壓，電壓繼電器動作，發(fā)出接地信號。</p><p>　　圖2-1 完全接地向

31、量圖</p><p>　　(2) 不完全接地。</p><p>　　當(dāng)發(fā)生一相(如A相)不完全接地時(見圖2-2)，即通過高電阻或電弧接地，中性點電位偏移，這時故障相的電壓降低，但不為零。非故障相的電壓升高，它們大于相電壓，但達不到線電壓。電壓互感器開口三角處的電壓達到整定值，電壓繼電器動作，發(fā)出接地信號。</p><p>　　圖2-2 不完全接地向量圖&

32、lt;/p><p><b>　?。?）電弧接地。</b></p><p>　　如果發(fā)生A相完全接地，則故障相的電壓降低，但不為零，非故障相的電壓升高到線電壓。此時電壓互感器開口三角處出現(xiàn)100V電壓，電壓繼電器動作，發(fā)出接地信號。</p><p>　　(4) 母線電壓互感器一相二次熔斷件熔斷。</p><p>　　

33、此現(xiàn)象為中央信號警鈴響，打出“電壓互感器斷線”光字牌，一相電壓為零，另外兩相電壓正常。處理對策是退出低壓等與該互感器有關(guān)的保護，更換二次熔斷件。</p><p>　　(5) 電壓互感器高壓側(cè)出現(xiàn)一相(A相)斷線或一次熔斷件熔斷。</p><p>　　此時故障相電壓降低，但指示不為零，非故障相的電壓并不高。這是由于此相電壓表在二次回路中經(jīng)互感器線圈和其他兩相電壓表形成串聯(lián)回路，出現(xiàn)

34、比較小的電壓指示，但不是該相實際電壓，非故障相仍為相電壓?；ジ衅鏖_口三角處會出現(xiàn)35V左右電壓值，并啟動繼電器，發(fā)出接地信號。對策是處理電壓互感器高壓側(cè)斷線故障或更換一次熔斷件。</p><p><b>　　(6) 串聯(lián)諧振。</b></p><p>　　由于系統(tǒng)中存在容性和感性參數(shù)的元件，特別是帶有鐵心的鐵磁電感元件，在參數(shù)組合不匹配時會引起鐵磁諧振，并且

35、繼電器動作，發(fā)出接地信號。可通過改變網(wǎng)絡(luò)參數(shù)，如斷開、合上母聯(lián)斷路器或臨時增加或減少線路予以消除。</p><p>　　(7) 空載母線虛假接地。</p><p>　　在母線空載運行時，也可能會出現(xiàn)三相電壓不平衡，并且發(fā)出接地信號。但當(dāng)送上一條線路后接地現(xiàn)象會自行消失。</p><p>　　(8) 絕緣監(jiān)測儀表的中性點斷線時電網(wǎng)發(fā)生單相接地。&l

36、t;/p><p>　　三相電壓正常，接地信號已發(fā)出。這是由于系統(tǒng)確已接地，但因電壓表的中性點斷線，故絕緣監(jiān)測儀表無法正確的表示三相電壓情況。此時電壓互感器開口三角處的電壓達到整定值，電壓繼電器動作，發(fā)出接地信號。</p><p>　　(9) 絕緣監(jiān)測繼電器接點粘接，電網(wǎng)實際無接地。</p><p>　　接地信號持續(xù)發(fā)出，三相電壓正常，而查找系統(tǒng)無接地，因為絕緣

37、監(jiān)測繼電器接點粘接，未真實反映電網(wǎng)有無單相接地。處理對策是檢查絕緣監(jiān)測繼電器有無接點粘接，若出現(xiàn)接點粘接更換絕緣監(jiān)測繼電器。</p><p>　　3 典型的小電流接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時選線方法</p><p>　　3.1基于零序電流基波的選線方法</p><p>　　(1)零序電流比幅法NUS(圖3-1中k1、k2斷開)單相接地短路時,流過故障元件的零序電流在數(shù)

38、值上等于所有非故障元件對地電容電流之和,即故障線路上的零序電流最大,所以只要通過零序電流幅值大小比較就可以找出故障線路。但這種方法不能排除CT(電流互感器)不平衡的影響,受線路長短、系統(tǒng)運行方式及過渡電阻大小的影響,且系統(tǒng)中可能存在某條線路的電容電流大于其它線路電容電流之和的情況,可見此法在理論上就是不完備的。需指出,該方法有兩種變形,在實際中都有使用,但均針對特定條件。分別以線路上的I0與其它線路上的I0之和進行比較,其中相等的那條線

39、路是故障線路。根據(jù)圖3-2(k1開)可得出如下選線判據(jù): </p><p>　　(i=1,2,!,n;j=1,2,!,n) （3.1）</p><p>　　使(3.1)式成立的出線j為故障線路,若對所有出線(3.1)式均不成立,則為母線故障。</p><p>　　圖3-1 小接地電流系統(tǒng)單相接地&l

40、t;/p><p>　　另一種變形,分別預(yù)先計算出每條饋線對地電容大小,單相接地時,比較測得的I0是否與本線路的電容電流大小相等,不相等的即為故障線路,若都相等則為母線故障。</p><p><b>　　（3.2）</b></p><p>　　其中:C0i是線路對地電容;Ea是電源電勢;i=1,2,!,n。</p><p>　

41、　使(3.2)式不成立的出線i為故障線路,若對所有出線(3.2)式均成立,則為母線故障。</p><p>　　圖3-2 單相接地的零序網(wǎng)等效</p><p>　　(2)零序電流相對相位法</p><p>　　NUS中故障線路與非故障線路的零序電流分別為從線路流向母線和從母線流向線路,所以只要比較零序電流方向就可找出故障線路。此法在故障點離互感器較遠且線路很短時,零序

42、電壓、電流均較小,會產(chǎn)生“時針效應(yīng)”[2],相位判斷困難。且受CT不平衡電流、過渡電阻大小、繼電器工作電壓死區(qū)及系統(tǒng)運行方式的影響,易誤判,并對NES失效。</p><p>　　(3)群體比幅比相法[1][8]</p><p>　　其原理是先進行I0比較,選出幾個幅值較大的作為候選(希望通過選大來避免“時針效應(yīng)”,但實際上不能完全避免),然后在此基礎(chǔ)上進行相位比較,選出方向與其它不同的,即

43、為故障線路。該方法在一定程度上解決了前兩種方法存在的問題,但同樣不能排除CT不平衡電流及過渡電阻大小的影響,“時針效應(yīng)”仍可能存在?？紤]到單一群體比較方案存在死區(qū),故還需提出幾個互補方案來解決,文獻[8]指出了3C方案(3個I0、1個U0)在I3較小時其相位誤差會很大而誤動的情況,增加了2C1V,2C,1C1V,1C方案,較好地解決了此問題。</p><p>　　3.1.2諧波分量法</p><

44、;p>　　(1)諧波電流方向法[5]</p><p>　　針對基波比幅法中故障線路上的I0不一定最大和比相法對NES失效的問題,提出了諧波電流方向原理。</p><p>　　隨著諧波次數(shù)的增加,感抗增大而容抗減小,總能找到一個M使非故障線路對M次諧波電流呈容性,從而故障線路與非故障線路的M次諧波電流方向相反,即(3b)式右邊為負(fù),同時所有大于M次諧波的電流均滿足這一關(guān)系。此法受CT不

45、平衡電流或負(fù)荷中M次諧波分量的影響,且諧波次數(shù)越高其相對誤差越大,選線精度越低。</p><p>　　(2)五次諧波分量法[1][3][8]</p><p>　　由于諧波電流方向原理所使用的高次諧波分量較小,易受干擾,實際運行中多使用五次諧波分量法。從過渡電阻的非線性可知故障點本身就是一個諧波源(金屬性接地是經(jīng)電阻接地發(fā)展而來的),且以基波和奇次諧波為主,根據(jù)諧波在整個系統(tǒng)內(nèi)的分布和保護的

46、要求,使用五次諧波分量為宜。NES中的消弧線圈是按照基波整定的,即有 L≈1/C和5L≥1/5C,可忽略消弧線圈對五次諧波產(chǎn)生的補償效果,知零序電流五次諧波分量在NES中有著與NUS中零序電流基波相同的特點,再利用前述原理(如群體比幅、比相法等),即可解決NES的選線問題。但負(fù)荷中的五次諧波源、CT不平衡電流和過渡電阻大小,均會影響選線精度。</p><p>　　3.1.3利用接地故障暫態(tài)過程的選線法&

47、lt;/p><p><b>　　(1)首半波法</b></p><p>　　首半波原理是基于接地故障發(fā)生在相電壓接近最大值瞬間這一假設(shè),此時故障相電容電荷通過故障相線路向故障點放電,故障線路分布電容和分布電感具有衰減振蕩特性,該電流不經(jīng)過消弧線圈,所以暫態(tài)電感電流的最大值相應(yīng)于接地故障發(fā)生在相電壓經(jīng)過零瞬間,而故障發(fā)生在相電壓接近于最大值的瞬間時,暫態(tài)電感電流為零。此時的

48、暫態(tài)電容電流比暫態(tài)電感電流大得多,不論是NUS還是NES,故障發(fā)生瞬間的暫態(tài)過程近似相同[1]。利用故障線路暫態(tài)零序電流和電壓首半波的幅值和方向均與正常情況不同的特點,即可實現(xiàn)選線。但故障發(fā)生在相電壓過零值附近時,首半波電流的暫態(tài)分量值很小,以及過渡電阻的影響,易引起方向誤判。</p><p>　　(2)基于小波分析的選線方法</p><p>　　單相接地時,故障電壓和電流的暫態(tài)過程持續(xù)時

49、間短并含有豐富的特征量,而穩(wěn)態(tài)時數(shù)值較小,因此在接地故障檢測中選用一種適合分析其暫態(tài)分量的新理論,將有利于故障選線。小波分析可對信號進行精確分析,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。根據(jù)小波變換的模極大值理論可知,出現(xiàn)故障和噪聲會導(dǎo)致信號奇異,而小波變換的模極大值點對應(yīng)著采樣數(shù)據(jù)的奇異點,由于噪聲的模極大值隨著尺度的增加而衰減,所以經(jīng)過適當(dāng)?shù)某叨确纸夂?即可忽略噪聲影響得到較理想的暫態(tài)短路信號。小波變換是

50、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)。但電力系統(tǒng)的實際運行是復(fù)雜多變的,可能出現(xiàn)暫態(tài)分量小于穩(wěn)態(tài)分量的情況,這時就應(yīng)對母線零序電壓和各出線零序電流進行基波的小波系數(shù)提取,然后類似地構(gòu)造選線判據(jù)[11~15]。</p>

51、<p>　　3.1.4基于最大? (IsinΦ)原理的選線方法</p><p>　　為消除CT不平衡電流的影響,文獻[9]提出最大?(IsinΦ)原理:考慮到NUGS正常運行時,負(fù)荷在短時間內(nèi)不會有較大突變,可通過一中間參考正弦信號,使各線路故障前的零序電流對故障母線在故障后的U0亦能找出相位關(guān)系,由此再把所有線路故障前、后的零序電流都投影到I0j(故障線路的零序電流)的理論方向上(見圖3-3)。然后計

52、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?(IsinΦ)。若I0,k>0,則線路k為故障線路,否則為母線故障。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。文獻[10]提出最大?(IsinΦ)原理的快速算法,達到了減小

53、計算量,省去使用參考信號的目的。</p><p>　　圖3-3 單相接地時零序電壓、電流的相量</p><p>　　3.1.5有功分量法</p><p>　　使用自動跟蹤消弧電抗器的NES中,可利用消弧線圈串聯(lián)非線性電阻Rn的特點,在發(fā)生接地故障后,且Rn被短接之前(圖3-2中k1合),非故障線路不與消弧線圈構(gòu)成低阻抗回路,故其零序電流為本身接地電容電流;故障線路j

54、經(jīng)接地點與消弧線圈構(gòu)成低阻抗回路,所以其零序電流為所有非故障線路的電容電流及LR串聯(lián)支路的電流之向量和(見圖3-3b),即包含有流過Rn的有功電流,且故障線路中的有功電流明顯大于非故障線路的,可見通過檢測各線路零序電流中的有功分量的大小就可選出故障線路。這種方法可以使用基波分量,利于選線,但CT不平衡電流的影響仍然存在。</p><p>　　3.2不利用故障零序電流來選線</p><p>

55、<b>　　3.2.1拉線法</b></p><p>　　拉線法即傳統(tǒng)采用的無選擇性絕緣監(jiān)視裝置方法[6],不再贅述。</p><p>　　3.2.2“S注入法”[14]</p><p>　　對只裝設(shè)兩相CT的架空出線難于得到零序電流,須用新方法:首先定出故障的相別,然后向接地相注入信號電流,其頻率f0可取在各次諧波之間,使其不反應(yīng)工頻分量及高

56、次諧波。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。用信號電流探測器在開關(guān)柜后對每一條出線進行探測,探測到注入信號的線路即故障線路。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)運行。但經(jīng)高阻接地時,發(fā)信機工作可能不滿足要求而產(chǎn)生誤判。</p><p>　　3.2.3注入變頻信號法</p><p>　　對“S

57、注入法”高阻接地時存在的問題,文獻[22]提出的注入變頻信號法可較好地解決。其原理是考慮故障后位移電壓大小的不同,而選擇向消弧線圈電壓互感器副邊注入諧振頻率恒流信號還是向故障相電壓互感器副邊注入頻率為70Hz的恒流信號,然后監(jiān)視各出線上注入信號產(chǎn)生的零序電流工角、阻尼率的變化,比較各出線阻尼率的大小,再計及線路受潮及絕緣老化等因素可得出選線判據(jù)。但當(dāng)接地電阻較小時,信號電流大部分都經(jīng)故障線路流通,導(dǎo)致非故障線路上阻尼率誤差較大。<

58、/p><p>　　4 各種小電流接地選線方法的優(yōu)缺點分析</p><p>　　以基頻零序電流電壓為特征的接地選線方法，主要是依靠群體比較電流的大小和方向。由于受線路參數(shù)、過渡電阻及消弧線圈的影響，接地故障電流變化很大，尤其是高阻接地或消弧線圈全補償?shù)臅r候，接地電流很小，幅值和方向的測量困難，影響保護精度，靈敏度不高?；诹阈?次以上諧波的方法雖然不受消弧線圈的影響，但故障信號中諧波分量小，靈敏

59、度受到很大限制。而且，這些方法都需要比較各條支路電流的大小和方向，所以很難與饋線保護合為一體，不能滿足配電自動化的要求。單相接地時，接地電容電流的暫態(tài)分量往往比穩(wěn)態(tài)值大十幾到幾十倍，基于暫態(tài)信號的選線方法靈敏度較高且不受消弧線圈的影響，但現(xiàn)有方法大多有待完善。首半波法其極性關(guān)系成立時間極短（遠小于暫態(tài)過程），檢測可靠性不高，而且在相電壓過零時故障，首半波電流的暫態(tài)分量很小，以及過度電阻的影響，該方法可能失效?；谛〔ㄗ儞Q的選線方法利用了

60、故障電壓和電流瞬時過程的特征量，具備了快速性和準(zhǔn)確性，但易受外界電磁干擾和過度電阻的影響。基于故障暫態(tài)方向的保護原理，雖然不收消弧線圈影響，但在故障過程中，故障線和健全線全線的方向參量q(t)的區(qū)別不是時時存在。其他利用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（ANN）</p><p>　　5 單相接地故障的處理步驟</p><p>　?。?) 發(fā)生單相接地故障后，值班人員應(yīng)馬上復(fù)歸音響，作好記錄

61、，迅速報告當(dāng)值調(diào)度和有關(guān)負(fù)責(zé)人員，并按當(dāng)值調(diào)度員的命令尋找接地故障，但具體查找方法由現(xiàn)場值班員自己選擇。</p><p>　?。?) 先詳細檢查所內(nèi)電氣設(shè)備有無明顯的故障跡象，如果不能找出故障點，再進行線路接地的尋找。</p><p>　　(3) 分割電網(wǎng)，即把電網(wǎng)分割成電氣上不直接連接的幾個部分，以判斷單相接地區(qū)域。如將母線分段運行，并列運行的變壓器分列運行。分網(wǎng)時，

62、應(yīng)注意分網(wǎng)后各部分的功率平衡、保護配合、電能質(zhì)量和消弧線圈的補償?shù)惹闆r。</p><p>　　(4) 再拉開母線無功補償電容器斷路器以及空載線路。對多電源線路，應(yīng)采取轉(zhuǎn)移負(fù)荷，改變供電方式來尋找接地故障點。</p><p>　　(5) 采用保護跳閘、重合送出的方式進行試?yán)瓕ふ夜收宵c，當(dāng)拉開某條線路斷路器接地現(xiàn)象消失，便可判斷它為故障線路，并馬上匯報當(dāng)值調(diào)度員聽候處理，同

63、時對故障線路的斷路器、隔離開關(guān)、穿墻套管等設(shè)備做進一步檢查。</p><p>　　(6) 當(dāng)逐路查找后仍未找到故障線路，而接地現(xiàn)象未消失，可考慮是兩條線路同相接地或所內(nèi)母線設(shè)備接地情況，進行針對性查找故障點。變電所值班員按規(guī)定順序逐條選切線路，應(yīng)特別注意切每條線路時絕緣監(jiān)視裝置三相對地電壓表指示的變化，若全選切一遍，三相對地電壓指示沒有變化，說明不是線路有單相接地故障，是變電所內(nèi)設(shè)備接地。若全選切一遍三

64、相對地電壓指示有變化時，應(yīng)考慮有兩條配電線路同相發(fā)生單相接地(含斷線)故障。</p><p>　　(7) 兩條線異名相接地。這種故障多數(shù)發(fā)生在雷雨、大風(fēng)、高寒和降雪的天氣，主要現(xiàn)象是同一母線供電的兩條線同時跳閘或只有一條線跳閘，跳閘時電網(wǎng)有單相接地現(xiàn)象。若兩條線都跳閘，電網(wǎng)接地現(xiàn)象消除，或兩條線只有一條跳閘，電網(wǎng)仍有接地現(xiàn)象，但單送其中一條時電網(wǎng)單相接地相別發(fā)生改變，這是判斷的必要依據(jù)。</p&g

65、t;<p>　　6 處理單相接地故障的要求</p><p>　　(1) 尋找和處理單相接地故障時，應(yīng)作好安全措施，保證人身安全。當(dāng)設(shè)備發(fā)生接地時，室內(nèi)不得接近故障點4m以內(nèi)，室外不得接近故障點8m以內(nèi)，進入上述范圍的工作人員必須穿絕緣靴，戴絕緣手套，使用專用工具。</p><p>　　(2) 為了減少停電的范圍和負(fù)面影響，在尋找單相接地故障時，應(yīng)

66、先操作雙回路或有其它電源的線路，再試?yán)€路長、分支多、歷次故障多和負(fù)荷輕以及用電性質(zhì)次要的線路，然后試?yán)€路短、負(fù)荷重、分支少、用點性質(zhì)重要的線路。雙電源用戶可先倒換電源再試?yán)?。專用線路應(yīng)先行通知或轉(zhuǎn)移負(fù)荷后再試?yán)?。若有關(guān)人員匯報某條線路上有故障跡象時，可先試?yán)@條線路。</p><p>　　(3) 若電壓互感器高壓側(cè)熔斷件熔斷，不得用普通熔斷件代替。必須用額定電流為0.5A裝填有石英砂的瓷管熔斷器，這

67、種熔斷器有良好的滅弧性能和較大的斷流容量，具有限制短路電流的作用。</p><p>　　(4) 處理接地故障時，禁止停用消弧線圈。若消弧線圈溫升超過規(guī)定時，可在接地相上先作人工接地，消除接地點后，再停用消弧線圈。如圖6-1所示。</p><p><b>　　圖6-1 故障接地</b></p><p><b>　　7仿真模型&

68、lt;/b></p><p>　　基于“s注入法”及其Matlab仿真建立Matlab環(huán)境下的Simulink仿真模型，仿真模型如圖7-1 假設(shè)斷路器(Breakerl)在t=0.05秒時刻閉合，系統(tǒng)發(fā)生A相接地故障。延遲0.05 秒，即斷路器(Breaker2)在t=0.1秒時刻閉合，注入信號加到線路母線A相中，如圖7-1</p><p>　　圖7-1 小電流接

69、地系統(tǒng)注入法選線仿真模型圖</p><p>　　架空線路的參數(shù)選用如下:</p><p>　　正序電阻0.17/km，零序電阻0.23 /km;</p><p>　　正序電感7.6e-3 H/km，零序電感34.4e-3 H/km ;</p><p>　　正序電容6.1e-8F/km，零序電容3.8e-8F/km 。</p>&

70、lt;p>　　根據(jù)實際情況而言，系統(tǒng)輸電線路一般都比較短,選定五條線路長度依次為5km、8km、10km、15km、16km。線路故障發(fā)生在第五條線路的末端。</p><p>　　其中三相電源容量無限大,A相初相角為0°,頻率為50Hz,電感為0.5H，電阻為2。變壓器內(nèi)部采用Y-g方式。</p><p>　　負(fù)載:頻率50Hz,電壓等級10KV,三相感性無功功率，三相有功

71、功率。</p><p>　　仿真結(jié)果如圖7-2到7-8：</p><p>　　圖7-2 非故障線路（Line1）零序電流</p><p>　　圖7-3 非故障線路（Line2）零序電流</p><p>　　圖7-4 非故障線路（Line3）零序電流</p><p>　　圖7-5 非故障線路（Line4）零序電流<

72、/p><p>　　圖7-6 故障線路（Line5）零序電流</p><p>　　圖7-7 系統(tǒng)零序電壓</p><p>　　圖7-8 系統(tǒng)三相對地電壓</p><p>　　通過改變接地電阻值，增加回路數(shù)，再經(jīng)由波形變化可看出:</p><p>　?、僦挥性谙到y(tǒng)發(fā)生單相接地故障后，零序電壓和電流才會產(chǎn)生。而且由波形可以看出，

73、線路愈長，各非故障相零序電流幅值會愈大，這是因為線路對地電容隨長度變長而愈大，隨之容抗愈小，所以對地放電電流就愈大。觀察圖形可知，Line4的長度是最長的，且電流幅值也最大，明顯大于其余線路，也說明了這點。另外，各非故障相的零序電流相位大致相同[5]。</p><p>　?、诠收暇€路保護安裝處流過的零序電流是非故障線路的總和，其數(shù)值較大，而且相位與非故障線路相反[10]。而且在不接地電網(wǎng)中出現(xiàn)單相金屬性接地時，電

74、網(wǎng)故障處相對地的電壓會降為零，非故障的相對地電壓則升高至線電壓，電網(wǎng)會有零序電壓，大小為正常時的相電壓。當(dāng)存在接地電阻，故障相的對地電壓將不為零，會有殘壓產(chǎn)生，電阻越大，則殘壓也越大</p><p>　　7.1 接地電阻為100時</p><p>　?。?）對架空線路,仿真參數(shù)設(shè)置如7.1。仿真結(jié)果如下：</p><p>　　圖7-9 非故障線路（Line4）五次諧

75、波零序電流幅值</p><p>　　圖7-10 故障線路（Line5）五次諧波零序電流幅值</p><p>　　圖7-11 非故障線路（Line4）五次諧波零序電流幅值</p><p>　　圖7-12 故障線路（Line5）五次諧波零序電流幅值</p><p>　　圖7-13 五次諧波零序電壓幅值</p><p>　　

76、仿真模型中的零序電壓都相同,零序功率的差別主要取決于零序電流的差別。和零序電流比幅法一樣,零序功率可從大小和相位方向的兩方面來區(qū)分線路。當(dāng)過渡電阻變大時,故障線路與非故障線路的零序電流差別會減小,故功率間的差距也會隨之減小,但當(dāng)零序電流乘以零序電壓,在電壓一致的情形下，會相當(dāng)于對零序電流的數(shù)值進行放大,這樣功率間數(shù)值的差別就會比較明顯了。</p><p>　　7.2 接地電阻為400時</p>&l

77、t;p>　　（1）對架空線路,仿真參數(shù)設(shè)置如7.1。仿真結(jié)果如下：</p><p>　　圖7-14 非故障線路（Line4）五次諧波零序電流幅值</p><p>　　圖7-15 故障線路（Line5）五次諧波零序電流幅值</p><p>　　（1）對電纜線路,仿真參數(shù)設(shè)置如4.1.2。仿真結(jié)果如下：</p><p>　　圖7-16 非故

78、障線路（Line4）五次諧波零序電流幅值</p><p>　　圖7-17 故障線路（Line5）五次諧波零序電流幅值</p><p>　　根據(jù)觀察和分析圖形可知,在系統(tǒng)不存在諧波源的理想情況下: ①五次諧波零序電流幅值比較小。接地電阻為100時：非故障架空線路中電流最大的（Line4）幅值不超過0.2A,故障架空線路的電流幅值會小于0.45A,故障電纜線路的電流幅值會小于1.2A；接地電阻

79、為400時：非故障架空線路中的電流最大的（Line4）幅值不超過0.12A,故障架空線路電流幅值會小于0.3A,故障電纜線路電流幅值會小于0.4A。而在實際應(yīng)用中，這么小的電流會被干擾信號淹沒,這對于檢測設(shè)備提出了較高的要求。</p><p>　?、跈z測時間短。由圖可知:當(dāng)故障發(fā)生在t=0.05秒時,五次諧波零序電流和電壓持續(xù)了不到0.03秒,在t=0.08秒時就沒有了信號。而且隨著過渡電阻的增大,信號持續(xù)時間會

80、更小,也就要求檢測設(shè)備必須有較快的檢測性。</p><p><b>　　結(jié)論</b></p><p>　　綜上所述,筆者認(rèn)為:1)單相接地時,接地電容電流的暫態(tài)分量往往比其穩(wěn)態(tài)值大幾倍到幾十倍,若能提取暫態(tài)信號中的特征分量則有望顯著提高選線精度。利用能對突變的、微弱的非平穩(wěn)故障信號進行精確處理的小波分析理論,可以很好地分析電力系統(tǒng)電磁暫態(tài)過程并提取出故障特征,所以小波

81、理論必將被越來越多地應(yīng)用于故障選線。2)目前,在能獲得零序電流情況下的選線理論是比較完善的,但我國NUGS只裝設(shè)兩相CT的架空出線的數(shù)量很大,即許多情況下難于獲得零序電流,多數(shù)選線方法失效,剩下的方法均存在不足,所以對只有兩相裝CT的出線也適用的選線原理還有待于進一步研究。沒有一種選線方法適用于所有的小電流接地系統(tǒng)，比如零序電流比幅法就不能用于中性點經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)，五次諧波法不能用于干擾嚴(yán)重的系統(tǒng)中等等。目前的研究趨勢更加傾向于綜合

82、選線，把各種選線的優(yōu)點進行融合，來形成互補型的結(jié)構(gòu)，充分發(fā)揮各自的優(yōu)勢，不斷提升選線的準(zhǔn)確率，同時提高自動選線水平來適應(yīng)當(dāng)前及今后配電網(wǎng)的發(fā)展。配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)經(jīng)常是復(fù)雜多樣，而且瞬息多變的,尤其是當(dāng)發(fā)生故障時，伴隨著電氣穩(wěn)態(tài)量和暫態(tài)量的變化,往往會有豐富的電氣特征：穩(wěn)態(tài)量的幅值較小,如零序電流有時會</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1]

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90、得辛苦卻也收獲滿囊，在論文即將付梓之際，思緒萬千，心情久久不能平靜。 偉人、名人為我所崇拜，可是我更急切地要把我的敬意和贊美獻給一位平凡的人，我的導(dǎo)師。我不是您最出色的學(xué)生，而您卻是我最尊敬的老師。您治學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)，學(xué)識淵博，思想深邃，視野雄闊，為我營造了一種良好的精神氛圍。授人以魚不如授人以漁，置身其間，耳濡目染，潛移默化，使我不僅接受了全新的思想觀念，樹立了宏偉的學(xué)術(shù)目標(biāo)，領(lǐng)會了基本的思考方式，從論文題目的選定到論文寫作的指導(dǎo),經(jīng)由您悉心

91、的點撥,再經(jīng)思考后的領(lǐng)悟,常常讓我有“山重水復(fù)疑無路,柳暗花明又一村”。</p><p>　　感謝我的爸爸媽媽，焉得諼草，言樹之背，養(yǎng)育之恩，無以回報，你們永遠健康快樂是我最大的心愿。在論文即將完成之際，我的心情無法平靜，從開始進入課題到論文的順利完成，有多少可敬的師長、同學(xué)、朋友給了我無言的幫助，在這里請接受我誠摯謝意! 同時也感謝學(xué)院為我提供良好的做畢業(yè)設(shè)計的環(huán)境。</p><p>