預(yù)調(diào)式消弧線圈接地電網(wǎng)接地選線方法研究

1、中 國 礦 業(yè) 大 學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)姓 名： XXX 學(xué) 號(hào)： 學(xué) 院： 信息與電氣工程學(xué)院 專 業(yè)： 電氣工程與自動(dòng)化 設(shè)計(jì)題目： 預(yù)調(diào)式消弧線圈接地電網(wǎng)接地選線方法研究 專 題： 指導(dǎo)教師： XXX 職 稱： 教授 2009年 6 月 徐州中國礦業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書學(xué)院信電學(xué)院專業(yè)年級(jí)電氣工程與自動(dòng)化2005-3班學(xué)生姓名 XXX 任務(wù)下達(dá)日期： 2009年 2 月 16 日畢業(yè)設(shè)計(jì)日期： 2009 年 2 月 16 日至 2009 年 6 月 20 日畢業(yè)設(shè)計(jì)題目： 預(yù)調(diào)式消弧線圈接地電網(wǎng)接地選線方法研究畢業(yè)設(shè)計(jì)專題題目：畢業(yè)設(shè)計(jì)主要內(nèi)容和要求：1 弄清并理解配電網(wǎng)的中性點(diǎn)接地方式和它們

2、各自的特點(diǎn)，消弧線圈的工作原理、作用和特點(diǎn)。2 弄清并熟悉預(yù)調(diào)式消弧線圈接地電網(wǎng)中穩(wěn)態(tài)零序電流的分布和特點(diǎn)。3 了解和熟悉小電流接地選線的各種原理，在此基礎(chǔ)上提出適合于預(yù)調(diào)式消弧線圈接地電網(wǎng)中穩(wěn)態(tài)零序電流分布特點(diǎn)的選線算法。4 微機(jī)數(shù)字信號(hào)處理方法實(shí)現(xiàn)所提算法。5 用Matlab軟件工具搭建預(yù)調(diào)式消弧線圈接地電網(wǎng)，并用Matlab軟件工具設(shè)計(jì)和搭建微機(jī)數(shù)字信號(hào)處理實(shí)現(xiàn)“預(yù)調(diào)式消弧線圈接地電網(wǎng)接地選線”的電路。院長簽字： 指導(dǎo)教師簽字：中國礦業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)指導(dǎo)教師評(píng)閱書指導(dǎo)教師評(píng)語（基礎(chǔ)理論及基本技能的掌握；獨(dú)立解決實(shí)際問題的能力；研究內(nèi)容的理論依據(jù)和技術(shù)方法；取得的主要成果及創(chuàng)新點(diǎn)；工作態(tài)度及

3、工作量；總體評(píng)價(jià)及建議成績；存在問題；是否同意答辯等）：成 績： 指導(dǎo)教師簽字： 年 月 日中國礦業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)評(píng)閱教師評(píng)閱書評(píng)閱教師評(píng)語（選題的意義；基礎(chǔ)理論及基本技能的掌握；綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問題的能力；工作量的大?。蝗〉玫闹饕晒皠?chuàng)新點(diǎn)；寫作的規(guī)范程度；總體評(píng)價(jià)及建議成績；存在問題；是否同意答辯等）：成 績： 評(píng)閱教師簽字： 年 月 日中國礦業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)答辯及綜合成績答 辯 情 況提 出 問 題回 答 問 題正 確基本正確有一般性錯(cuò)誤有原則性錯(cuò)誤沒有回答答辯委員會(huì)評(píng)語及建議成績：答辯委員會(huì)主任簽字： 年 月 日學(xué)院領(lǐng)導(dǎo)小組綜合評(píng)定成績：學(xué)院領(lǐng)導(dǎo)小組負(fù)責(zé)人： 年 月 日摘 要我國

4、中低壓配電網(wǎng)廣泛采用小電流接地方式，這種接地方式有助于提高供電可靠性，但因故障電流小而增加了接地故障檢測的難度。對(duì)接地線路的準(zhǔn)確檢測一直是小電流接地系統(tǒng)的一個(gè)重要研究課題。諧振接地方式的廣泛應(yīng)用，使得深入研究并解決該接地方式下的選線問題越來越重要。本文是針對(duì)諧振接地系統(tǒng)中采用預(yù)調(diào)式消弧線圈接地時(shí)的選線方法進(jìn)行研究的，在深入分析諧振接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時(shí)零序電流分布規(guī)律的基礎(chǔ)上，詳細(xì)地討論了目前各種小電流接地系統(tǒng)選線方法的原理及優(yōu)缺點(diǎn)，旨在進(jìn)一步探索諧振接地方式下更為有效的選線方案。針對(duì)預(yù)調(diào)式消弧線圈接地電網(wǎng)的特點(diǎn)，本文又深入討論了基于有功分量的選線方案。首先分析了諧振接地系統(tǒng)中有功分量產(chǎn)生

5、的原因及分布特點(diǎn)，在此基礎(chǔ)上提出了有功分量方向法和能量函數(shù)法兩種選線方法，均適用于預(yù)調(diào)式消弧線圈接地電網(wǎng)。最后建立了MATLAB仿真模型，分別對(duì)五次諧波分量法、注入信號(hào)法、有功分量方向法和能量函數(shù)法進(jìn)行仿真。并設(shè)置了不同的線路參數(shù)、過渡電阻值，以驗(yàn)證這四種選線方法的有效性。關(guān)鍵詞：諧振接地系統(tǒng)；預(yù)調(diào)式消弧線圈；選線；MATLABABSTRACTNeutral ineffectively grounded modes are widely employed in medium and low voltage distribution networks of China.They can cont

6、ribute to the reliability of power supply,on the other hand the weak currents caused by them make it hard to detect ground fault.It is an important research subject in neutral ineffectively grounded systems that detecting the ground fault accurately.The situation that the neutral resonant grounded s

7、ystems were mostly employed makes it more and more important to study thoroughly and solve the ground fault detection in this mode.This paper studies on the detection methods of the pre-coordinated arc-suppression coil in neutral resonant grounded systems.Based on a deep analysis on distribution of

8、zero sequence currents when neutral resonant grounded systems have single-phase- to-ground fault,the principle and advantages and disadvantages of various detection methods having existed in neutral ineffectively grounded systems are detailed discussed.All this wok aim at further exploring more effe

9、ctive detection methods in neutral resonant grounded systems.Considered the features of grounded network with pre-coordinated arc-suppression coil,this article deeply discusses detection methods based on active component.Firstly,the reason and characteristic of active component in neutral resonant g

10、rounded systems are analysed,and then,two detection methods,including active component direction method and energy function method,which are all suitable for grounded network with pre-coordinated arc-suppression coil are proposed.Lastly,the MATLAB simulation model is created to simulink quintuple ha

11、rmonics method,signal injection method,active component method and energy function respectively.Different parameters of lines and cross resistance are set to prove the effectiveness of these four detection methods.Keywords: Neutral Resonant Grounded System; Pre-coordinated Arc-suppression Coil; Grou

12、nd Fault Detection; MATLAB目 錄1 緒論11.1課題背景及意義11.1.1配電網(wǎng)接地方式的發(fā)展趨勢11.1.2小電流接地方式對(duì)選線的影響31.1.3選線技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展41.2選線問題的難點(diǎn)51.2.1故障本身的復(fù)雜性：51.2.2信息采集問題61.2.3選線原理的科學(xué)性71.3選線的基本要求71.4論文的主要工作72 諧振接地系統(tǒng)單相接地故障的理論分析93 小電流接地系統(tǒng)選線技術(shù)的分析與討論113.1零序電流比幅法113.2零序功率方向法123.3基波群體比幅比相法123.4 五次諧波分量法133.5注入信號(hào)法133.6殘流增量法（擾動(dòng)原理）153.7暫態(tài)分量法15

13、4 基于有功分量的選線方案174.1零序電流有功分量方向法174.2能量函數(shù)法185 諧振接地系統(tǒng)單相接地故障的MATLAB仿真195.1基于五次諧波分量法選線的MATLAB仿真195.1.1多回路的架空線路仿真195.1.2多回路的電纜線路仿真235.2基于注入信號(hào)法選線的MATLAB仿真275.2.1接地電阻為100時(shí)的仿真285.2.2接地電阻為1K時(shí)的仿真305.3基于有功分量方向法選線的MATLAB仿真325.3.1接地電阻為100時(shí)的仿真325.3.2接地電阻為1K時(shí)的仿真335.4基于能量函數(shù)法選線的MATLAB仿真345.4.1接地電阻為100時(shí)的仿真345.4.2接地電阻為1

14、K時(shí)的仿真346 總結(jié)與展望376.1主要研究結(jié)論376.2待解決的問題和展望38致 謝39參考文獻(xiàn)40翻譯部分42中文譯文42英文原文541 緒論1.1課題背景及意義在快速發(fā)展的現(xiàn)代社會(huì)，用電設(shè)備不斷增多，不但對(duì)電能需求量越來越大，而且對(duì)供電可靠性的要求也越來越高，電網(wǎng)尤其是中低壓配電網(wǎng)的容量不斷擴(kuò)大，其范圍不斷延伸，線路分支、走向復(fù)雜，電纜線路日益增多，在設(shè)計(jì)施工中質(zhì)量不易保證，一方面使電網(wǎng)的運(yùn)行可靠性降低，運(yùn)行中發(fā)生接地故障的幾率大大增加，另一方面電網(wǎng)的對(duì)地電容越來越大，一旦發(fā)生接地故障，很容易在接地點(diǎn)產(chǎn)生電弧，不但嚴(yán)重威脅著電力系統(tǒng)安全和人身安全，而且極大影響著供電可靠性，必須限制接地

15、故障造成的危害并及時(shí)準(zhǔn)確的排除故障。選擇合適的接地方式是限制接地故障危害的有效途徑，與之配合的選線或故障定位是排除故障的重要手段。運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，電壓等級(jí)越低，接地故障越多。從故障類型來看，最常見的是單相接地故障，約占80%以上。單相接地故障狀況往往比較復(fù)雜，配電網(wǎng)在單相接地故障下的選線問題是接地故障處理中最具代表性的問題。1.1.1配電網(wǎng)接地方式的發(fā)展趨勢電力系統(tǒng)中性點(diǎn)的接地方式是一個(gè)涉及到技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、安全等多個(gè)方面的綜合問題。它可劃分為兩類，凡是需要斷路器遮斷單相接地故障者，屬于中性點(diǎn)有效接地方式，也稱大電流接地方式，包括中性點(diǎn)直接接地和經(jīng)小電阻接地；凡是單相接地電弧能夠自行熄滅者，屬于中性

16、點(diǎn)非有效接地方式，也稱小電流接地方式。小電流接地系統(tǒng)包括中性點(diǎn)不接地（中性點(diǎn)絕緣）系統(tǒng)、中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地（即諧振接地）系統(tǒng)、經(jīng)高阻或中阻接地系統(tǒng)、經(jīng)高阻抗接地系統(tǒng)以及由控制裝置控制的靈活接地系統(tǒng)(即根據(jù)電網(wǎng)運(yùn)行情況在線改變系統(tǒng)接地方式或接地元件如線圈、電阻的大小)。大電流接地方式的優(yōu)點(diǎn)是在系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，系統(tǒng)的對(duì)地過電壓小，電氣設(shè)備的絕緣等級(jí)可以按相電壓選擇；故障點(diǎn)和中性點(diǎn)構(gòu)成短路回路，故障線路的故障電流很大，線路的零序繼電保護(hù)可以迅速、準(zhǔn)確的將故障線路從系統(tǒng)中切除。但在大電流接地方式下無論瞬時(shí)性故障還是永久性故障，故障線路的繼電保護(hù)均跳閘，跳閘次數(shù)大大增加，供電可靠性低；投入的繼

17、電保護(hù)設(shè)備成本較高。小電流接地方式中最有代表性的是中性點(diǎn)不接地和諧振接地方式。中性點(diǎn)不接地方式是我國配電網(wǎng)采用最早、運(yùn)用最多的一種方式，同時(shí)也是小電流接地方式中最具代表性的接地方式。采用該接地方式的系統(tǒng)在發(fā)生單相接地故障時(shí)，在接地點(diǎn)和電網(wǎng)中性點(diǎn)之間不會(huì)形成短路回路，故障電流較??；雖然非故障相電壓升高，但系統(tǒng)三相之間的線電壓仍然對(duì)稱，短時(shí)間內(nèi)不影響用戶的正常用電，供電可靠性高。但在采用這種接地方式的系統(tǒng)中，線路及各種電氣設(shè)備的絕緣要按線電壓設(shè)計(jì)，造成絕緣投資所占比重加大；當(dāng)輸電線路（尤其是城市電纜）比較長時(shí)，對(duì)地電容電流會(huì)很大，易導(dǎo)致間隙性電弧或弧光接地而不能自行熄滅，引起弧光接地過電壓或諧振過

18、電壓，對(duì)設(shè)備絕緣造成威脅甚至引起多相短路，造成嚴(yán)重事故。我國在國家電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（DLT620-1997）中規(guī)定：310kV配電網(wǎng)中單相接地電容電流大于10A時(shí)即要求在中性點(diǎn)安裝消弧線圈，即采用諧振接地方式。諧振接地方式是在電力系統(tǒng)的中性點(diǎn)加裝自動(dòng)調(diào)諧消弧線圈的新型接地方式，其主要優(yōu)點(diǎn)是能夠自動(dòng)限制接地故障點(diǎn)的電流，使接地電弧瞬間自動(dòng)熄滅，對(duì)消除占絕大部分的瞬間單相接地故障尤其有效；能使接地電流迅速達(dá)到最小，避免間歇性弧光過電壓的產(chǎn)生；當(dāng)發(fā)生永久性單相接地故障時(shí)，也可以使電網(wǎng)在一定時(shí)間內(nèi)帶故障運(yùn)行，使電網(wǎng)具有很高的運(yùn)行可靠性；不僅以較低的成本解決了配電網(wǎng)在常見的瞬時(shí)性單相接地故障時(shí)的持續(xù)性供電問

19、題，還從某種程度上提高了設(shè)備安全與人身安全，降低了對(duì)通信線路、鐵路信號(hào)的干擾程度。可見，小電流接地系統(tǒng)的共同特點(diǎn)是發(fā)生單相接地故障時(shí)，在接地故障點(diǎn)和系統(tǒng)中性點(diǎn)之間僅形成小電流通路，流過故障點(diǎn)的電流很小，危害相對(duì)較??；系統(tǒng)的三相線電壓仍然對(duì)稱，不影響用戶供電，可以帶故障運(yùn)行一段時(shí)間，供電可靠性較高；對(duì)人身及設(shè)備有較好的安全性，通訊干擾小?？傊箅娏鹘拥胤绞酵怀隽斯收暇€路的電流特征，配以快速繼電保護(hù)裝置就可以及時(shí)、準(zhǔn)確的切除故障線路，但因其供電可靠性低，不能滿足中低壓配電網(wǎng)用戶對(duì)供電可靠性越來越高的要求，而主要用于高壓系統(tǒng)。小電流接地方式能有效限制接地電流的大小，供電可靠性高。豐富的實(shí)踐結(jié)果表明

20、，在選定中低壓配電網(wǎng)中性點(diǎn)的接地方式時(shí)，限制單相接地故障電流的危害性是必須首要考慮的問題，限制故障電流是接地技術(shù)發(fā)展的總趨勢。因此，小電流接地方式符合接地技術(shù)的發(fā)展趨勢，在中低壓配電網(wǎng)中的應(yīng)用越來越廣泛。在小電流接地方式中，中性點(diǎn)不接地方式在電網(wǎng)容量擴(kuò)大、對(duì)地電容電流不斷增大的新形勢下，難以限制并熄滅故障電弧，且故障選線困難，限制了它的應(yīng)用；諧振接地方式能夠根據(jù)運(yùn)行需要在故障時(shí)和非故障時(shí)靈活的切換，兼具其它小電流接地方式的優(yōu)點(diǎn)，從綜合經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)來看，諧振接地方式優(yōu)于其他小電流接地方式，是一種很有前途的新型接地方式，具有良好的應(yīng)用前景。我國在簡化了電壓等級(jí)后，將中低壓配電網(wǎng)的中性點(diǎn)接地方式統(tǒng)一

21、為中性點(diǎn)不接地和諧振接地方式，不但提高了供電可靠性，而且積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)。在電網(wǎng)技術(shù)快速發(fā)展的今天，諧振接地方式已成為我國中低壓配電網(wǎng)的主要接地方式。多年實(shí)踐表明，諧振接地方式在提高供電可靠性、改善電能質(zhì)量、保障人身安全、防止設(shè)備損壞、降低通信干擾等方面的作用是非常顯著的，但諧振接地方式下的故障選線問題一直沒有得到妥善解決，成為限制諧振接地方式發(fā)展的重要因素。因此，研究在諧振接地方式下的選線問題是接地技術(shù)發(fā)展趨勢的要求，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。1.1.2小電流接地方式對(duì)選線的影響在配電網(wǎng)接地故障的處理中，逐漸形成了兩個(gè)方向：一是采用大電流接地方式并在配電網(wǎng)各出線上配以快速繼電保護(hù)，在出現(xiàn)短路電流時(shí)

22、立即動(dòng)作，迅速準(zhǔn)確的切除故障線路，從時(shí)間上限制接地故障的危害；二是采用小電流接地方式配以集中選線裝置，使電網(wǎng)在發(fā)生接地故障后繼續(xù)運(yùn)行而不影響用戶正常用電，通過選線裝置選出故障線路后才切除故障線路，最大限度保障供電可靠性。選線是指對(duì)于有多條出線的配電網(wǎng)在發(fā)生線路接地故障尤其是單相接地故障時(shí)，通過一定的方法對(duì)故障信息的分析、判斷，選出故障線路的保護(hù)技術(shù)，選線主要應(yīng)用于小電流接地系統(tǒng)中?，F(xiàn)代選線裝置要求能夠配合小電流接地技術(shù)，在電網(wǎng)發(fā)生接地故障時(shí)及時(shí)、準(zhǔn)確的選出故障線路，使運(yùn)行人員根據(jù)需要斷開故障線路進(jìn)而排除故障。選線是在小電流接地技術(shù)發(fā)展、成熟的過程中逐漸發(fā)展完善的，現(xiàn)代微機(jī)、電子技術(shù)、信號(hào)處理、

23、通訊技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)以及測量技術(shù)的進(jìn)展對(duì)現(xiàn)代選線技術(shù)的發(fā)展提供了足夠的技術(shù)支持，目前它已經(jīng)成為小電流接地系統(tǒng)中必不可少的技術(shù)。但選線和小電流接地方式尤其是諧振接地方式在對(duì)接地電流的要求方面是矛盾的：小電流接地方式要求流過故障點(diǎn)的電流小，越小越有利于熄?。欢x線要求流過故障點(diǎn)的電流大，越大越有利于突出故障特征，選線越準(zhǔn)確。在小電流接地系統(tǒng)中，一方面用于選線的故障信號(hào)較弱，有效故障信號(hào)難以采集；另一方面故障線路的零序電流與非故障線路故障電流的分布趨于一致，故障線路的故障特征不明顯，加之各出線的參數(shù)不盡相同，選線裝置很難在這種情況下準(zhǔn)確選出故障線路。到目前為止，小電流接地選線問題仍然是本領(lǐng)域內(nèi)比較棘

24、手的問題。許多選線裝置目前雖然廣泛使用，但沒有一種裝置能100%的檢測出故障線路，選線技術(shù)需進(jìn)一步改進(jìn)和提高。就選線問題而言，配電網(wǎng)中性點(diǎn)不同的接地方式對(duì)選線的準(zhǔn)確度影響也很大。采用不同接地方式的配電網(wǎng)在發(fā)生接地故障時(shí)，故障電流的特性有很大差異，故障電流的特性對(duì)選線裝置的準(zhǔn)確度有較大影響。在中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)中，選線裝置主要依據(jù)故障線路零序電流的大小和方向是一個(gè)容易檢測的故障特征量這一特點(diǎn)，采用幅值、相位或綜合比較的方法確定故障線路。由于故障信號(hào)弱、線路參數(shù)分布不均勻、接地情況復(fù)雜，致使中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)中選線裝置的準(zhǔn)確度很難保證。諧振接地系統(tǒng)中的選線要比不接地系統(tǒng)中的選線更為復(fù)雜。這主要是其兩方

25、面的特點(diǎn)決定的：一方面是其動(dòng)作特性的影響，由于消弧線圈的快速補(bǔ)償作用，接地電流被迅速補(bǔ)償，使各回線的零序電流值差別不大，并且即便是在故障時(shí)刻也難以取得接地電流的較大故障分量，用于選線的故障信息不明顯，很難檢測判斷故障線路。另一方面，消弧線圈常常有欠補(bǔ)償、全補(bǔ)償和過補(bǔ)償三種運(yùn)行方式，運(yùn)行方式的不同使故障線路零序電流的大小、方向差異很大，很多選線裝置的選線精度受消弧線圈補(bǔ)償方式的影響很大；另外，消弧線圈種類很多，單獨(dú)開發(fā)的選線裝置通常難以與各種消弧線圈配合。因此，要求在諧振接地方式下運(yùn)行的選線裝置能夠根據(jù)消弧線圈的特點(diǎn)運(yùn)行，具有很強(qiáng)的適應(yīng)性并能準(zhǔn)確識(shí)別故障線路。本文將就諧振接地方式下的選線問題作詳

26、細(xì)的理論分析。1.1.3選線技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展選線必須適合相應(yīng)的接地方式，在諧振接地方式下，選線技術(shù)在很大程度上與消弧線圈的運(yùn)行特性有關(guān)，因此，首先要介紹一下消弧線圈的發(fā)展概況。1）消弧線圈技術(shù)的發(fā)展中性點(diǎn)諧振接地系統(tǒng)中的自動(dòng)調(diào)諧消弧線圈是一種基于諧振原理運(yùn)行的可調(diào)電感線圈補(bǔ)償裝置。當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，消弧線圈和系統(tǒng)的對(duì)地總電容共同與接地點(diǎn)構(gòu)成諧振電流通路，消弧線圈提供的電感電流能自動(dòng)補(bǔ)償電網(wǎng)的對(duì)地電容電流，使接地點(diǎn)的故障電流限制在規(guī)定值（例如5A）以下，以熄滅接地電弧。當(dāng)故障點(diǎn)電弧熄滅后，消弧線圈還可以降低故障相接地電弧兩端的恢復(fù)電壓的速度及其幅值，從而減小電弧重燃的可能性。目前廣泛應(yīng)用

27、的自動(dòng)補(bǔ)償消弧線圈裝置能實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)對(duì)地電容電流，并根據(jù)電網(wǎng)運(yùn)行方式的變化，及時(shí)、快速地調(diào)節(jié)消弧線圈的電感值，使脫諧度始終處于規(guī)定的范圍內(nèi)，國內(nèi)外運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，這種消弧線圈的消弧效果良好，目前已經(jīng)取代了傳統(tǒng)的消弧線圈。消弧線圈自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償裝置根據(jù)運(yùn)行方式 ,可以分為預(yù)調(diào)式和隨調(diào)式兩種： 預(yù)調(diào)式消弧線圈：在接地故障發(fā)生前，調(diào)整消弧線圈靠近諧振點(diǎn)運(yùn)行，在此條件下為使中性點(diǎn)的位移電壓不大于 15 %額定電壓，需要串聯(lián)或并聯(lián)一定數(shù)值的限壓電阻。調(diào)匝式消弧線圈由于靠有載開關(guān)調(diào)節(jié)檔位，動(dòng)作較慢 ,一般采用預(yù)調(diào)式工作方式。 隨調(diào)式消弧線圈：在正常運(yùn)行情況下，消弧線圈遠(yuǎn)離諧振點(diǎn)運(yùn)行，中性點(diǎn)位移電壓較低，而在接

28、地故障發(fā)生后，迅即調(diào)整到位，故不需要加裝限壓電阻。相控式消弧線圈通過可控硅控制，動(dòng)作速度快，一般采用隨調(diào)式工作方式。本文主要針對(duì)預(yù)調(diào)式消弧線圈接地電網(wǎng)接地選線進(jìn)行研究。2）選線技術(shù)的發(fā)展概況小電流接地系統(tǒng)的故障選線問題在電力行業(yè)領(lǐng)域有著悠久的歷史。長期以來，很多專業(yè)人士對(duì)此進(jìn)行了深入的研究。到目前為止，許多學(xué)者提出了多種故障選線原理，按所用故障信號(hào)的來源可以分為：利用故障信號(hào)本身的方法和利用外加信號(hào)的方法。其中利用故障信號(hào)本身的方法又可分為利用故障信號(hào)的穩(wěn)態(tài)分量和暫態(tài)分量兩種。利用故障信號(hào)穩(wěn)態(tài)分量的方法主要有：零序電流幅值法，零序電流方向法，無功方向法，有功分量法，群體比幅比相法，5次諧波法，

29、殘流增量法，增量函數(shù)法，負(fù)序電流法以及零序?qū)Ъ{法；利用故障信號(hào)暫態(tài)分量的方法主要有小波法，首半波法。外加注入信號(hào)法主要有S注入法和變頻注入法。近年新興的方法傾向于綜合選線方法，代表有應(yīng)用信息融合技術(shù)的證據(jù)理論選線方法、應(yīng)用模糊模式識(shí)別的選線方法和人工智能技術(shù)選線方法。其中，零序電流幅值法、零序電流相位法、無功方向法、基波群體比幅比相法在中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)中應(yīng)用效果明顯；而對(duì)于中性點(diǎn)諧振接地的系統(tǒng)，現(xiàn)有基于穩(wěn)態(tài)分量的選線方法一般采用有功分量法、注入法、5次諧波法、殘流增量法、增量函數(shù)法、負(fù)序電流法以及零序?qū)Ъ{法；基于暫態(tài)分量的選線方法不受消弧線圈補(bǔ)償度的限制，在諧振接地系統(tǒng)中同樣有效。本文將在第三

30、章和第四章對(duì)各種選線方法進(jìn)行分析與比較。1.2選線問題的難點(diǎn)在小電流接地方式下，選線問題的難點(diǎn)主要體現(xiàn)在以下三方面：故障的復(fù)雜性、信息采集問題、選線原理的科學(xué)性。1.2.1故障本身的復(fù)雜性：主要是故障信息本身的構(gòu)成、電網(wǎng)運(yùn)行方式比較復(fù)雜：1）電流信號(hào)太小，故障特征不明顯小電流接地系統(tǒng)在單相接地時(shí)各回線的零序電流基本上是本線路的對(duì)地電容電流，其大小不但與系統(tǒng)規(guī)模和線路類型(電纜或架空線)有關(guān)，而且與系統(tǒng)出線數(shù)目有關(guān)，往往電流數(shù)值甚?。唤?jīng)消弧線圈補(bǔ)償后，不但其數(shù)值更小，而且零序電流在各回線上的分布比較一致，加之這一小電流又疊加在較大的負(fù)荷電流之上，現(xiàn)有電流互感器很難準(zhǔn)確檢出。在高阻接地時(shí)，故障電流

31、呈現(xiàn)更為復(fù)雜的小電流特性，準(zhǔn)確檢測高阻接地故障是所有選線裝置提高精度的首要問題。2）干擾大、信噪比小小電流接地系統(tǒng)中的干擾主要包括兩方面：一是在變電站和發(fā)電廠的小電流接地系統(tǒng)的單相接地保護(hù)裝置的裝設(shè)地點(diǎn)，現(xiàn)場的各種電磁干擾相對(duì)很大；二是由于負(fù)荷電流不平衡造成的零序電流較大和電弧接地時(shí)的諧波電流較大，特別是當(dāng)系統(tǒng)較小，對(duì)地電容電流較小時(shí)，接地回路的零序電流和諧波電流甚至小于非接地回路的對(duì)應(yīng)電流。加上零序回路對(duì)高次諧波及各種暫態(tài)量的放大作用,使得檢出的故障成分信噪比非常低。3）接地故障的多樣性實(shí)際上，存在于電網(wǎng)中的故障并不僅僅是單相接地故障，也有一些兩相接地故障、三相短路故障、斷線故障以及其它一些

32、不常見的故障。故障類型的繁多給選線裝置的設(shè)計(jì)帶來了很大困難。選線方案往往是依據(jù)單相接地的特征整定的，對(duì)于隨機(jī)出現(xiàn)的其它類型的接地故障，選線裝置很難保證選線精度。4）電容電流波形不穩(wěn)定a、接地電弧的不穩(wěn)定性按照故障的性質(zhì)來看，主要是瞬時(shí)接地故障和永久接地故障。運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，小電流接地配電網(wǎng)的接地故障大多數(shù)為瞬時(shí)性故障，特別是架空線電網(wǎng)和架空線電纜混合電網(wǎng)。瞬時(shí)接地故障常常容易形成間歇性弧光接地。實(shí)踐證明，如果接地電流大于30A時(shí)，將形成持續(xù)性電弧接地，容易造成電器設(shè)備的燒毀甚至引起相間短路。如果接地電流大于510A而小于30A，則有可能形成間歇性電弧，間歇性電弧不但幅值不穩(wěn)定，而且電弧中含有大量

33、不穩(wěn)定的諧波分量，很難獲取。目前投入使用的許多選線裝置在原理上均采用基于穩(wěn)態(tài)電流的選線方法，對(duì)于間歇性電弧接地的情況不一定有效，而采用暫態(tài)電流選線的裝置目前應(yīng)用較少。b、運(yùn)行方式的不確定性電網(wǎng)的容量擴(kuò)大，接線越來越復(fù)雜，而大多數(shù)選線方案是按照變電站星形出線方式考慮的，不同的接線方式對(duì)選線的準(zhǔn)確度也有一定影響。我國小電流接地系統(tǒng)的運(yùn)行方式頻繁改變，造成變電站出線的長度和數(shù)量也隨之改變，其電容電流和諧波電流也頻繁改變；此外，母線電壓水平的高低、負(fù)荷電流的大小也總在不斷變化；故障點(diǎn)的接地電阻不確定等等都造成了零序故障電容電流和零序諧波電流的不穩(wěn)定。1.2.2信息采集問題主要表現(xiàn)在故障信息的獲取困難方

34、面。目前的絕大多數(shù)選線裝置均依靠零序電流作為選線裝置的判斷信號(hào)，零序電流互感器的精度對(duì)選線準(zhǔn)確度有至關(guān)重要的影響。而現(xiàn)有零序電流互感器的容量往往按照接地電容電流的全負(fù)荷選擇，在容量較大的情況下，很難保證小電流情況下的精度，而小電流情形恰恰是選線最為關(guān)心的。另外，在電流信號(hào)從電流互感器向微機(jī)選線裝置傳遞的過程中，不免有衰減和受到干擾；AD轉(zhuǎn)換的精度以及濾波算法對(duì)信息采集結(jié)果的影響也比較大。1.2.3選線原理的科學(xué)性選線原理必須根據(jù)接地方式、故障特點(diǎn)、信息采集裝置的特點(diǎn)、電壓等級(jí)和電網(wǎng)接線方式等確定。各種不同因素的影響使選線原理必須在一些矛盾的問題之間做出取舍，有些選線原理只能用于特定的接地方式或

35、配合特定的消弧線圈使用，在其他地方使用的時(shí)候，就失去了其原理的科學(xué)性，因此必須根據(jù)實(shí)際需要來確定選線原理，而不能將其在不同環(huán)境中籠統(tǒng)應(yīng)用。1.3選線的基本要求1）準(zhǔn)確這是選線的首要要求。小電流接地選線裝置既要在小信號(hào)情況下工作，又要選得準(zhǔn)。這個(gè)要求很多選線裝置難以達(dá)到。2）適合相應(yīng)的接地方式選線裝置必須與具體的接地方式配合使用，脫離了具體的接地方式，其選線原理就可能失去了可靠性的前提。目前許多選線裝置采用了多種選線方法，在實(shí)際應(yīng)用的時(shí)候可以根據(jù)不同的接地方式采用相應(yīng)的判據(jù)。3）追加投資小選線裝置的實(shí)際應(yīng)用還受到追加投資的影響，一般選線裝置是與消弧線圈配套選購的，用戶希望在追加投資不大的情況下，

36、得到消弧選線一體化裝置。4）快速雖然我國有關(guān)規(guī)程規(guī)定，小電流接地系統(tǒng)在發(fā)生單相接地故障后允許繼續(xù)運(yùn)行的時(shí)間可達(dá)2小時(shí)，為檢查故障、轉(zhuǎn)移負(fù)荷贏得了時(shí)間，對(duì)選線裝置的實(shí)時(shí)性要求不高。但從減小故障危害的角度考慮，仍然要求選線裝置在盡可能短的時(shí)間內(nèi)選出故障線路，以進(jìn)行故障隔離和負(fù)荷轉(zhuǎn)移。因此，快速性也是對(duì)選線的基本要求。1.4論文的主要工作1）分析了諧振接地電網(wǎng)發(fā)生單相接地故障時(shí)穩(wěn)態(tài)零序電流的分布和特點(diǎn)，得出一些可供我們故障選線的結(jié)論，形成本文工作的理論基礎(chǔ)。2）論述當(dāng)前各種小電流接地選線方法的基本原理及其局限性。分別討論了基于故障穩(wěn)態(tài)量的零序電流比幅法、零序功率方向法、基波群體比幅比相法、五次諧波分

37、量法、注入信號(hào)法、殘流增量法，以及基于故障暫態(tài)量的小波分析法和首半波法。3）針對(duì)預(yù)調(diào)式消弧線圈接地電網(wǎng)的特點(diǎn)，進(jìn)一步論述了基于有功分量的選線方案，包括有功分量法和能量函數(shù)法。4）通過應(yīng)用Matlab軟件的simulink仿真工具包，建立了一個(gè)諧振接地系統(tǒng)的多回路仿真模型，分別對(duì)五次諧波分量法、注入信號(hào)法、有功分量法、能量函數(shù)法四種選線方法進(jìn)行了仿真。5）結(jié)論與展望。2 諧振接地系統(tǒng)單相接地故障的理論分析中性點(diǎn)諧振接地系統(tǒng)在發(fā)生穩(wěn)態(tài)單相接地故障時(shí)的電流分布如圖2.1所示，兩條線路的三相對(duì)地電容相同，分別為和。正常運(yùn)行情況下，三相電壓對(duì)稱，對(duì)地電容電流之和等于零。圖2.1 諧振接地單相接地故障時(shí)電

38、流分布假設(shè)某個(gè)時(shí)刻線路2發(fā)生了單相金屬性接地故障，A相某點(diǎn)接地，對(duì)地電容被短接，各電壓、電流的相量關(guān)系如圖2.2所示。 圖2.2 單相接地故障電壓、電流相量圖其中，A相對(duì)地電壓變?yōu)榱?，非故障相B相和C相電壓分別變?yōu)橄鄬?duì)A相的線電壓，幅值升高至倍，中性點(diǎn)電壓由零上升為。故障點(diǎn)零序電壓為： （1.1）若忽略負(fù)載不對(duì)稱引起的不平衡電流及對(duì)地電容電流在線路及電源阻抗上的電壓降，則在整個(gè)系統(tǒng)中，A相對(duì)地電壓均為零，非故障相電壓幅值升高至倍，即對(duì)地電容電流也隨之升高至倍。同時(shí)，消弧線圈的電感電流經(jīng)故障點(diǎn)沿故障線返回，因此故障點(diǎn)的電流增加一個(gè)電感分量的電流，則如圖2.1所示流過故障點(diǎn)的電流是電網(wǎng)中所有非故障

39、相對(duì)地電容電流與消弧線圈電感電流之和： （1.2）其中為電網(wǎng)單相對(duì)地所有電容的總和，式1.2表明，流過故障點(diǎn)的電流數(shù)值為正常運(yùn)行狀態(tài)下電網(wǎng)三相對(duì)地電容電流與消弧線圈電感電流之和，由于與反相，因此故障點(diǎn)電流將因增加了消弧線圈而減少。非故障線路始端的零序電流為： （1.3）式1.3表明，非故障線路始端的零序電流為線路本身的電容電流，容性無功功率方向?yàn)槟妇€流向出線。故障線路始端的零序電流為： （1.4）即故障線路零序電流為所有健全線路電容電流與消弧線圈電感電流之和，由于與反相，其容性無功功率方向?qū)⒂啥咧g的大小關(guān)系決定。如果小于，電網(wǎng)處于欠補(bǔ)償狀態(tài)；等于，電網(wǎng)處于完全補(bǔ)償狀態(tài)；若大于，則電網(wǎng)處于過

40、補(bǔ)償狀態(tài)。3 小電流接地系統(tǒng)選線技術(shù)的分析與討論目前國內(nèi)外已出現(xiàn)并可利用的的小電流接地選線原理或方法有很多，根據(jù)實(shí)施選線時(shí)所采用電氣量的不同，選線原理可分為利用注入信號(hào)和故障信號(hào)兩大類，其中利用故障信號(hào)的方法又可分為利用故障信號(hào)穩(wěn)態(tài)分量法和暫態(tài)分量法兩類。在此主要對(duì)目前比較流行的選線方法做一論述，為提出預(yù)調(diào)式消弧線圈接地電網(wǎng)接地選線方法提供參考。3.1零序電流比幅法這一方法主要應(yīng)用于中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)，當(dāng)中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，流過故障線路的零序電流其數(shù)值等于全系統(tǒng)非故障線路對(duì)地電容電流之和，即故障線路上的零序電流最大，據(jù)此只要通過零序電流幅值大小比較就可以找出故障線路。（1）基本原

41、理對(duì)于中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)，在故障線路首端測出的零序電流在數(shù)值上等于其它正常線路上的零序電流之和，于是可得出如下判據(jù)： ， （3.1）上式中M是母線上所有出線的集合，是每條出線首端測得的零序電流值。若存在某線路首端測得的零序電流滿足上式，那么f就是故障線路；若不存在滿足上式的，則斷定為母線發(fā)生故障。該式表示在故障線路首端測得的零序電流數(shù)值大于同一母線下其它出線的零序電流數(shù)值。（2）局限性、零序電流的測量值可能會(huì)受到電流互感器由于飽和而產(chǎn)生的不平衡電流的影響。測量點(diǎn)電流互感器飽和引起的零序電流可能改變各條線路的零序電流的測量值，使得它們不能正確反映線路上實(shí)際流過的零序電流，從而導(dǎo)致誤判。在系統(tǒng)中，當(dāng)

42、線路長短差異較大時(shí)，如果短線路發(fā)生單相接地，使其零序電流與未發(fā)生接地的最長線路的零序電流差異不是很大，對(duì)系統(tǒng)的檢測靈敏度就提出了更高的要求。、在中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)中，由于消弧線圈電感電流的補(bǔ)償作用，故障線路首端測得的零序電流數(shù)值可能小于某條其他線路首端測得的零序電流數(shù)值，故該方法不適用于諧振接地系統(tǒng)。、會(huì)受到過渡電阻大小的影響。當(dāng)過渡電阻數(shù)值很大時(shí)，中性點(diǎn)電壓偏移很小，線路上流經(jīng)的零序電流數(shù)值也很小，當(dāng)數(shù)值小于一定的精度要求時(shí)，會(huì)被各種干擾信號(hào)以及測量回路的各種誤差因素，例如電流互感器的不平衡電流等淹沒，這將影響到故障選線的準(zhǔn)確性。3.2零序功率方向法（1）基本原理這一方法是根據(jù)中性點(diǎn)不

43、接地系統(tǒng)中故障線路零序電流的方向與非故障線路零序電流的方向相反這一規(guī)律提出來的。中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，其故障線路和非故障線路的零序電流的方向不同，前者滯后零序電壓，后者超前。據(jù)此以零序電壓和零序電流的乘積作為輸入信號(hào)可構(gòu)成接地保護(hù)。此法在系統(tǒng)運(yùn)行方式發(fā)生改變后無需重新整定，線路的長短影響不大。（2）局限性、受到過渡電阻大小的影響。當(dāng)過渡電阻數(shù)值很大時(shí)，中性點(diǎn)電壓偏移很小，線路上流經(jīng)的零序電流數(shù)值也很小，當(dāng)數(shù)值小于一定的精度要求時(shí)，同樣將會(huì)影響到故障選線的準(zhǔn)確性。、在經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)中，由于故障線路零序電流大小和方向的變化，該法失效。3.3基波群體比幅比相法（1）基本原理先對(duì)各出

44、線的零序電流進(jìn)行大小比較，選出3條幅值較大的線路作為候選，之后對(duì)選出的3條幅值最大線路零序電流進(jìn)行比相，若某電流與其它兩電流反相，則判該電流對(duì)應(yīng)線路為故障線路；若3者均同相，則判為母線故障。此方法實(shí)際上是結(jié)合了零序電流比幅法和零序電流方向法兩種方法，通過選取零序電流數(shù)值最大的某幾條線路作為研究對(duì)象，在一定程度上避免了由于零序電流數(shù)值很小而引起的誤判。（2）局限性在不接地系統(tǒng)中，這種方法的應(yīng)用效果較好，但是在線路較短以及過渡電阻阻值較高的時(shí)候，零序電流很小，相位誤差很大，很難保證選線精度。對(duì)于諧振接地的系統(tǒng)，由于消弧線圈在實(shí)際運(yùn)行時(shí)補(bǔ)償度一般不大、補(bǔ)償方式不定，很難利用零序電流的大小、方向不同來

45、找出故障線路。3.4 五次諧波分量法（1）基本原理系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)存在一定的諧波，其中3次諧波電流相位一致，流經(jīng)變壓器三相繞組或被削弱或相互抵消，余下的各次諧波中5次諧波含量最大。發(fā)生單相接地故障時(shí)，零序回路中在故障點(diǎn)處存在非線性過渡電阻，因而導(dǎo)致零序電流含有大量奇次諧波成分，5次諧波分量有一定程度的增加。在中性點(diǎn)諧振接地系統(tǒng)中，消弧線圈主要補(bǔ)償?shù)氖橇阈蚧娏鳎涓锌拱凑展ゎl整定，大致等于系統(tǒng)總對(duì)地容抗，而由于消弧線圈對(duì)5次諧波感抗是基波時(shí)的5倍，系統(tǒng)對(duì)地電容總?cè)菘箙s變?yōu)榛〞r(shí)的1/5，5次諧波電容電流增大為基波時(shí)電容電流的5倍，消弧線圈的5次諧波感性電流減小為基波時(shí)電感電流的1/5，所以消弧

46、線圈遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能補(bǔ)償系統(tǒng)中的5次諧波電流。不論消弧線圈補(bǔ)償程度如何，5次諧波在電網(wǎng)中的分布均與中性點(diǎn)不接地時(shí)基波零序電流的分布幾乎相同，因而在諧振接地系統(tǒng)中，故障線路中的5次諧波零序電流應(yīng)當(dāng)最大，方向與非故障線路的電流方向相反，藉此可以實(shí)現(xiàn)故障選線。（2）局限性選線靈敏度與電網(wǎng)電能質(zhì)量有關(guān)，因?yàn)橄到y(tǒng)中5次諧波幅值易受過渡電阻和發(fā)電機(jī)、變壓器、負(fù)荷及其他非線性元件的影響，在電能質(zhì)量好的環(huán)境中，5次諧波含量較低，即便是在電能質(zhì)量差的環(huán)境中，故障電流中5次諧波的含量一般也僅占基波的10%左右，在經(jīng)較大過渡電阻接地的情況下數(shù)值會(huì)更小，很難滿足選線靈敏度要求，所以5次諧波法在如今對(duì)電能質(zhì)量要求越來越高的形勢

47、下的應(yīng)用受到很大的局限。另外，由于系統(tǒng)中5次諧波波動(dòng)較大，使選線裝置的參數(shù)很難整定。3.5注入信號(hào)法（1）基本原理目前實(shí)際應(yīng)用的主要是“S注入法”，它是利用單相接地故障時(shí)原邊被短接，暫時(shí)處于不工作狀態(tài)的接地相PT人為向系統(tǒng)注入一個(gè)特殊信號(hào)電流，用尋跡原理通過檢測、跟蹤該信號(hào)電流的通路來實(shí)現(xiàn)接地故障選線定位，注入信號(hào)電流的基波頻率位于工頻n次諧波與n+1次諧波之間(n為正整數(shù))。原理示意圖如圖3.1所示。正常運(yùn)行時(shí)，=57.7V，=0V，主機(jī)不輸出信號(hào)電流。發(fā)生單相接地故障時(shí)(以A相接地為例)，=0V，=100V。主機(jī)根據(jù)PT二次電壓的變化，自動(dòng)判斷為A相接地，并向A、N端子輸出信號(hào)電流，如圖3

48、.1中虛線(1)所示。此信號(hào)電流必然感應(yīng)到PT原邊，其通路如圖3.1虛線(2)所示，此電流沿接地線路接地相流動(dòng)并經(jīng)接地點(diǎn)入地?？梢姡挥泄收暇€路的故障相才有此信號(hào)電流。因此，用尋跡原理可判斷出接地故障線路及接地點(diǎn)位置。這種方法不需增加一次設(shè)備，不會(huì)對(duì)運(yùn)行設(shè)備產(chǎn)生不良影響；注入信號(hào)具有不同于系統(tǒng)中任何一種固有信號(hào)的特征，對(duì)它的檢測不受系統(tǒng)運(yùn)行情況的影響；注入信號(hào)電流僅在接地線路的接地相流通，不影響系統(tǒng)的其它部位。圖3.1單相接地故障時(shí)“S注入法”注入信號(hào)的流向（2）局限性注入法的缺陷在于注入信號(hào)的強(qiáng)度受電壓互感器的容量限制，不能達(dá)到很大；接地電阻較大時(shí)線路上分布電容會(huì)對(duì)注入的信號(hào)分流，給選線帶來

49、很大干擾；弧光接地時(shí)諧波含量豐富，注入的信號(hào)在線路中將不連續(xù)且會(huì)破壞信號(hào)特征；在現(xiàn)場高、低溫惡劣運(yùn)行環(huán)境下工作點(diǎn)容易漂移，導(dǎo)致收不到該電流信號(hào)；該法還易受現(xiàn)場強(qiáng)電磁場干擾；再者傳感器接收的是空間信號(hào)，故障和非故障線信號(hào)差異并不很大，有時(shí)不能保證選線準(zhǔn)確性。3.6殘流增量法（擾動(dòng)原理）（1）基本原理在系統(tǒng)發(fā)生單相接地后，通過裝設(shè)于各回線的零序電流互感器采集各線路的零序電流，然后改變消弧線圈脫諧度，再采集各線路的零序電流，然后求出各線路在消弧線圈調(diào)諧前后零序電流的變化量，其中最大者即為接地線路，因?yàn)樗扔谙【€圈調(diào)諧前后電感電流的改變值，而其他線路基本不變。這種選線方法原理簡單，不受系統(tǒng)電壓和頻率

50、波動(dòng)的影響，判據(jù)采用相對(duì)值，即零序電流的增量，與零序電流互感器的極性無關(guān)，也避免了零序電流互感器和測量回路誤差及背景干擾等因素的影響，提高了靈敏度及可靠性。（2）局限性這種方法是以損失一些自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償消弧線圈的功能為代價(jià)的。通常認(rèn)為增大脫諧度易使接地電弧重燃，減小脫諧度容易引起諧振過電壓；不能在消弧線圈補(bǔ)償?shù)臅r(shí)候同時(shí)選線；在高阻接地或線路較少的時(shí)候，各回線的零序電流都將發(fā)生很大變化，故障線路零序電流變化量不能保證最大，在原理上存在不足，故只能配合特定的自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償消弧線圈工作，不能用于其它場所。3.7暫態(tài)分量法（1）首半波法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(shí)故障相

51、電容電荷通過故障相線路向故障點(diǎn)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(shí)，暫態(tài)電感電流為零。此時(shí)的暫態(tài)電容電流比暫態(tài)電感電流大得多，不論是中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)還是諧振接地系統(tǒng)，故障發(fā)生瞬間的暫態(tài)過程近似相同。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(diǎn)，即可實(shí)現(xiàn)選線。但故障發(fā)生在相電壓過零值附近時(shí)，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。（2）小波分析法單相接地時(shí)，故障電壓和電流的暫態(tài)過程持續(xù)時(shí)間短并含有豐富的特征量，而

52、穩(wěn)態(tài)時(shí)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(duì)信號(hào)進(jìn)行精確分析，特別是對(duì)暫態(tài)突變信號(hào)和微弱信號(hào)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(huì)導(dǎo)致信號(hào)奇異，而小波變換的模極大值點(diǎn)對(duì)應(yīng)著采樣數(shù)據(jù)的奇異點(diǎn)，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)某叨确纸夂螅纯珊雎栽肼曈绊懙玫捷^理想的暫態(tài)短路信號(hào)。小波變換是把一個(gè)信號(hào)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(duì)暫態(tài)零序電流的特征分量進(jìn)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

53、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(hào)的選線判據(jù)。但電力系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)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(shí)就應(yīng)對(duì)母線零序電壓和各出線零序電流進(jìn)行基波的小波系數(shù)提取，然后類似地構(gòu)造選線判據(jù)。4 基于有功分量的選線方案對(duì)于預(yù)調(diào)式消弧線圈接地系統(tǒng)，由于限壓電阻的存在，使得單相接地故障發(fā)生時(shí)，故障線路零序電流中的有功分量較大。在對(duì)現(xiàn)有接地選線保護(hù)原理進(jìn)行分析比較的基礎(chǔ)上，針對(duì)預(yù)調(diào)式消弧線圈接地系統(tǒng)，本文著重介紹一下基于有功分量的選線方案。4.1零序電流有功分量方向法在經(jīng)消弧線圈接地電網(wǎng)中，系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障后，接地點(diǎn)的電容電流得到消弧線圈感性電流的補(bǔ)償，使得故障點(diǎn)的殘余電

54、流很小，有利于接地電弧熄滅。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。但此時(shí)零序電流中的阻性分量與補(bǔ)償無關(guān)，即故障線路的零序電流的阻性分量與非故障線路的零序電流的阻性分量方向相反，且故障線路零序電流阻性分量的絕對(duì)值最大。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。零序電流有功分量方向法就是基于這一思想提出來的。為進(jìn)一步說明零序電流有功分量方向原理，先來分析中性點(diǎn)經(jīng)電阻接地的系統(tǒng)，其發(fā)生單相接地故障時(shí)零序等效網(wǎng)絡(luò)如圖4.1所示：圖4.1中性點(diǎn)經(jīng)電阻接地單相接地故障的零序網(wǎng)絡(luò)由圖所知，故障線路3始端所反應(yīng)的零序電流為： （4.1）非故障線路1、2的零序電流為： （4.2） （4.3）可見，流過故障線路始端的零序電流由和兩部分組成，前者由中性點(diǎn)電阻器產(chǎn)生，相位滯后零序電壓；后者由非故障線路對(duì)地電