小電流接地系統(tǒng)單相接地故障選線裝置的設(shè)計(jì)

1、目錄0 引言11 緒論31.1 小電流接地系統(tǒng)研究現(xiàn)狀31.2 小電流接地系統(tǒng)研究的意義42 小電流接地系統(tǒng)單相接地故障分析62.1 概述62.2 小電流接地系統(tǒng)不同接地方式的比較72.2.1 中性點(diǎn)不接地方式72.2.2 中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地方式72.2.3 中性點(diǎn)經(jīng)電阻接地方式82.3 小電流接地系統(tǒng)不同接地方式的故障分析82.3.1 中性點(diǎn)不接地方式的故障分析82.3.2 中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)單相接地故障分析132.3.3 中性點(diǎn)經(jīng)電阻接地系統(tǒng)單相接地故障分析173 小電流單相接地故障選線算法203.1 選線算法綜述203.1.1 零序電流比幅算法203.1.2 群體比幅比相算法20

2、3.1.3 無(wú)功功率算法213.1.4 五次諧波分量算法213.1.5 有功分量算法223.1.6 小波算法223.1.7 能量函數(shù)法233.1.8 信號(hào)注入法243.2 選線影響因素分析253.3 綜合選線算法253.4 連續(xù)選線算法274 小電流接地選線裝置的硬件設(shè)計(jì)294.1 CPU模塊294.2 信號(hào)采集模塊304.3 A/D轉(zhuǎn)換模塊314.4 存儲(chǔ)空間擴(kuò)展模塊364.4.1 SRAM的擴(kuò)展364.4.2 FLASH 芯片的擴(kuò)展384.5 人機(jī)對(duì)話模塊394.6 通信系統(tǒng)414.7 硬件抗干擾設(shè)計(jì)435 小電流接地選線裝置的軟件設(shè)計(jì)445.1 軟件框架設(shè)計(jì)445.1.1 控制層軟件設(shè)計(jì)

3、455.1.2 應(yīng)用層軟件設(shè)計(jì)535.1.3 各任務(wù)之間的切換關(guān)系545.2 軟件抗干擾技術(shù)的應(yīng)用556 經(jīng)濟(jì)技術(shù)分析577 結(jié)論58致謝59參考文獻(xiàn)60附錄A 譯文61附錄B 外文文獻(xiàn)650 引言 電力系統(tǒng)中性點(diǎn)接地方式可劃分為兩大類：大電流接地方式和小電流接地方式。在大電流接地方式中，主要有：中性點(diǎn)直接接地方式，中性點(diǎn)經(jīng)低電阻、低電抗或中電阻接地方式；在小電流接地方式中，主要有:中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地方式，中性點(diǎn)不接地方式和中性點(diǎn)經(jīng)高電阻接地方式等1,2。 小電流接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時(shí)的情況比較復(fù)雜，各物理量的變化與系統(tǒng)中性點(diǎn)接地方式、接地點(diǎn)位置、接地電阻值、燃弧和熄弧情況等因素都有關(guān)系

4、。不過(guò)接地故障發(fā)生后總是先引起各相電壓的變化，然后導(dǎo)致各相電流發(fā)生變化。我國(guó)666kV配電網(wǎng)一般為小電流接地方式。單相接地故障是配電網(wǎng)中發(fā)生頻率較高的故障，故障發(fā)生后，由于大地與中性點(diǎn)之間沒(méi)有直接電氣連接或串接了電抗器，因此短路電流很小，保護(hù)裝置不需要立刻動(dòng)作跳閘，從而提高了系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性，特別是在瞬時(shí)故障條件下，短路點(diǎn)可以自行滅弧恢復(fù)絕緣，有利于減少用戶短時(shí)停電次數(shù)。但如果故障是永久性的，系統(tǒng)僅允許在故障情況下繼續(xù)運(yùn)行12小時(shí)，此時(shí)必須盡快查明接地線路，以便采取相應(yīng)措施排除故障，恢復(fù)系統(tǒng)正常運(yùn)行3,4。因此提出小電流接地系統(tǒng)的單相接地故障選線問(wèn)題。小電流接地系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是接地故障零序電流小，

5、但微弱的零序電流?；祀s在各種干擾信號(hào)中，為準(zhǔn)確選線排除故障增加了難度。針對(duì)這個(gè)問(wèn)題已有大量的研究，基于不同的原理，提出了許多解決方案，并開(kāi)發(fā)出選線裝置在實(shí)際工作中取得了一定的應(yīng)用。在研究選線算法的初期，主要針對(duì)某一具體算法，如適用于中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)的群體比幅比相算法，適用于經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)的諧波法、能量法、小波法等。從現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用情況來(lái)看，這些傳統(tǒng)的算法的選線效果并不理想，主要原因有：(1)接地狀況復(fù)雜，故障狀況不同，產(chǎn)生的故障特征量在數(shù)值上、變化規(guī)律上相差很大；(2)故障電流微弱，測(cè)量精度難以保證；(3)現(xiàn)場(chǎng)的電磁干擾以及工頻負(fù)荷電流干擾使測(cè)量的故障成分信噪比非常低。受各種干擾因素的影響,故障

6、選線裝置測(cè)量到的故障特征量(如零序電流、零序功率方向等)具有很大的模糊性和不確定性，同一干擾信號(hào)對(duì)不同的故障檢測(cè)手段的影響相差較大，沒(méi)有哪種單一選線方法對(duì)所有故障類型都有效。另外，由于小電流接地系統(tǒng)的特殊性，運(yùn)行中因改變運(yùn)行方式而出現(xiàn)諧振過(guò)電壓的幾率較高，過(guò)電壓不僅影響設(shè)備的安全運(yùn)行，并且會(huì)啟動(dòng)選線裝置，造成選線裝置誤動(dòng)，影響故障處理。因此，分析研究各種選線算法，提取特征信息確定選線算法的有效性，將各種選線算法智能融合，分析諧振引起的虛幻接地現(xiàn)象，有效區(qū)別諧振過(guò)電壓和單相接地故障，形成適應(yīng)性強(qiáng)的選線算法，并為算法的實(shí)現(xiàn)建立計(jì)算快速、靈敏的硬件平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)小電流接地系統(tǒng)單相接地故障快速、可靠選線，

7、將具有重要的理論和實(shí)際意義。1 緒論1.1 小電流接地系統(tǒng)研究現(xiàn)狀 世界各國(guó)的配電網(wǎng)中性點(diǎn)在50年代前后，大都采用中性點(diǎn)不接地或經(jīng)消弧線圈接地方式；到60年代后，有的采用直接接地和低電阻接地方式，有的采用經(jīng)消弧線圈接地方式。對(duì)于故障選線的研究，在前蘇聯(lián)，小電流接地系統(tǒng)得到了廣泛應(yīng)用，并對(duì)其保護(hù)原理和裝置的研究給予了很大的重視，發(fā)表了多篇論文，研制了幾代裝置，在供電和煤炭行業(yè)中得到了應(yīng)用，保護(hù)原理從過(guò)流、無(wú)功方向發(fā)展到了群體比幅；裝置由電磁式繼電器、晶體管發(fā)展到模擬集成電路和數(shù)字電路，而微機(jī)構(gòu)成的裝置較少。日本在供電、鋼鐵、化工用電中普遍采用中性點(diǎn)不接地或經(jīng)電阻接地系統(tǒng)，所以選線原理簡(jiǎn)單，采用基

8、波無(wú)功方向方法，近年來(lái)，在如何獲取零序電流信號(hào)以及接地點(diǎn)分區(qū)段方面投入了不少力量，利用光導(dǎo)纖維研制的架空線和電纜零序互感器OZCT試驗(yàn)獲得成功。德國(guó)多使用諧振接地系統(tǒng)，并于30年代就提出了反映故障開(kāi)始暫態(tài)過(guò)程的單相接地保護(hù)原理，研制了便攜式接地報(bào)警裝置。法國(guó)在使用中性點(diǎn)經(jīng)電阻接地系統(tǒng)幾十年后，現(xiàn)在正以諧振接地系統(tǒng)取代中性點(diǎn)經(jīng)電阻接地系統(tǒng)，同時(shí)開(kāi)發(fā)出了高新技術(shù)產(chǎn)品零序?qū)Ъ{接地保護(hù)。而挪威一家公司則利用測(cè)量空間電場(chǎng)和磁場(chǎng)的相位，反映零序電壓和零序電流的相位，研制了懸掛式接地指示器。90年代初，國(guó)外已將人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)原理應(yīng)用于單相接地保護(hù)，并有文獻(xiàn)提到應(yīng)用專家系統(tǒng)方法，隨著小波分析的出現(xiàn)和發(fā)展，國(guó)外有

9、文獻(xiàn)提及利用小波分析良好的時(shí)頻局部性，分析故障暫態(tài)電流的高頻分量的方法。 我國(guó)從1958年起，就一直對(duì)小電流接地系統(tǒng)單相接地故障的選線問(wèn)題進(jìn)行研究，提出了多種選線方法，并開(kāi)發(fā)出了相應(yīng)的裝置。50年代我國(guó)有根據(jù)首半波極性研制成功的接地保護(hù)裝置和利用零序電流五次諧波研制成功的接地選線定位裝置。70年代后期，上海繼電器廠和許昌繼電器廠等單位研制生產(chǎn)了一批有選擇性的接地信號(hào)裝置，如反映中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)零序功率方向的ZD-4型保護(hù)和反映經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)五次諧波零序功率方向的ZD-5，ZD-6，ZD-7型保護(hù)。有些運(yùn)行部門(mén)還采用反映零序電流增大的零序電流保護(hù)來(lái)選線。80年代中期，我國(guó)又研制成功了微機(jī)型小

10、電流接地系統(tǒng)單相接地選線裝置，近幾年來(lái)，隨著微機(jī)在電力系統(tǒng)應(yīng)用的推廣，相繼又出現(xiàn)了一些微機(jī)型接地選線裝置和適合微機(jī)實(shí)現(xiàn)的選線理論。其中由南京自動(dòng)化研究院研制的微機(jī)小電流接地系統(tǒng)單相接地選線裝置，其主要原理是比較線路零序電流五次諧波的大小和方向；華北電力大學(xué)利用零序電流的五次諧波比相原理研制的ML98型小電流接地系統(tǒng)單相接地微機(jī)選線裝置等等。另外，信號(hào)注入式接地選線、定位保護(hù)利用對(duì)外加診斷信號(hào)的尋蹤實(shí)現(xiàn)選線、定位，已在電力系統(tǒng)中獲得較為廣泛的應(yīng)用。 為提高選線的正確率國(guó)內(nèi)研究人員不斷進(jìn)行探索，有文獻(xiàn)從信息融合的思路出發(fā)，提出充分利用多方面的故障信息，探索多種選線方法使之相互融合來(lái)提高故障選擇判斷

11、能力，并提出一種應(yīng)用D-S證據(jù)理論實(shí)現(xiàn)的多重故障特征融合選線方法。在證據(jù)理論的應(yīng)用中，將多信息綜合選線問(wèn)題轉(zhuǎn)化為證據(jù)推理問(wèn)題，使選線結(jié)果最大程度得到各個(gè)故障信息的共同支持，同時(shí)抑止了受到干擾的不良數(shù)據(jù)的影響。然而這種綜合選線方法運(yùn)用于現(xiàn)場(chǎng)并不實(shí)用，不能解決配電網(wǎng)高阻故障選線困難等根本問(wèn)題，僅對(duì)選線的可靠性做出了改善。1.2 小電流接地系統(tǒng)研究的意義 長(zhǎng)期以來(lái)，人們針對(duì)小電流故障選線問(wèn)題進(jìn)行了大量的研究，基于不同的原理，提出了許多解決方案，有的已經(jīng)開(kāi)發(fā)出選線裝置并在實(shí)際工作中取得了一定的應(yīng)用，但現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果都不理想。 美國(guó)、日本等國(guó)的配電電網(wǎng)采用低電阻接地方式居多，人工增大故障點(diǎn)的接地電流，利用

12、零序過(guò)電流保護(hù)瞬間切除故障線路，不需要配置單相接地選線裝置，美國(guó)電力行業(yè)一般承認(rèn)小電流系統(tǒng)技術(shù)上的優(yōu)點(diǎn)，但是出于經(jīng)濟(jì)方面的考慮(存在許多私營(yíng)電力企業(yè)，全面的改造在經(jīng)濟(jì)上不合算)，目前仍保持低電阻接地方式。在法國(guó)由于地下電纜的顯著增加和對(duì)用戶提供電能標(biāo)準(zhǔn)的提高，為能更好地控制接地故障期間的過(guò)電壓水平，法國(guó)電力公司(EDF)通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)和運(yùn)行考驗(yàn)后做出決定，將全部中壓電網(wǎng)的中性點(diǎn)改為諧振(小電流)接地方式。 在采用小電流接地配電系統(tǒng)的俄羅斯、挪威、加拿大等國(guó)一直以來(lái)使用零序功率方向、零序過(guò)電流繼電器，也研制了微機(jī)式接地故障繼電器，但都是單條線路的保護(hù)，由于技術(shù)方面的原因接地保護(hù)被認(rèn)為難以實(shí)現(xiàn)，并沒(méi)

13、有在選線方面做進(jìn)一步的研究，而是寧愿在供電網(wǎng)架的結(jié)構(gòu)上增加投資以保證供電可靠性。繼電保護(hù)的選擇性等因素在一定程度上影響了小電流接地方式在一些國(guó)家和地區(qū)的應(yīng)用與發(fā)展。 我國(guó)由于本身電網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)薄弱從50年代就開(kāi)始了對(duì)小電流接地系統(tǒng)接地選線原理和裝置的研究，并且相繼推出了幾代產(chǎn)品，在該領(lǐng)域發(fā)展很快，對(duì)該項(xiàng)技術(shù)研究處于國(guó)際領(lǐng)先水平。國(guó)內(nèi)接地保護(hù)和選線裝置經(jīng)歷了繼電器式產(chǎn)品、半導(dǎo)體集成電路裝置、微機(jī)裝置的發(fā)展階段。但是，很多裝置因?yàn)閿?shù)據(jù)采集速度慢，或者因?yàn)閿?shù)據(jù)計(jì)算處理、選線速度無(wú)法滿足實(shí)時(shí)性要求，或者因?yàn)檫x線原理有一定的缺陷，在靈敏度和可靠性方面尚欠理想，裝置在實(shí)際使用中的表現(xiàn)不能令人滿意。 作為選

14、線技術(shù)的發(fā)源地，我們小電流接地系統(tǒng)單相接地故障選線課題組對(duì)選線技術(shù)進(jìn)行了長(zhǎng)期的研究，并且取得了相當(dāng)大的成就。2001年1月-2001年12月，課題組建立了國(guó)內(nèi)第一個(gè)小電流接地選線的10kV物理模擬實(shí)驗(yàn)室，經(jīng)過(guò)多次的實(shí)驗(yàn)研究，找到了改進(jìn)原有選線理論及裝置的方法和措施，成功研制出基于工控機(jī)技術(shù)的小電流接地系統(tǒng)單相接地選線裝置。該裝置業(yè)已投入現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行，選線成功率高，充分的驗(yàn)證了選線原理和選線判據(jù)的有效性和可靠性。 基于工控機(jī)技術(shù)的小電流故障選線裝置雖然具有速度快、內(nèi)存大、硬盤(pán)大等優(yōu)點(diǎn)，但是由于存在易損元件、環(huán)境適應(yīng)性差、成本較高，不利于該項(xiàng)技術(shù)的進(jìn)一步推廣。相反，采用單片機(jī)控制不僅能夠大大降低成本，

15、而且可以提高裝置的可靠性。尤其是近年來(lái)，隨著計(jì)算機(jī)硬件的發(fā)展，高速度、高性能的單片機(jī)產(chǎn)品的出現(xiàn)以及相關(guān)應(yīng)用系統(tǒng)的日臻完善，單片機(jī)的應(yīng)用正在不斷地走向深入，這為基于單片機(jī)控制的小電流故障選線裝置的實(shí)現(xiàn)提供了非常好的硬件基礎(chǔ)。各種單片機(jī)控制的小電流選線裝置紛紛投入運(yùn)行。但是現(xiàn)有的單片機(jī)控制的小電流選線裝置中，因?yàn)閮?nèi)存空間不夠大或者速度跟不上，導(dǎo)致選線算法單一，不能很好的滿足小電流選線實(shí)時(shí)接收數(shù)據(jù)、實(shí)時(shí)判斷的要求，從而選線精度大打折扣。所以，進(jìn)一步深入研究裝置的單片機(jī)實(shí)現(xiàn)方式是十分有必要的。本文提出了基于單片機(jī)方式的硬件電路的開(kāi)發(fā)方案和軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，嘗試了使用C8051F120 單片機(jī)來(lái)解決小電

16、流故障選線問(wèn)題，具有成本低、體積小、速度快、內(nèi)存大等優(yōu)點(diǎn)。其CPU 速度為100MIPS，A/D采樣速率達(dá)每周期50個(gè)點(diǎn)，完全滿足小電流選線技術(shù)對(duì)速度的要求。而且擴(kuò)展的內(nèi)存空間達(dá)1M，外存采用128M的FLASH芯片，分別滿足了選線程序及故障錄波的需要。2 小電流接地系統(tǒng)單相接地故障分析2.1 概述電力系統(tǒng)的中性點(diǎn)接地方式指的是變壓器星型繞組中性點(diǎn)與大地的電氣連接方式。在電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中，中性點(diǎn)接地方式對(duì)于系統(tǒng)運(yùn)行、絕緣、繼電保護(hù)等各方面都有著決定性的影響。由于對(duì)各種電壓等級(jí)電網(wǎng)的運(yùn)行指標(biāo)的要求日益提高，中性點(diǎn)接地方式的正確選擇及其在不同條件下的實(shí)施就具有越來(lái)越重要的實(shí)際意義。一般而言，中性

17、點(diǎn)接地方式直接影響到：供電可靠性；線路和設(shè)備的絕緣水平；單相短路電流對(duì)設(shè)備損傷程度；繼電保護(hù)裝置的功能；對(duì)通信和信號(hào)系統(tǒng)的影響等等。在小電流接地方式中，主要有：中性點(diǎn)諧振接地方式（經(jīng)消弧線圈接地）；中性點(diǎn)不接地方式；中性點(diǎn)經(jīng)高電阻接地方式等。小電流接地系統(tǒng)的特點(diǎn)：1、由于中性點(diǎn)非有效接地，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生單相短路接地時(shí)，故障點(diǎn)不會(huì)產(chǎn)生大的短路電流，因此允許系統(tǒng)短時(shí)間帶故障運(yùn)行；2、此系統(tǒng)對(duì)于減少用戶停電時(shí)間，提高供電可靠性非常有意義；3、當(dāng)系統(tǒng)帶故障運(yùn)行時(shí)，非故障相對(duì)地電壓將上升很高，容易引發(fā)各種過(guò)電壓，危及到系統(tǒng)絕緣，嚴(yán)重時(shí)將會(huì)導(dǎo)致單相瞬時(shí)性接地故障發(fā)展成單相永久接地故障或兩相故障。對(duì)于110kV

18、以下的中壓電力系統(tǒng)，設(shè)備的絕緣裕度受經(jīng)濟(jì)因素的制約相對(duì)較小，降低絕緣水平成為一個(gè)相對(duì)次要的因素，主要矛盾則轉(zhuǎn)化為單相接地故障電流的危害性，包括供電可靠性、人身與設(shè)備安全性，以及對(duì)通信干擾等問(wèn)題的考慮。所以中壓配電網(wǎng)接地方式的選擇一般采用中性點(diǎn)非有效接地方式即小電流接地方式。在我國(guó)配電網(wǎng)中，66kV和 35kV電網(wǎng)主要采用中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地方式，3kV10kV電網(wǎng)則以中性點(diǎn)不接地方式為主，個(gè)別地區(qū)如上海以及北京、廣州等的部分城市電網(wǎng)采用小電阻接地方式。在小電流接地系統(tǒng)中，由于中性點(diǎn)非有效接地，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生單相短路接地時(shí)，單相短路接地故障將不會(huì)形成大電流的回路，故障電流主要由線路對(duì)地電容提供。這個(gè)

19、電流在數(shù)值上是很小的。對(duì)于10kV架空線路來(lái)說(shuō)，每30公里線路產(chǎn)生大約1安培的零序電流。電纜線路產(chǎn)生的零序電流稍大一些。這樣微弱的故障信號(hào)混雜在上百安培的負(fù)荷電流中，使得準(zhǔn)確找出故障線路成了一個(gè)技術(shù)難題。通過(guò)對(duì)小電流接地系統(tǒng)的單相接地故障機(jī)理分析，我們發(fā)現(xiàn)雖然接地電流數(shù)值上很小，但各線路電容電流的分布具有一定的規(guī)律性，所以通過(guò)這種可循的規(guī)律性就可以依據(jù)一定的選線原理確定出故障線路。2.2 小電流接地系統(tǒng)不同接地方式的比較2.2.1 中性點(diǎn)不接地方式中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)起來(lái)簡(jiǎn)單，不需要在中性點(diǎn)接任何裝置。發(fā)生單相接地故障時(shí)，其接地電流很小，而且不會(huì)破壞系統(tǒng)的對(duì)稱性，故一般允許其帶故障繼續(xù)運(yùn)行1

20、2小時(shí)。由于單相接地時(shí)故障點(diǎn)電流很小，跨步電壓和接觸電壓都較低，使人身傷亡顯著降低，鄰近通信線路干擾較小。但它存在較嚴(yán)重的缺點(diǎn)： 1) 發(fā)生間歇電弧接地時(shí)，會(huì)產(chǎn)生高幅值過(guò)電壓； 2) 在單相接地的暫態(tài)過(guò)程中，會(huì)產(chǎn)生較大的過(guò)電流。 中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地時(shí)的特點(diǎn)為： 1) 中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地后，故障相對(duì)地電壓為零，非故障相對(duì)地電壓為電網(wǎng)線電壓。整個(gè)系統(tǒng)將出現(xiàn)零序電壓，零序電壓由零上升至電網(wǎng)正常工作時(shí)的相電壓，電網(wǎng)中各處的零序電壓基本相等，線電壓仍然保持對(duì)稱；2) 故障線路和非故障線路上均會(huì)出現(xiàn)零序電流，非故障線路的零序電流數(shù)值上等于本線路對(duì)地電容電流，方向由母線流向線路，故障線路

21、的零序電流數(shù)值上等于所有非故障線路的零序電流之和，方向由線路流向母線； 3) 所有非故障線路的零序電流的相位相同，超前于零序電壓90度；故障線路零序電流的相位滯后零序電壓90度；即故障線路零序電流與非故障線路零序電流相位相差180 度。中性點(diǎn)不接地電網(wǎng)中單相接地的電流為電容電流，對(duì)于規(guī)模不大的335kV電網(wǎng)，該電流只有幾個(gè)安培，單相接地實(shí)際并不影響向用戶供電，因?yàn)榫€電壓三角形沒(méi)有改變，從減少跳閘次數(shù)保證連續(xù)供電來(lái)看，采用中性點(diǎn)不接地方式是合理的。2.2.2 中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地方式 對(duì)于出線較多，線路長(zhǎng)度較長(zhǎng)，或者包含大量電纜線路的系統(tǒng)，當(dāng)其電容電流超過(guò)一定數(shù)值時(shí)，單相接地故障時(shí)電弧不易熄滅，

22、這時(shí)應(yīng)采用中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地的方式運(yùn)行。消弧線圈是一個(gè)裝設(shè)于配電網(wǎng)中性點(diǎn)的可調(diào)電感線圈，當(dāng)發(fā)生單相接地時(shí)，可形成與接地電流大小接近但方向相反的感性電流以補(bǔ)償容性電流，從而使接地處的電流變得很小或接近于零。 中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地故障時(shí)，整個(gè)系統(tǒng)也出現(xiàn)數(shù)值為電網(wǎng)正常運(yùn)行時(shí)的相電壓的零序電壓，并且故障線路和非故障線路上均會(huì)出現(xiàn)零序電流，非故障線路的零序電流在數(shù)值上等于自身線路對(duì)地電容電流，方向由母線流向線路，故障線路的零序電流數(shù)值上等于所有非故障線路的零序電流與電感電流之和，方向不定，視補(bǔ)償電流大小而定，如果線路零序電流諧波分量方向均流向母線，則為母線接地。由于接地點(diǎn)殘流很小，故很難檢測(cè)出故障線路

23、。 中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地的系統(tǒng)，其消弧線圈通常安裝于各樞紐變電所內(nèi)，接在零序電抗小、零序漏磁通小的變壓器中性點(diǎn)上或接地變壓器中性點(diǎn)上且消弧線圈處于過(guò)補(bǔ)償狀態(tài)，使得故障時(shí)電弧重燃的次數(shù)大為減少，從而使高幅值的過(guò)電壓出現(xiàn)的概率減小。2.2.3 中性點(diǎn)經(jīng)電阻接地方式中性點(diǎn)經(jīng)電阻接地分為高電阻接地、中電阻接地、低電阻接地三種方式。中性點(diǎn)電阻的值，從不同角度考慮差別很大，可歸納為三種取值原則：(1) 限制間歇電弧接地過(guò)電壓；(2) 限制單相接地電流使其小于三相短路電流；(3) 限制通信干擾。 此種接地方式的優(yōu)缺點(diǎn)是： 1) 可以降低單相接地時(shí)非故障相的過(guò)電壓以及抑制弧光接地過(guò)電壓，對(duì)設(shè)備絕緣等級(jí)要求較低

24、，其耐壓水平可以按相電壓來(lái)選擇； 2) 接地時(shí)，由于流過(guò)故障線路的電流較大，可以比較容易地檢出故障線路；3) 有利于消除諧振過(guò)電壓和斷線過(guò)電壓，避免使單相接地發(fā)展為相間故障； 4) 當(dāng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，無(wú)論是永久性的還是非永久性的，均作用于跳閘，使線路的跳閘次數(shù)大大增加，降低了供電可靠性。2.3 小電流接地系統(tǒng)不同接地方式的故障分析2.3.1 中性點(diǎn)不接地方式的故障分析 中性點(diǎn)不接地(絕緣)是指中性點(diǎn)沒(méi)有人為與大地連接。經(jīng)電位指示裝置或測(cè)量裝置或其它高阻抗接地除外。事實(shí)上，這樣的電網(wǎng)是通過(guò)電網(wǎng)對(duì)地電容接地。中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障分析：電力系統(tǒng)中性點(diǎn)對(duì)地絕緣，即為典型的不接地系統(tǒng),如

25、果發(fā)生單相接地，若不記元件對(duì)地的電容，那么接地電流為零，不影響對(duì)用戶供電。實(shí)際上各元件對(duì)地都存在電容，特別各相導(dǎo)體之間及相對(duì)地之間都存在沿全線路均勻分布的電容。為了討論方便，認(rèn)為三相是對(duì)稱的，并用集中電容代替分布電容，各相之間的電容對(duì)我們討論的問(wèn)題沒(méi)有影響，可以作為三相對(duì)稱的電容負(fù)載處理，這樣就可把三相中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)單相故障等值簡(jiǎn)化成圖2.1。 圖2.1中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)單相接地圖Fig 2.1 Single-Phase Permanent earthing in isolated neutial system正常運(yùn)行時(shí)，各相對(duì)地電壓是對(duì)稱的，中性點(diǎn)對(duì)地電壓為零，電網(wǎng)中無(wú)零序電壓。由于各相對(duì)地

26、電容相同,在相電壓的作用下，各相電容電流相等并超前于相電壓。這時(shí)，無(wú)論采用三角形接法或星形接法,線電流中不存在零序分量，相電壓和零序電流的向量圖，如圖2.2.1所示。當(dāng)發(fā)生單相接地故障后，三相電路的對(duì)稱性受到破壞,故障點(diǎn)就出現(xiàn)明顯的不對(duì)稱，當(dāng)A相發(fā)生單相接地故障后，A相對(duì)地電壓變?yōu)榱?，其?duì)地電容被短接，而B(niǎo)相和C相對(duì)地電壓升高,對(duì)地電容電流相應(yīng)增大。過(guò)渡接地點(diǎn)f的電流為所有線路電容電流的總和，系統(tǒng)電容電流的分布和向量圖，如圖2.2.2所示。 圖2.2.1相電壓和零序電流的向量圖 Fig 2.2.1 Vector diagram of Phase voltage and zero-sequenc

27、e current 圖2.2.2系統(tǒng)電容電流的分布向量圖 Fig 2.2.2 Vector diagram of capacitance current of system當(dāng)發(fā)生金屬性接地(即)故障時(shí)，為了便于分析，下面僅考慮故障線路。顯然從圖2.2中可以看出： A相電壓： （2-1） B相電壓： （2-2） C相電壓： （2-3） 零序電壓： （2-4）各相電容電流和本線路流過(guò)接地點(diǎn)的電流為： （2-5） （2-6） （2-7） 當(dāng)系統(tǒng)有多條出線時(shí)，流過(guò)故障點(diǎn)的電流為： （2-8） 其中，j=1,2,3.N為線路對(duì)地電容，N為出線的條數(shù)。由此可見(jiàn)，接地電流超前零序電壓，并由線路流向母線。故障

28、電流為正常電容電流的3倍，相電壓升高到原來(lái)的倍，零序電壓由零上升為正常時(shí)的相電壓，可用此特征來(lái)選擇接地相。正常線路1的零序電流： （2-9） 在不考慮線路電阻及接地電阻的情況下,3超前。故障線路2的零序電流： （2-10）由此可見(jiàn)，故障線路的零序電流除了B、C相分布電容電流，還多了一項(xiàng)從故障點(diǎn)流向母線的故障電流，使得故障線路零序電流在相位上比零序電壓滯后，幅值比正常線路大。我們可以利用這一點(diǎn)來(lái)確定故障線路。然而在實(shí)際小電流接地故障中，大部分接地故障都是經(jīng)過(guò)渡電阻接地，假設(shè)接地電阻為，根據(jù)等效發(fā)電機(jī)原理(赫爾姆霍斯-戴維南定理)，可將其進(jìn)行等效，等效過(guò)程如圖2.3。 圖2.3 中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)故

29、障后等效過(guò)程示意圖 Fig 2.3 Equivalent fault diagram of isolated neutral system 其中： (2-11) (2-12) (2-13) 從兩端看進(jìn)去，等效電容為3C。所以電網(wǎng)零序電壓為： （2-14）故障電流為： （2-15）當(dāng)時(shí)為金屬相接地，即金屬性接地。隨著的增加,零序電壓隨著減小，給選線帶來(lái)困難，但是零序電流與零序電壓之間的相位關(guān)系沒(méi)有變化。通過(guò)以上的分析中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)具有兩個(gè)主要優(yōu)點(diǎn)：l) 運(yùn)行方面：電網(wǎng)發(fā)生單相接地故障時(shí)穩(wěn)態(tài)工頻電流小。2) 如雷擊絕緣閃絡(luò)瞬時(shí)故障可自動(dòng)消除，無(wú)需跳閘。3) 如金屬性接地故障，可單相接地運(yùn)行，電網(wǎng)

30、可以不間斷供電，提高了供電可靠性。4) 接地電流小，降低了地電位升高；減少了跨步電壓和接觸電壓；減小了對(duì)信息系統(tǒng)的干擾；減小了對(duì)地壓網(wǎng)的反擊。5) 經(jīng)濟(jì)方面：節(jié)約了接地設(shè)備或接地系統(tǒng)導(dǎo)體的開(kāi)支。6) 另外，中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)具有四個(gè)主要缺點(diǎn)：l) 弧光過(guò)電壓的危害：中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地時(shí)，流過(guò)接地點(diǎn)的接地電流是系統(tǒng)總的電容電流，即正常每相電容電流的三倍，這一電流隨著電網(wǎng)線路的增加，電網(wǎng)的擴(kuò)大而不斷增大。另一方面，接地點(diǎn)的電弧也較難熄滅，如果出現(xiàn)穩(wěn)定電弧，有可能燒壞設(shè)備，甚至引起三相短路而擴(kuò)大事故；在一定條件下，接地點(diǎn)還可能出現(xiàn)間歇電?。ㄖ芷谛韵绾椭厝嫉碾娀。?yàn)殡娋W(wǎng)總是具有電容和電感

31、，可能形成振蕩回路而產(chǎn)生諧振過(guò)電壓，這種由間歇電弧產(chǎn)生的過(guò)電壓，稱為弧光過(guò)電壓，其值可達(dá)2.53倍相電壓，對(duì)絕緣有非常大的威脅，對(duì)弱絕緣擊穿概率大。2) 當(dāng)經(jīng)過(guò)大過(guò)渡電阻接地時(shí)，零序電流很小，所以故障定位難，不能夠正確迅速切除接地故障線路。3) 絕緣水平要求高。單相接地后，健全相對(duì)地電壓升高倍，所以系統(tǒng)的絕緣要按線電壓考慮，在絕緣上投資相應(yīng)要增加。4) 單相接地不能長(zhǎng)期運(yùn)行，雖然絕緣是按線電壓設(shè)計(jì)的，單相接地后，設(shè)備絕緣并不危險(xiǎn)，可是當(dāng)單相接地后，長(zhǎng)期運(yùn)行可能引起正常相的絕緣薄弱點(diǎn)擊穿而接地，這就造成了兩相異地接地短路，出現(xiàn)很大的短路電流，可能造成設(shè)備損壞，擴(kuò)大事故范圍。2.3.2 中性點(diǎn)經(jīng)消

32、弧線圈接地系統(tǒng)單相接地故障分析 中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地,流過(guò)接地點(diǎn)的接地電流是電容電流，屬小電流接地系統(tǒng)，可是隨著系統(tǒng)增大，線路的電容電流增大，使越來(lái)越多的瞬時(shí)接地故障不能自動(dòng)消除，而間歇電弧接地引起的弧光過(guò)電壓使得絕緣受到嚴(yán)重的威脅。當(dāng)電容電流超過(guò)規(guī)定值(310kV)電網(wǎng)為30A；20kV及以上電網(wǎng)為10A)，為了防止間歇電弧，可采用中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地的運(yùn)行方式。我國(guó)部分地區(qū)，由于近幾年城市建設(shè)步伐加快，架空線路不斷下地，電纜路的比重逐年上升。但隨著電纜線路的增多，電容電流不斷增大，而我國(guó)大多數(shù)中壓電網(wǎng)采用的是經(jīng)消弧線圈接地方式。圖如圖2.4。圖2.4中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng) Fig

33、 2.4 Single-phase permanent earthing in pterson-coil system 正常運(yùn)行時(shí)，各相對(duì)地電壓是對(duì)稱的，中性點(diǎn)對(duì)地電壓為零，電網(wǎng)中無(wú)零序電壓，消弧線圈中沒(méi)有電流流過(guò)。各電量特征與中性點(diǎn)不接地一樣。 發(fā)生單相接地故障時(shí)，三相電路的對(duì)稱性受到破壞，故障點(diǎn)就出現(xiàn)明顯的不對(duì)稱，如當(dāng)A相發(fā)生單相接地故障時(shí)，A相對(duì)地電壓變?yōu)榱?，而B(niǎo)相和C相對(duì)地電壓升高，對(duì)地電容電流相應(yīng)增大。同時(shí)，故障線路中將有電流流過(guò)，接地點(diǎn)f的電流為所有線路電容電流和電感電流的總和。為了更加清晰地分析電容電流和電感電流的分布特點(diǎn)，可作出如圖2.5所示的零序等效網(wǎng)絡(luò)圖。 圖2.5等效零序

34、網(wǎng)絡(luò)圖 Fig 2.5 Equivalent zero sequence network diagram中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地電網(wǎng)發(fā)生單相接地故障后，其零序電壓及非故障線路接地電容電流的特點(diǎn)與中性點(diǎn)不接地電流完全一樣。不同之處在于通過(guò)故障線路中的電流包含經(jīng)消弧線圈接地而產(chǎn)生的電感電流。在有多條線路情況下，當(dāng)發(fā)生金屬性接地時(shí)，流過(guò)消弧線圈的電流為： （2-16）當(dāng)經(jīng)過(guò)渡電阻接地時(shí)，同理，故障點(diǎn)的總電流可根據(jù)等效發(fā)電機(jī)原理來(lái)確定，等效過(guò)程示意圖如圖2.6所示。 從兩端看進(jìn)去,等效阻抗為： 電網(wǎng)的零序電壓為： (2-17) 當(dāng)從，從，可利用此特點(diǎn)進(jìn)行確定故障相。 流過(guò)故障點(diǎn)的電流為： (2-18) 圖

35、2.6等效過(guò)程示意圖 Fig 2.6 Schematic plot of equivalent process 由上述分析可得以下結(jié)論： l) 經(jīng)消弧線圈接地的電網(wǎng)發(fā)生單相接地故障后，電網(wǎng)中零序電壓及非故障線路中的零序電容電流的相位和大小與中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)完全相同。 2) 消弧線圈兩端的電壓為零序電壓，消弧線圈的電流通過(guò)故障點(diǎn)和故障線路的故障相，而不通過(guò)非故障線路。在過(guò)補(bǔ)償?shù)那闆r下，故障線路的零序電流超前于零序電壓，即也由母線流向線路，與非故障線路的一樣。 3) 實(shí)際上，在電網(wǎng)中發(fā)生的單相接地故障，是非金屬性不完全接地，即故障相經(jīng)過(guò)一個(gè)過(guò)渡電阻接地。顯然，零序電壓的大小受過(guò)渡電阻大小的影響，過(guò)

36、渡電阻大，零序電壓小，零序電流的大小則隨著零序電壓的變化而變化。但零序電壓與零序電流的相位關(guān)系不受過(guò)渡電阻的影響。 4) 電力系統(tǒng)接地電流的大小決定于系統(tǒng)中性點(diǎn)接地裝置的阻抗、電網(wǎng)的對(duì)地電容及故障點(diǎn)的過(guò)渡電阻。在正常情況下，各相對(duì)地電容電流與負(fù)荷電流在各相之間形成通路（三相對(duì)稱），在單相接地故障時(shí)，電容電流將通過(guò)接地點(diǎn)。 在實(shí)際運(yùn)行中，這種接地方式暴露出了下的缺點(diǎn)： l) 為適應(yīng)不斷增長(zhǎng)的電容電流的要求，需不斷增加消弧線圈數(shù)量增加其補(bǔ)償容量，很不經(jīng)濟(jì)。 2) 弧線圈數(shù)量太多，導(dǎo)致對(duì)分接頭的及時(shí)調(diào)有困難,，電容電流計(jì)算值或測(cè)量值不準(zhǔn)確，補(bǔ)償度調(diào)節(jié)不好，系統(tǒng)接地時(shí)易出現(xiàn)諧振過(guò)電壓。 3) 發(fā)生單相

37、接地故障時(shí)，另兩相電壓升高，對(duì)一些因施工質(zhì)量或其它原因?qū)е碌碾娎|絕緣薄弱點(diǎn)，在試?yán)€路或線路分段過(guò)程中，易引起其相間絕緣損壞。2.3.3 中性點(diǎn)經(jīng)電阻接地系統(tǒng)單相接地故障分析中性點(diǎn)經(jīng)電阻接地方式，即是中性點(diǎn)與大地之間接入一定電阻值的電阻，該電阻與系統(tǒng)對(duì)地電容構(gòu)成并聯(lián)回路，其單相接地故障時(shí)的電阻電流被限制到等于或略大于系統(tǒng)總電容電流。由于電阻是耗能元件。也是電容電荷釋放元件和諧振的阻壓元件，對(duì)防止諧振過(guò)電壓和間歇性電弧接地過(guò)電壓，能減少電弧接地過(guò)電壓的危險(xiǎn)性，并使高靈敏且具有選擇性的接地保護(hù)得以實(shí)現(xiàn)，對(duì)臨近通信線路的干擾也較弱，有一定優(yōu)越性。電阻接地方式是以限制單相接地故障電流為目的，并可以防止

38、阻尼諧振過(guò)電壓和間歇性電弧接地過(guò)電壓。中性點(diǎn)經(jīng)電阻接地圖如圖2.7。 圖2.7中性點(diǎn)經(jīng)電阻接地圖 Fig 2.7 Single-phase permanent earthing diagram in neutral-point earthing system through value resistance 正常運(yùn)行時(shí)，各相對(duì)地電壓是對(duì)稱的，中性點(diǎn)對(duì)地電壓為零，電網(wǎng)中無(wú)零序電壓，中性點(diǎn)電阻器R中沒(méi)有電流流過(guò)。各電量特征與中性點(diǎn)不接地一樣。 發(fā)生單相接地故障時(shí)，三相電路的對(duì)稱性受到破壞，故障點(diǎn)就出現(xiàn)明顯的不對(duì)稱，如當(dāng)A相發(fā)生單相接地故障時(shí)，A相對(duì)地電壓變?yōu)榱?，而B(niǎo)相和C相對(duì)地電壓升高，對(duì)地電容電

39、流相應(yīng)增大。同時(shí)，故障線路中將有電阻電流流過(guò)，接地點(diǎn)f的電流為所有線路電容電流和電阻電流的總和。不考慮線路中的電感，則這時(shí)中性點(diǎn)電阻R與系統(tǒng)電容相并聯(lián)，其等效圖如圖2.8。 圖2.8中性點(diǎn)經(jīng)電阻接地的等效示意圖 Fig 2.8 Schematic plot of equivalent neutral-point earthing system through value resistance零序電壓為： (2-19)通過(guò)中性點(diǎn)經(jīng)電阻器接地的等效示意圖，我們可以計(jì)算出在中性點(diǎn)經(jīng)電阻器接地的運(yùn)行方式下發(fā)生金屬性接地時(shí)的零序電流為： (2-20)在該中性點(diǎn)運(yùn)行方式下，一般電阻性電流與電容性電流相等，

40、中值電阻值與系統(tǒng)容抗值相等，即： (2-21)所以，零序電流可以寫(xiě)成： (2-22) 當(dāng)經(jīng)過(guò)渡電阻接地時(shí)，這時(shí)相當(dāng)于過(guò)渡電阻與中性點(diǎn)中值電阻并聯(lián)，其等效電阻為： (2-23)所以，這時(shí)的零序電流為： (2-24)中性點(diǎn)經(jīng)電阻接地電網(wǎng)有以下優(yōu)點(diǎn)：可防止和阻尼諧振過(guò)電壓和間歇性電弧接地過(guò)電壓，由于健全相過(guò)電壓降低，產(chǎn)生異地兩相接地的可能性也隨之減少；采用電阻器接地，接地電阻在10100之間。接地故障電流控制在50100A，在這種方式下可以減小了地電位升高。這種接地方式看上去與消弧線圈接地方式相似，但性質(zhì)不同，消弧線圈是接近于開(kāi)路的純感性元件，感性電流與容性電流相位差對(duì)電容電流起補(bǔ)償作用，而經(jīng)電阻接

41、地方式以電阻為主，與容性電流接近的相位差，接地電流是容性電流和電阻性電流的相量和。因此我們可以看出經(jīng)電阻接地方式具有經(jīng)消弧線圈接地方式所沒(méi)有的優(yōu)點(diǎn)，由于接地電流中有較大的電阻分量，它對(duì)諧振有明顯的阻尼和加速衰減作用，同時(shí)能可靠的避免出現(xiàn)諧振條件，還可以有效的抑制電壓互感器鐵磁諧振，這對(duì)保證發(fā)電機(jī)的絕緣安全是非常重要的。另外這種方式可以快速的選出接地相，使保護(hù)動(dòng)作，發(fā)出報(bào)警。3 小電流單相接地故障選線算法3.1 選線算法綜述 目前可以采集利用的電氣量有：零序穩(wěn)態(tài)基波分量、零序穩(wěn)態(tài)諧波分量、零序暫態(tài)分量、負(fù)序分量和注入信號(hào)。根據(jù)采集的電氣量的不同，可以采用不同的方法，而根據(jù)電氣量的不同特性，也可以

42、看出各種方法在不同故障條件下的優(yōu)劣。目前可以采用的方法有：比幅比相方法、無(wú)功功率方法，小波方法、暫態(tài)能量方法、能量方法、負(fù)序電流法、注入方法等5。3.1.1 零序電流比幅算法零序電流比幅法基于早期的繼電保護(hù)原理，適用于中性點(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(guò)故障元件的零序電流在數(shù)值上等于所有非故障元件對(duì)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(guò)零序電流幅值大小的比較就可以找出故障線路。在具體實(shí)現(xiàn)上，通常采用“絕對(duì)整定值”原理，即利用零序電流與某一整定值做比較，整定值一般大于系統(tǒng)內(nèi)任何一條出線的電容電流值，如果小于整定值，繼電器不動(dòng)作；如果大于整定值則繼電器動(dòng)作

43、，顯示器顯示該回路的編號(hào)，選線完成6。這種方法在理論上是不完備的，因?yàn)橄到y(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"在這種情況下，當(dāng)這條線路發(fā)生接地故障時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)拒動(dòng)的情況。這種方式為單一判據(jù)方式，不能排除電流互感器(CT)不平衡的影響，它受系統(tǒng)運(yùn)行方式、線路長(zhǎng)短、過(guò)渡電阻大小等許多情況的影響，從而導(dǎo)致誤選、多選或漏選。從整定方式上看，這種整定方式可能導(dǎo)致死區(qū)，不能滿足系統(tǒng)運(yùn)行多變的情況。零序電流比幅法的致命問(wèn)題是不適用于中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地電網(wǎng)。由于該電網(wǎng)中消弧線圈補(bǔ)償電流的存在，往往使故障線路電流幅值小于非故障線路；另外一個(gè)影響可靠性的因素是故障點(diǎn)電弧不穩(wěn)定現(xiàn)

44、象，小電流接地故障往往伴隨有間歇性拉弧現(xiàn)象，由于沒(méi)有一個(gè)穩(wěn)定的接地電流，因此可能造成選線失敗。一些裝置在試驗(yàn)室模擬試驗(yàn)，甚至在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行人工接地試驗(yàn)時(shí)選線結(jié)果很準(zhǔn)確，但實(shí)際應(yīng)用效果卻并不好,這是因?yàn)槟M試驗(yàn)時(shí)線路導(dǎo)體與地之間是金屬性接觸，與實(shí)際運(yùn)行中的絕緣擊穿現(xiàn)象存在過(guò)渡電阻，所以與金屬性接地并不完全相同，往往造成選線結(jié)果不準(zhǔn)確。3.1.2 群體比幅比相算法 群體比幅比相法是比幅算法的改進(jìn)算法，其原理是先進(jìn)行零序電流比較，選出幾個(gè)幅值較大的作為候選，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它線路不同，則其為故障線路，如果所有零序電流同相位，則為母線故障。該方法是中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)的常用選線

45、方法，被大多數(shù)選線裝置所采用，是當(dāng)前國(guó)內(nèi)基于系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)故障分量的最好的原理。在所有中性點(diǎn)非直接接地系統(tǒng)中，非故障線路始端的零序電流，為其自身對(duì)地電容電流。當(dāng)中性點(diǎn)不接地時(shí)，故障線路始端的零序電流，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： (3-1) 但是當(dāng)線路較短或者經(jīng)大電阻接地時(shí)，零序電流幅值很小，此時(shí)零序電流的相位誤差將很大，導(dǎo)致選線錯(cuò)誤。同時(shí)該方法雖然能夠降低電流互感器的不平衡電流及過(guò)渡電阻的影響，但是不能夠從根本上解決電流互感器及過(guò)渡電阻給選線帶來(lái)的影響。 在利用群體比幅比相法研發(fā)的小電流選線裝置在實(shí)際的應(yīng)用過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)選線的成功率在過(guò)渡電阻較小的情況下，故障發(fā)生在

46、電壓最大值附近時(shí)，選線效果較好。但是，在過(guò)渡電阻較大的情況下，選線情況不是很好且幅值較小。在對(duì)母線單相接地故障選線時(shí)效果較好。當(dāng)系統(tǒng)的中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地時(shí)，由于消弧線圈對(duì)故障線路電流的補(bǔ)償作用，算法則會(huì)失效，這使群體比幅比相算法的使用受到限制。3.1.3 無(wú)功功率算法這也是比較傳統(tǒng)的方法，在歐洲應(yīng)用的較為廣泛。這種方法是通過(guò)計(jì)算各條線路的容性無(wú)功功率來(lái)判斷是哪條線路發(fā)生了故障。這種方法也是利用了容性電流的幅值與方向，所以從本質(zhì)上講，無(wú)功功率法和比幅比相方法同出一轍，兩者的優(yōu)缺點(diǎn)是一致的。3.1.4 五次諧波分量算法由于故障點(diǎn)!消弧線圈及變壓器等電氣設(shè)備的非線性影響,故障電流中存在著諧波信號(hào)，

47、其中以5次諧波分量為主，并且消弧線圈對(duì)5次諧波的補(bǔ)償作用僅相當(dāng)于工頻時(shí)的1/25，因?yàn)閷?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： (3-2) (3-3)可以忽略消弧線圈對(duì)五次諧波產(chǎn)生的補(bǔ)償效果。因此，故障線路的5次諧波零序電流的幅值比非故障線路的都大且方向相反，據(jù)此可以選擇故障線路，稱為5次諧波法。為了進(jìn)一步提高靈敏度可將各線路的3、5、7次等諧波分量的平方求和后進(jìn)行幅值比較，幅值最大的線路選為故障線路。諧波法的優(yōu)點(diǎn)是可以克服消弧線圈補(bǔ)償?shù)挠绊懀珜?shí)際應(yīng)用效果并不理想。主要原因是故障電流中的5次諧波含量較小（10%），檢測(cè)靈敏度低，且負(fù)荷中的五次諧波源、電流互感器CT不平

48、衡電流和過(guò)渡電阻的大小，都會(huì)在一定程度上影響選線結(jié)果；多次諧波平方和法雖然能在一定程度上克服單次諧波信號(hào)小的缺點(diǎn)，并不能從根本上解決問(wèn)題。3.1.5 有功分量算法 零序電流有功分量法是根據(jù)線路存在對(duì)地電導(dǎo)以及消弧線圈存在電阻損耗，故障電流中含有有功分量來(lái)選擇故障線路。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，即：非故障線路的零序有功分量方向是由母線流向線路，而非故障線路的零序有功分量方向是由母線流向線路。并且故障線路零序電流有功分量幅值最大。故障線路零序有功分量大小等于非故障線路的零序有功分量和消弧線圈的零序有功分量之和。當(dāng)母線故障時(shí)，所有線路的零序有功分量都等于線路本身的有

49、功損耗電流值，方向是由母線流向線路。從原理上可見(jiàn)，有功分量方法有效的克服了消弧線圈補(bǔ)償帶來(lái)的影響，并且在消弧線圈存在的情況下，故障線路的零序有功分量的大小比中性點(diǎn)不接地時(shí)更大，故障特征更明顯，更利于選線。但在實(shí)際中，有功分量法的優(yōu)點(diǎn)是不受消弧線圈的影響，但由于故障電流中有功分量非常小，一般只占零序電流的2%3%，有功分量易受電流互感器CT不平衡對(duì)零序電流提取精度、線路長(zhǎng)短、過(guò)渡電阻大小的影響，相角比較也容易發(fā)生誤選，可靠性得不到保障。為了提高靈敏度，有的裝置采用瞬時(shí)在消弧線圈上并聯(lián)接地電阻的做法加大故障電流中的有功分量。3.1.6 小波算法 小波分析是一門(mén)現(xiàn)代信號(hào)處理理論與方法，它能有效的分析

50、變化規(guī)律不確定和不穩(wěn)定的隨機(jī)信號(hào)，能夠從信號(hào)中提取到局部化的有用成分。由于小波分析在時(shí)域和頻域上同時(shí)具有良好的局部化性質(zhì)和多分辨率特性，特別適用于分析奇異信號(hào)，可以在不同頻域考察信號(hào)時(shí)域與頻域特征。穩(wěn)態(tài)時(shí)故障信息比較微弱的問(wèn)題，人們提出利用有較大突變的暫態(tài)信息作為故障信號(hào)的選線小波算法。小波算法利用單相接地故障產(chǎn)生的暫態(tài)電流和暫態(tài)電壓作為選線判斷的依據(jù)。由于小電流接地電網(wǎng)單相接地故障等值電路是一個(gè)容性通路，故障的突然作用在電路中產(chǎn)生的暫態(tài)電流通常很大，特別是發(fā)生弧光接地故障或間歇性接地故障的情況下，暫態(tài)電流含量更豐富，持續(xù)時(shí)間更長(zhǎng)。暫態(tài)電流滿足在故障線路上的數(shù)值等于在非故障線路上數(shù)值之和且方向

51、相反的關(guān)系，可以用于選線。小波選線方法的優(yōu)點(diǎn)是：對(duì)中性點(diǎn)不接地和中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地的電網(wǎng)都適用；特別適應(yīng)于故障狀態(tài)復(fù)雜、故障波形雜亂的情況，與穩(wěn)態(tài)量選線方法形成優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)。 小波法選線技術(shù)的難點(diǎn)在于小波基函數(shù)與小波分解尺度的選擇。由于小波算法采用的暫態(tài)信號(hào)受過(guò)渡電阻!故障時(shí)刻等多種因素的影響,暫態(tài)信號(hào)呈隨機(jī)性、局部性和非平穩(wěn)性的特點(diǎn)，可能出現(xiàn)暫態(tài)過(guò)程不明顯的情況，易發(fā)生誤選，所以往往通過(guò)采用與其它方法(如：維納濾波技術(shù))相結(jié)合的選線技術(shù)。3.1.7 能量函數(shù)法 能量函數(shù)法通過(guò)能量計(jì)算公式：計(jì)算出能量值。能量函數(shù)的值能體現(xiàn)有功分量的大小和方向，這樣可以實(shí)現(xiàn)故障選線。實(shí)際上能量函數(shù)法是對(duì)有功分量進(jìn)

52、行累加。能量函數(shù)法的基本原理：在中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地的電網(wǎng)中，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障后，接地點(diǎn)的電容電流由消弧圈的感性電流進(jìn)行補(bǔ)償，使得故障點(diǎn)的殘余電流很小，有利于接地電弧熄滅。同時(shí)消弧線圈在過(guò)補(bǔ)償?shù)淖饔孟拢收暇€路的零序電流方向與非故障線路的方向相同，不利于選線7。但此時(shí)零序電流中的阻性分量與補(bǔ)償無(wú)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。但從零序電流中分解阻性分量在接地故障暫態(tài)過(guò)程實(shí)現(xiàn)困難?？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。此能量同樣具有零序阻性電流的特點(diǎn)，可以作為選線的判據(jù)。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。同樣，零序