畢業(yè)設(shè)計---零序電流接地選線原理與方法研究

1、<p><b>　　摘 要</b></p><p>　　我國配網(wǎng)普遍采用小電流接地方式，其中，配網(wǎng)單相接地故障占配網(wǎng)故障的80%左右。由于單相接地故障的復(fù)雜性，在相當(dāng)多的電弧接地情況下，穩(wěn)態(tài)分量很小而暫態(tài)分量成分很高，因此，可以利用零序電流中暫態(tài)分量的豐富信息來判斷故障饋線。本論文首先分析了小電流接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地的情況，指出了單相接地故障的選線難點，進(jìn)而綜述了當(dāng)前的研究現(xiàn)狀。

2、之后本文深入分析了小電流接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障穩(wěn)態(tài)過程和暫態(tài)過程，為選線方法尋找理論依據(jù)。然后，通過小電流接地模擬電網(wǎng)在不同條件下發(fā)生單相接地故障時的實錄波形分析與處理，得到了小電流接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時暫態(tài)特征。結(jié)合單相接地故障時的暫態(tài)特征，本文研究了現(xiàn)有的選線方法，利用實錄波形和仿真波形對選線判據(jù)進(jìn)行驗證，比較分析了各種選線算法的優(yōu)缺點。鑒于模擬電網(wǎng)的局限性，本論文采用MATLAB7.1/Simulink6.3軟件平臺搭建具有

3、10kV五出線的仿真電網(wǎng)進(jìn)行大量的單相接地故障仿真實驗。為消除工頻分量的影響，本文對采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行基于單零點非遞歸算法的陷波處理，提取出暫態(tài)高頻信號。最后，本論文提出基于零序暫態(tài)電流首半波比值的選線判據(jù)，并對該方法進(jìn)行大量不同條件下仿真</p><p>　　關(guān)鍵詞：小電流接地選線；單相接地故障；零序電流；暫態(tài)分量；Simulink</p><p><b>　　ABSTRACT<

4、;/b></p><p>　　In China，the indirectly earthed power system are commonly used in distribution network. And single-phase earth fault accounted for about 80% of all the failures in distribution network. Due

5、to the complexity of single-phase earth faults and the arc to ground when faults occurs in indirectly earthed distribution system, for most cases the steady state component of fault current is small or approximates to ze

6、ro and the transient component is high. Therefore, zero-sequence transient current can be </p><p>　　Key words: indirectly earthed power system; single-phase earth fault; zero-sequence transient current; Simu

7、link</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　1 緒論1</b></p><p>　　1.1小電流接地系統(tǒng)單相接地故障研究現(xiàn)狀1</p><p>　　1.2 小電流接地系統(tǒng)單相接地故障選線難點2</p><p>　　1.3 本論

8、文研究的目的和主要內(nèi)容3</p><p>　　2 小電流接地選線理論基礎(chǔ)4</p><p>　　2.1 小電流接地方式介紹4</p><p>　　2.2各種接地方式單相接地故障分析6</p><p>　　2.2.1中性點不接地電網(wǎng)單相接地故障的特點6</p><p>　　2.2.2中性點經(jīng)消弧線圈接地電網(wǎng)單相

9、接地故障的特點8</p><p>　　2.3小電流接地暫態(tài)過程的基本特征10</p><p>　　2.3.1暫態(tài)電容電流10</p><p>　　2.3.2暫態(tài)電感電流13</p><p>　　2.3.3暫態(tài)接地電流14</p><p>　　3 小電流接地電網(wǎng)電弧接地故障模擬實驗15</p>

10、<p>　　4 基于暫態(tài)零序電流信號特征分量的選線方法研究25</p><p>　　4.1暫態(tài)零序電流幅值比較法25</p><p>　　4.1.1選線原理25</p><p>　　4.1.2仿真驗證26</p><p>　　4.2暫態(tài)零序電流極性比較法28</p><p>　　4.2.1選線原理

11、28</p><p>　　4.2.2故障實例驗證28</p><p>　　4.3 基于相關(guān)分析的選線方法30</p><p>　　4.3.1互相關(guān)系數(shù)30</p><p>　　4.3.2故障選線原理30</p><p>　　4.3.3仿真驗證31</p><p>　　4.4 選線方法對

12、比34</p><p>　　5 選線新方法原理與仿真35</p><p>　　5.1基于暫態(tài)零序電流首半波比值選線方法35</p><p>　　5.2 MATLAB仿真及實現(xiàn)36</p><p>　　5.2.1 線路參數(shù)設(shè)置37</p><p>　　5.2.2變壓器及負(fù)荷參數(shù)設(shè)置37</p>

13、<p>　　5.2.3算法選取與仿真參數(shù)設(shè)置38</p><p>　　5.2.4仿真結(jié)果38</p><p>　　5.2.5仿真結(jié)果分析45</p><p><b>　　6 結(jié)論46</b></p><p><b>　　致 謝48</b></p><p>

14、;<b>　　參考文獻(xiàn)：49</b></p><p><b>　　1 緒論</b></p><p>　　我國電力系統(tǒng)中性點接地方式有兩種，即中性點直接接地方式和中性點非直接接地方式。110kV及以上電網(wǎng)采用中性點直接接地方式，在這種系統(tǒng)中，發(fā)生單相接地時，短路電流很大，故稱大電流接地系統(tǒng)。電壓等級在110kV以下、6kV以上的中低壓配電網(wǎng)絡(luò)中，

15、其中性點接地方式主要為非直接接地方式，即不接地或者經(jīng)過消弧線圈接地，這樣的系統(tǒng)一般稱為小電流接地系統(tǒng)[1]。</p><p>　　小電流接地系統(tǒng)直接面向用戶。根據(jù)電力運行部門統(tǒng)計，其發(fā)生單相接地故障的幾率最高，可占總故障的80%左右，這時供電仍能保證線電壓的對稱性，且故障電流較小，不影響對負(fù)荷連續(xù)供電，故不必立即跳閘，規(guī)程規(guī)定可以連續(xù)運行1~2h。尤其在瞬時故障下，短路點可以自行滅弧，恢復(fù)絕緣，不需要運行人員采取

16、什么措施，這對于減少用戶短時停電次數(shù)具有積極意義[2]。</p><p>　　但是，隨著配電網(wǎng)的迅速發(fā)展，電網(wǎng)中電纜線路的比例上升，纜線混合線路越來越多，系統(tǒng)線路也增多，系統(tǒng)單相接地故障電流增大，長時間運行就容易使故障擴(kuò)大成兩點或者多點接地短路，弧光接地還會引起全系統(tǒng)過電壓，進(jìn)而損壞設(shè)備，破壞系統(tǒng)安全運行，所以運行人員必須及時查明故障線路，以便采取相應(yīng)對策解除故障，恢復(fù)系統(tǒng)正常運行。配電網(wǎng)發(fā)生單相接地時，一般只要

17、求繼電保護(hù)能選出發(fā)生接地的線路并及時發(fā)出信號，而不必理解跳閘，但當(dāng)單相接地對人身和設(shè)備的安全造成危險時，則應(yīng)動作于跳閘。這就提出了配電網(wǎng)的單相接地故障選線問題。</p><p>　　1.1小電流接地系統(tǒng)單相接地故障研究現(xiàn)狀</p><p>　　對于故障選線的研究，在前蘇聯(lián)，小接地電流系統(tǒng)得到了廣泛應(yīng)用，并對其保護(hù)原理和裝置給予了很大重視，研制了幾代裝置，在供電和煤炭行業(yè)得到了應(yīng)用，保護(hù)原理

18、從過電流、無功方向發(fā)展到了群體比幅。裝置由電磁式繼電器，晶體管發(fā)展到了模擬集成電路和數(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不接地或經(jīng)電阻接地系統(tǒng)，選線原理簡單，采用基波無功方向法。近年來，在如何獲取零序電流信號以及接地點分區(qū)段方面投入不少力量，采用光纖研制的架空線和電纜零序互感器試驗成功。德國多使用中性點經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)，并于20世紀(jì)30年代就提出了反映故障開始暫態(tài)過程的單相接地保護(hù)原理，研制了便攜

19、式接地報警裝置。法國使用中性點經(jīng)電阻接地系統(tǒng)幾十年后，現(xiàn)在正以中性點經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)取代中性點經(jīng)電阻接地系統(tǒng)，同時開發(fā)了高新技術(shù)產(chǎn)品：零序?qū)Ъ{接地保護(hù)。20世紀(jì)九十年代初，國外已將人工神經(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，國內(nèi)外均有文獻(xiàn)提及，利用小波分析良好的時頻局部性，分析故障暫態(tài)電流的高頻分量的方法。</p><p>　　我國從1958年起，就一直對小電流接

20、地系統(tǒng)單相接地故障的選線問題進(jìn)行研究，提出了多種選線方法，并開發(fā)了相應(yīng)的裝置。20世紀(jì)50年代我國有根據(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裝置，如反映中性點不接地系統(tǒng)零序功率方向保護(hù)ZD-4型保護(hù)，反映經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)5次諧波零序功率方向的ZD-5、ZD-6型保護(hù)。有些運行部門還采用反映零序電流增大的零序電流保

21、護(hù)來選線。近幾年來，隨著微機(jī)在電力系統(tǒng)中的推廣，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)實現(xiàn)的選線理論。其中有南自研究院研制的微機(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5次諧波的大小和方向；華北電力大學(xué)利用零序電流的5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[2]。</p><p>　　到目前為止，基于不同選線理論已經(jīng)先后推出了幾代產(chǎn)品。但在實際應(yīng)用中，對于中性點

22、不接地系統(tǒng)采用比幅、比相原理選線可以達(dá)到很高的準(zhǔn)確率。但對于中性點經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)，基于穩(wěn)態(tài)特征分量的選線效果就不很理想，所以此問題有必要進(jìn)一步研究。</p><p>　　1.2 小電流接地系統(tǒng)單相接地故障選線難點</p><p>　　中性點經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)單相接地故障選線問題之所以難以解決，主要原因有以下幾點：</p><p>　　（1）故障邊界太復(fù)雜、隨機(jī)，

23、難以用單一統(tǒng)計模型描述。</p><p>　?。?）故障穩(wěn)態(tài)分量小，給信號的檢測和選線判斷造成困難。特別是經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)，流過故障線路的電流十分微弱，甚至比健全線路感受到的電流變化還小。故障信號疊加在負(fù)荷電流上，穩(wěn)態(tài)幅值小，現(xiàn)有的電流互感器很難準(zhǔn)確檢出，而且環(huán)境電磁干擾相對較大，加上零序回路對高次諧波及各種暫態(tài)量的放大作用，使得檢出的故障穩(wěn)態(tài)分量信噪比非常低[2]。</p><p>　

24、?。?）影響小電流將接地系統(tǒng)故障選線準(zhǔn)確性和可靠性的因素很多。</p><p>　?、傺a償電網(wǎng)失諧度的影響。對于中性點經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)，失諧度表示電流諧振等效回路的不同工作狀態(tài)和偏離諧振的程度。當(dāng)電流諧振回路恰好在諧振工作點時，即全補償狀態(tài)時，殘流中僅含有有功分量，此殘流幅值最小，且與零序性質(zhì)的中性點位移電壓同相位。欠補償狀態(tài)時，殘流中不僅含有有功分量，同時含有容性無功電流分量，其幅值明顯大于全補償狀態(tài)時的幅值

25、，殘流的相位領(lǐng)先于零序性質(zhì)的中性點位移電壓。當(dāng)電流諧振回路工作于過補償狀態(tài)時，殘流中含有有功分量和感性無功分量，殘流相位滯后于中性點位移電壓。</p><p>　　②線路長短及結(jié)構(gòu)的影響。</p><p>　?、酃收虾祥l角的影響。小電流接地系統(tǒng)單相接地故障一般發(fā)生在相電壓峰值附近，可以產(chǎn)生明顯的暫態(tài)電流，但是單相接地故障也可能發(fā)生在相電壓過零附近，此時故障零序電流中高頻暫態(tài)量小，感性衰減直

26、流分量很大。</p><p>　　④電流互感器和電壓互感器的影響。</p><p>　?、葜行渣c經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)中存在瞬時功率倒相問題。由于系統(tǒng)運行方式的改變，消弧線圈突然進(jìn)入全補償狀態(tài)而可能發(fā)生的“虛幻接地現(xiàn)象”會對準(zhǔn)確選線造成困難。</p><p>　　1.3 本論文研究的目的和主要內(nèi)容</p><p>　　本文探討的對象是小電流接地系

27、統(tǒng)，即中性點不直接接地系統(tǒng)。主要討論的是在小電流接地系統(tǒng)中，當(dāng)發(fā)生單相接地故障時，如何正確的進(jìn)行故障線路的選擇。</p><p>　　小電流接地系統(tǒng)饋線發(fā)生單相接地故障時，由于系統(tǒng)對地電容與故障點之間的充放電，將產(chǎn)生振幅比穩(wěn)態(tài)基頻大許多的高頻暫態(tài)分量，而且，按照基頻計算的消弧線圈，對于高頻分量，其對地阻抗將成倍地增加，從而對故障后暫態(tài)高頻電流分量的影響較小，因此在故障的前幾個周波，消弧線圈產(chǎn)生的電感電流的高頻分量

28、的頻率與電容電流高頻分量的頻率不一致。若能提取暫態(tài)信號中的特征分量，則不僅有望顯著提高選線精度，而且可以忽略消弧線圈對選線的影響。所以，本文采用故障暫態(tài)分量，利用數(shù)字陷波處理的方法提取暫態(tài)特征，進(jìn)行故障選線。</p><p>　　研究的主要內(nèi)容有：首先分析了小電流接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障穩(wěn)態(tài)過程和暫態(tài)過程，為選線方法尋找理論依據(jù)。然后，通過小電流接地模擬電網(wǎng)在不同條件下發(fā)生單相接地故障時的實錄波形分析與處理，得到

29、了小電流接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時暫態(tài)特征。結(jié)合暫態(tài)接地故障時的暫態(tài)特征，研究現(xiàn)有的選線方法，對它們的原理做了分析，對選線判據(jù)進(jìn)行了驗證，同時也對各種選線算法的優(yōu)缺點有了深刻的理解，為尋找選線判據(jù)打下基礎(chǔ)。本文僅對得到的實驗波形做了單零點非遞歸算法的陷波處理，提取暫態(tài)特征信號。最后，給出本文的選線判據(jù)。由于模擬電網(wǎng)實錄波形的局限性，本文采用MATLAB7.1/Simulink6.3軟件平臺搭建具有10kV五出線的模擬電網(wǎng)，進(jìn)行此方法的驗

30、證。</p><p>　　2 小電流接地選線理論基礎(chǔ)</p><p>　　2.1 小電流接地方式介紹</p><p>　　電力系統(tǒng)中性點是指電力系統(tǒng)中星形連接的發(fā)電機(jī)和變壓器的中性點。電力系統(tǒng)中性點的運行方式涉及到很多因素，如絕緣水平、供電可靠性、接地保護(hù)方式、電壓等級、內(nèi)部過電壓、通信干擾、系統(tǒng)接線方式等。</p><p>　　變壓器Y線圈

31、的中性點，目前有三種處理方式，一是不接地，10~35Kv系統(tǒng)多屬這類情況。二是經(jīng)過一個線性電抗線圈，即消弧線圈接地，10~63Kv多屬這類情況。三是直接接地，110kV及以上電壓系統(tǒng)和380/220V三相四線低壓系統(tǒng)都屬這類情況。此外，目前有些大城市的10Kv及20Kv系統(tǒng)的中性點也有采用經(jīng)小電阻接地的[1]。</p><p>　　中性點直接接地與經(jīng)小阻抗接地屬于有效接地系統(tǒng)或大電流接地系統(tǒng)，中性點不接地、中性點

32、經(jīng)消弧線圈接地和經(jīng)高阻抗接地屬于非有效接地系統(tǒng)或者小接地電流系統(tǒng)。</p><p>　　各種接地方式優(yōu)缺點如下表所示：</p><p>　　表2.1 不同接地方式的優(yōu)缺點比較[3]</p><p>　　2.2各種接地方式單相接地故障分析</p><p>　　2.2.1中性點不接地電網(wǎng)單相接地故障的特點[4,6]</p><

33、p>　　圖2-1（a）簡單網(wǎng)絡(luò)接線圖</p><p>　　圖2-1（b）A相接地時的相量圖</p><p>　　如圖示，正常運行情況下，三相對地有相同的電容，在相電壓作用下，每一相都有超前于相電壓 的電容電流流入地中，而三相電容電流之和等于零。</p><p>　　假設(shè)A相發(fā)生了單相接地故障，則各相對地電壓為</p><p><b

34、>　　(2.1)</b></p><p><b>　　(2.2)</b></p><p>　??； (2.3)</p><p>　　故障點d的零序電壓為</p><p><b>　　(2.4)</b></p><p>　　在

35、非故障相中流向故障點的電容電流為</p><p>　??； (2.5)</p><p>　　； (2.6)</p><p>　　其有效值為，式中為相電壓的有效值。</p><p>　　此時，從接地點流回的電流，其有效值為，

36、即正常運行時，三相對地電容電流的算術(shù)和。</p><p>　　當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中有發(fā)電機(jī)（F）和多條線路存在時，每臺發(fā)電機(jī)和每條線路，每臺發(fā)電機(jī)和每條線路對地均有電容存在，設(shè)以，，等集中電容來表示，當(dāng)線路II A相接地后，如果忽略負(fù)荷電流和電容電流在線路阻抗上的電壓降，則全系統(tǒng)A相對地的電壓等于零，因而各元件A相對地的電容電流也等于零，同時B相和C相得對地電壓和電容電流也都升高倍，仍可用式(2.1)至式(2.6)表示。下圖

37、為這種情況下的電流分布：</p><p>　　圖2-2單相接地時，用三相系統(tǒng)表示的電容電流圖</p><p>　　圖2-3單相接地故障零序等效網(wǎng)絡(luò)</p><p>　　對于中性點不接地電網(wǎng)中的單相接地故障，通過上述分析可以得出結(jié)論：</p><p>　?。?）在發(fā)生單相接地時，全系統(tǒng)都將出現(xiàn)零序電壓。</p><p>

38、　?。?）在非故障元件上有零序電流，其數(shù)值等于本身的對地電容電流，電容性無功功率的實際方向為母線流向線路。</p><p>　?。?）在非故障線路上，零序電流為全系統(tǒng)非故障元件對地電容電流之總和，數(shù)值一般較大，電容性無功功率的實際方向為線路流向母線[5]。</p><p>　　2.2.2中性點經(jīng)消弧線圈接地電網(wǎng)單相接地故障的特點</p><p>　　據(jù)上述分析，當(dāng)中

39、性點不接地電網(wǎng)中發(fā)生單相接地時，在中性點要流過全系統(tǒng)的對地電容電流，如果此電流過大，就會在接地點燃起電弧，引起弧光過電壓，從而使非故障相的對地電壓進(jìn)一步升高，因此，使絕緣破壞，形成兩點或者多點的接地短路，造成停電事故。為解決此問題，通常在中性點接入消弧線圈。</p><p>　　在各級電壓網(wǎng)絡(luò)中，當(dāng)全系統(tǒng)的電容電流超過下列數(shù)值時，且要求帶故障持續(xù)運行，即應(yīng)裝設(shè)消弧線圈： 3~6Kv電網(wǎng)----30A；10Kv電網(wǎng)

40、----20A ；35Kv電網(wǎng)----10A。</p><p>　　下圖所示為中性點經(jīng)消弧線圈接地電網(wǎng)發(fā)生 A相接地故障示意圖。。中性點位移電壓變?yōu)楣收宵c零序電壓，中性點接入消弧線圈后，忽略線圈電阻，在中性點電壓作用下的電感電流為,其中L表示消弧線圈電感。</p><p>　　圖2-4 消弧線圈接地電網(wǎng)中單相接地時電流分布</p><p>　　如上圖示，當(dāng)線路II上

41、A相接地以后，電容電流的大小和分布與不接消弧線圈時是一樣的，不同之處是在接地點又增加了一個電感分量的電流 ，因此，接地點電流 為</p><p><b>　　(2.7)</b></p><p>　　與 相位相反，因此，故障點的電流將因消弧線圈的引入而減少，由此得到零序等效網(wǎng)絡(luò)如下圖所示：</p><p>　　圖2-5消弧線圈接地電網(wǎng)中單相接地故

42、障的零序等效網(wǎng)絡(luò)</p><p>　　由圖2-5可以看出，由于消弧線圈的補償作用，其單相接地故障時零序電流特征與中性點不接地不相同，零序電流的大小和方向隨著補償方式的不同而變化，其單相接地故障特征如下:</p><p>　?。?）當(dāng)采用完全補償方式時=，即 時，電容性無功功率的方向都是母線流向線路，因此，這種情況下利用穩(wěn)態(tài)零序電流無法判斷出故障線路。</p><p>

43、;　?。?）當(dāng)采用過補償方式時>，即 ，流經(jīng)故障線路的零序電流將大于本身的電容電流，而電容性無功功率的方向仍然是母線流向線路，和非故障線路的方向一樣，因此難以利用穩(wěn)態(tài)零序電流判斷出故障線路[5]。</p><p>　　2.3小電流接地暫態(tài)過程的基本特征</p><p>　　2.3.1暫態(tài)電容電流</p><p>　　經(jīng)消弧線圈接地電網(wǎng)單相暫態(tài)電流的分布如下圖所

44、示</p><p>　　圖2-6 單相接地暫態(tài)電流的分布</p><p>　　電弧性接地是由于介質(zhì)承受不了兩端電壓而被擊穿所引起，經(jīng)常發(fā)生在相電壓接近于最大值的瞬間，暫態(tài)電容電流可看成兩部分電流之和：（1）由于故障相電壓突然而引起的放電電容電流，它通過母線而流向故障點，放電電流衰減很快，振蕩頻率高達(dá)數(shù)幾十kHz到幾百kHz，振蕩頻率主要決定于電網(wǎng)中線路的參數(shù)（R和L的數(shù)值）， 故障點的位置

45、，以及過渡電阻的數(shù)值。由于放電電容電流振蕩頻率高，衰減速度快，而對選線作用不大。（2）由于非故障相電壓突然升高而引起的充電電容電流，它通過變壓器線圈而構(gòu)成回路[4]。由于整個流通回路的電感較大，充電電流衰減較慢，振蕩頻率較低（一般0.3kHz~3kHz），利于測量，可作為選線的重依據(jù)要。本文僅分析充電電流的暫態(tài)過程。</p><p>　　圖2-7單相接地暫態(tài)電流的等效電路</p><p>

46、　　圖2-7為單相接地暫態(tài)電流的等效電路, 為中性點經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)的三相對地電容， 為三相電路和電源變壓器等在零序回路中的等效電感， 為零序回路中的等效電阻（其中包括故障點的接地電阻和弧道電阻），r和L分別為消弧線圈的有功損耗電阻和電感（因暫態(tài)電流頻率高，故中性點消弧線圈的感抗很大，r和L支路可視為開路）， 為等效零序電源電壓。</p><p>　　根據(jù)圖2-7，可列出微分方程如下：</p>

47、<p><b>　　(2.8)</b></p><p>　　當(dāng) < 時，回路電流的暫態(tài)過程具有周期性的振蕩和衰減特性；當(dāng) 時，回路電流的暫態(tài)過程具有非周期性的振蕩衰減特性，并逐漸趨于穩(wěn)態(tài)。對于架空線路，波阻抗一般為250~500 ，同時故障點的接地電阻一般較小，弧道電阻也可忽略，其 <，所以，電容電流具有周期性的衰減特性，自由振蕩頻率一般為300~1500Hz。對于電

48、纜線路，由于L很小而C很大，因此，過渡過程與架空線路相比，所經(jīng)歷的時間極為短促且具有較高的自由振蕩頻率，一般在1500~3000Hz之間[4]。</p><p>　　暫態(tài)電容電流和暫態(tài)電容電壓均由自由分量和強制分量組成，利用初始條件 =0, =0計算得出：</p><p>　?。?(2.9)</p><p>　??； (

49、2.10)</p><p>　?。?(2.11)</p><p>　　式中——相電壓幅值；——自由分量衰減系數(shù)；</p><p>　　——回路共振角頻率；——回路自由振蕩角頻率； ——回路基頻角頻率；</p><p>　　若系統(tǒng)運行方式不變，則 為一常數(shù)。當(dāng) 較大時，自由振蕩頻率衰減較快，反之，則衰減較慢。同

50、時，由式（2.11）可以看出，暫態(tài)電容電流的初始值與故障發(fā)生的時刻、發(fā)生故障時相電壓的相位等因素有關(guān)。當(dāng) 為零時，其值最小，當(dāng) 為 時其值最大。當(dāng)故障發(fā)生在電壓峰值，即為 接地時，電容電流的自由分量 的振幅表現(xiàn)為最大值，當(dāng)發(fā)生故障的時刻，滿足= 時，暫態(tài)電容電流近似等于共振頻率與諧振頻率之比，可能較穩(wěn)態(tài)值大幾倍到幾十倍。滿足<< ，均可能造成接地故障。如果=0 時，則暫態(tài)電容電流值近似為零。因此，暫態(tài)過程中，電容電流的最大值

51、是和發(fā)生接地瞬間故障相電壓的瞬時值有關(guān)的。</p><p>　　綜合以上分析暫態(tài)電容電流的特點以及過渡過程，我們得到小電流接地電網(wǎng)發(fā)生單相接地故障時具有以下特征[8]：</p><p>　　（1）暫態(tài)分量的頻率和衰減速度與電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，變壓器線圈參數(shù)，過渡電阻等因素有關(guān)，但與中性點是否經(jīng)消弧線圈接地?zé)o關(guān)。電網(wǎng)三相對地電容、變壓器線圈和線路電感愈大，暫態(tài)分量頻率愈??；過渡電阻愈大，衰減速度愈快。

52、</p><p>　?。?）暫態(tài)分量的幅值主要由單相接地發(fā)生的時刻決定，也與電網(wǎng)對地電容、線路電感以及故障點電阻有關(guān)。故障發(fā)生在相電壓最大值附近時，高頻衰減的暫態(tài)零序電流最大，發(fā)生在相電壓最大值 區(qū)間內(nèi)，暫態(tài)分量遠(yuǎn)大于穩(wěn)態(tài)分量，發(fā)生在相電壓過零點附近時最小。</p><p>　?。?）非故障線路，暫態(tài)零序測量電流的大小正比于本線路對地電容，方向為母線流向線路；故障線路，暫態(tài)零序電流等于所有

53、非故障線路對地電容的充電電流之和，方向為線路流向母線。</p><p>　　2.3.2暫態(tài)電感電流[2]</p><p>　　根據(jù)非線性電路的基本理論，暫態(tài)過程中的鐵心磁通與鐵心不飽和時的方程相同。依據(jù)圖2-7列出微分方程：</p><p>　??； (2.12)</p><p>　　

54、式中，N為消弧線圈相應(yīng)分接頭的線圈匝數(shù)； 為消弧線圈鐵心中的磁通。因為處于過補償狀態(tài)，消弧線圈的磁化曲線應(yīng)保持線性關(guān)系，故 。因前面假定三相對地電容對稱，故故障發(fā)生前，消弧線圈電流 為零，磁通 為零。由此得出</p><p>　　； (2.13)</p><p>　　式中，為穩(wěn)態(tài)時磁通，為補償電流的相角；為消弧線圈阻抗；為電感回路時間常數(shù)。<

55、;/p><p>　　考慮r<<L,故ZL, 0； </p><p>　??； (2.14)</p><p>　　； (2.15) </p><p>　　暫態(tài)電感電流振蕩角頻率與電源的

56、角頻率相等，其幅值與接地瞬間電源電壓的相角 有關(guān)。當(dāng) 為零時，其值最大；當(dāng)為 時，其值最小。</p><p>　　2.3.3暫態(tài)接地電流[2,4,7]</p><p>　　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，其特性隨兩者的具體情況而定。由式2-11和2-16可以推算出暫態(tài)接地電流：</p><p>　??；(2.16)

57、 </p><p>　　式中，第一項為接地電流穩(wěn)態(tài)分量，等于穩(wěn)態(tài)電容電流與穩(wěn)態(tài)電感電流的幅值之差；其余為接地電流的暫態(tài)分量，其值等于電容電流的暫態(tài)自由振蕩分量與電感的自由振蕩分量之和，兩者的幅值不僅不會相互抵消，還可能相互疊加，使得暫態(tài)接地電流幅值更大。</p><p>　　綜合以上，暫態(tài)接地電流的幅值和頻率主要由暫態(tài)電容電流的特性所決定，其幅

58、值和故障發(fā)生時相電壓初相角相關(guān)。</p><p>　　3 小電流接地電網(wǎng)電弧接地故障模擬實驗</p><p>　　小電流接地模擬電網(wǎng)如下圖所示, ,為非故障饋線對地電容： 為故障饋線對地電容； ～ 為零序電流互感器；B為經(jīng)消弧線圈接地變壓器；為消弧線圈電感； 為中性點接地電阻； 為接地故障電阻，短接時 =0。</p><p>　　圖3-1小電流接地模擬電網(wǎng)電路&

59、lt;/p><p>　　為分析小電流接地電網(wǎng)故障電流的暫態(tài)特征，在以上模擬電網(wǎng)上，在不同的電網(wǎng)對地電容值、不同的接地故障電阻條件下，得到實驗實錄典型波形如下圖示。圖中采樣頻率為12kHz，故障線路對地電容 為3.6 F，非故障線路對地電容、 均為1.8 F，模擬實驗為0。</p><p>　?。▓D3-2a .不接地電網(wǎng)故障饋線）</p><p>　?。▓D3-2b.不接地

60、電網(wǎng)非故障饋線）</p><p>　　（圖3-2c.全補償電網(wǎng)故障線路）</p><p>　?。▓D3-2d.全補償電網(wǎng)非故障線路）</p><p>　　（圖3-2a. 故障饋線展開波形）</p><p>　?。▓D3-2b.非故障饋線展開波形）</p><p>　?。▓D3-2c.全補償電網(wǎng)故障線路展開波形）</p&

61、gt;<p>　?。▓D3-2d.全補償電網(wǎng)非故障線路展開波形）</p><p>　　由于不同電網(wǎng)或同一電網(wǎng)的不同時刻發(fā)生單相接地故障時暫態(tài)零序電流、電壓的頻率均不同，因此不能采用帶有濾波功能的算法，而只能先對采樣信號進(jìn)行濾波，然后再計算判斷。本文采用單零點非遞歸算法對采樣信號進(jìn)行了50Hz基波陷波處理，得到處理后波形如下圖所示。</p><p>　?。▓D3-2e.處理后故障饋

62、線）</p><p>　?。▓D3-2f.處理后非故障饋線）</p><p>　　（圖3-2g.處理后全補償故障饋線）</p><p>　?。▓D3-2h.處理后全補償非故障饋線）</p><p>　?。▓D3-2e.處理后故障饋線展開波形）</p><p>　?。▓D3-2f.處理后非故障饋線展開波形）</p>

63、<p>　　（圖3-2g.處理后全補償故障饋線展開波形）</p><p>　?。▓D3-2h.處理后全補償非故障饋線展開波形）</p><p>　　通過分析，觀察以上波形圖，通過試驗得到的結(jié)果與前面理論分析結(jié)論是一致的: 小電流接地系統(tǒng)通過消弧線圈全補償?shù)姆绞较掳l(fā)生單相接地故障時，由于零序電流中含有大量高頻暫態(tài)分量，此時消弧線圈電感很大，可以等效為開路（經(jīng)試驗驗證這是合理的）。因

64、此，小電流接地系統(tǒng)是否接入消弧線圈不影響利用暫態(tài)分量進(jìn)行判斷的結(jié)果。</p><p>　　同時，我們通過試驗得到小電流接地電網(wǎng)發(fā)生單相電弧接地故障時相關(guān)特征[8]：</p><p>　　（1）電弧接地時，每一次起弧均有暫態(tài)分量出現(xiàn)。暫態(tài)分量的頻率和衰減速度與電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，變壓器線圈參數(shù)，過渡電阻等因素有關(guān)，但與中性點是否經(jīng)消弧線圈接地?zé)o關(guān)。</p><p>　　（2）暫

65、態(tài)分量的幅值主要由單相接地發(fā)生的時刻決定，也與電網(wǎng)對地電容、線路電感以及故障點電阻有關(guān)。故障發(fā)生在相電壓最大值附近時，高頻衰減的暫態(tài)零序電流最大，發(fā)生在相電壓最大值 區(qū)間內(nèi)，暫態(tài)分量遠(yuǎn)大于穩(wěn)態(tài)分量，發(fā)生在相電壓過零點附近時最小。</p><p>　?。?）非故障線路，暫態(tài)零序測量電流的大小正比于本線路對地電容，方向為母線流向線路；故障線路，暫態(tài)零序電流等于所有非故障線路對地電容的充電電流之和，方向為線路流向母線。

66、</p><p>　　（4）對于消弧線圈全補償電網(wǎng)，故障暫態(tài)分量是疊加在工頻穩(wěn)態(tài)分量上的。雖然暫態(tài)分量較穩(wěn)態(tài)分量大很多，但由于暫態(tài)分量衰減速度快，持續(xù)時間短，衰減完后將主要由穩(wěn)態(tài)分量起作用。</p><p>　　4 基于暫態(tài)零序電流信號特征分量的選線方法研究</p><p>　　4.1暫態(tài)零序電流幅值比較法</p><p>　　4.1.1選線

67、原理[9,10]</p><p>　　對于中性點非直接接地系統(tǒng)中暫態(tài)零序電流的分析可知，當(dāng)單相接地故障發(fā)生時，流經(jīng)故障線路的暫態(tài)零序電流為其他非故障線路暫態(tài)零序電流之和，這對任一頻率的暫態(tài)電流分量都是成立的，即</p><p>　?。?(4.1)</p><p>　　式中：, 為故障線路j，非故障線路i上任意頻率f的

68、暫態(tài)零序電流分量；i=1~m，m為出線數(shù)。特別的，在非故障線路 相位一致的頻帶上，各線路暫態(tài)零序電流的幅值有如下關(guān)系：</p><p>　??； (4.2)</p><p>　??； (4.3)</p><p><b>　　即</b></p>&l

69、t;p>　　； (4.4)</p><p>　　因此，在健全線路暫態(tài)零序電流相位一致的頻帶內(nèi)，故障線路暫態(tài)零序電流幅值等于所有出線暫態(tài)零序電流幅值和（記為 ）的一半，而健全線路暫態(tài)零序電流幅值小于 。</p><p>　　當(dāng)配電系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時，設(shè)計如下選線方法進(jìn)行判斷：</p><p>　　（1）提

70、取故障后各線路（m條出線）一周波內(nèi)零序電流 的故障分量。（2）在各條饋線上（m條），求零序電流 的有效值，并求m條饋線的平均值 。若線路i中有 < ，確定其為健全線路，排除一定健全線路后候選故障線路條數(shù) 條。（3）確定有效頻帶，設(shè)計合適的濾波器，其帶通為[， ]，濾取特征電流有效值 ，比較確定 最大對應(yīng)為故障線路。</p><p><b>　　4.1.2仿真驗證</b></p&

71、gt;<p>　　由于模擬電網(wǎng)局限性，本算例采用仿真電網(wǎng)（電網(wǎng)架構(gòu)見本論文5.2節(jié) MATLAB仿真及實現(xiàn)）進(jìn)行驗證</p><p><b>　　(1)仿真驗證1</b></p><p>　　中性點不接地，線路1在距離母線10km處，發(fā)生A相接地故障，過渡電阻 為5 ，仿真得到的暫態(tài)零序電流波形如下圖所示</p><p>　　=

72、[9.3239 2.1699 3.5174 0.6207 3.2519]；</p><p><b>　　=3.7767；</b></p><p>　　啟動上述判據(jù)，可準(zhǔn)確判斷線路1發(fā)生單相接地故障；</p><p><b>　　(2)仿真驗證2</b></p><p>　　中性點經(jīng)消弧線圈接地，線路

73、2在距離母線7km處，發(fā)生A相接地故障，過渡電阻 為5 ，仿真得到的暫態(tài)零序電流波形如下圖所示</p><p>　　=[0.6830 6.8777 3.4668 0.6128 3.1452]；</p><p><b>　　=2.9571；</b></p><p>　　啟動上述判據(jù)，可準(zhǔn)確判斷線路2發(fā)生單相接地故障</p><

74、p>　　4.2暫態(tài)零序電流極性比較法</p><p>　　4.2.1選線原理[11]</p><p>　　故障線路零序電流的極性與所有健全線路均相反，可以此作為選線依據(jù)。任選一條饋線的零序暫態(tài)電流作為基準(zhǔn)量，其它饋線i的判斷量由下式計算</p><p>　??； （4.5）</p><p>　　式中，為饋線i的判斷量

75、，； 為濾去工頻穩(wěn)態(tài)分量后饋線零序暫態(tài)電流，A；T為積分時間，s，最好大于等于暫態(tài)分量的周期；M為T積分時間的采樣點數(shù)。對于有下列判據(jù)：（1）當(dāng)有唯一的第i=c條饋線 值為負(fù)時，c為故障饋線；（2）當(dāng) 全部為負(fù)時，參考饋線為故障饋線；當(dāng) 全部為正時，為母線故障。</p><p>　　按式（1）， 是2個暫態(tài)電流的點積積分的平均值。由單相接地故障暫態(tài)特征可知，假設(shè)參考饋線 j是非故障饋線，當(dāng)被測量饋線i也是非故障線

76、時， 和 同相位， 必然為正值；只有當(dāng)?shù)趇=c條被測量饋線是故障饋線時， 和 反相位，才有唯一的=為負(fù)值，因此可以斷定c為故障饋線。當(dāng) 全為正時，所有被測饋線同相位，為母線故障。當(dāng) 全部為負(fù)時，參考饋線與所有被測饋線反相位，參考饋線為故障饋線。</p><p>　　為提高計算精度，滿足選線的準(zhǔn)確性，應(yīng)選擇對地電容相對大的饋線作為參考，這樣，接地電流較大，測量和計算誤差較小。</p><p>

77、;　　4.2.2故障實例驗證</p><p>　　下圖為用式（1）對圖3進(jìn)行計算后的曲線。圖中大于0的黑色實線為非故障饋線零序電流相互點積積分值 ；小于0的黑色虛線為非故障饋線與故障饋線相互點積積分值 。由圖可以看出，上述方法選線是有效的。特別指出，對于全補償饋線，得到的零序電流波形為穩(wěn)態(tài)工頻電流與暫態(tài)電流的疊加，因此，只有在暫態(tài)分量豐富的時間段上，計算結(jié)果可以較明顯選出故障線路。</p><

78、p>　　圖4-2（a） 中性點不接地電網(wǎng)</p><p>　　圖4-2（b）中性點經(jīng)消弧線圈接地電網(wǎng)</p><p>　　4.3 基于相關(guān)分析的選線方法</p><p>　　相關(guān)函數(shù)是時域描述隨機(jī)信號統(tǒng)計特征的一個非常重要的數(shù)字特征。相關(guān)分析是信號處理中比較重要的工具，可以用來研究兩個信號的相似性，或一個信號經(jīng)過一段延時后自身的相似性，從而實現(xiàn)信號的檢測、識別

79、與提取等。由于小電流接地系統(tǒng)暫態(tài)特征信號較弱，電磁干擾致使現(xiàn)場信號失真等情況，利用相關(guān)分析的方法可以根據(jù)各條線路故障零序電流的相似程度不同進(jìn)行選線[2]。</p><p>　　4.3.1互相關(guān)系數(shù)</p><p>　　對信號x（n）和y（n）做相關(guān)運算，以及對信號Ax（n）和信號By（n）做相關(guān)運算（A和B均為系數(shù)），兩次運算僅僅因為幅值不同，算出來的相關(guān)值就不相同。因而，為了使相關(guān)運算的

80、結(jié)果真正反映信號之間的相似性，就要排除信號幅度的影響，為此必須對相關(guān)運算做歸一化處理。</p><p>　　信號x（n）和y（n）的均方根值為</p><p>　　，； （4.6）</p><p>　　因此，信號相關(guān)運算可以歸一化表示為</p><p>　?。?

81、 （4.7）</p><p><b>　　即</b></p><p>　??； （4.8）</p><p>　　這個歸一化的相關(guān)值 被稱為互相關(guān)系數(shù)，它的取值區(qū)間為[-1，+1]，+1表示兩個信號100%正相關(guān)；-1表示它們100%相關(guān)，即形狀完全一樣，但相位正好相反；0值表示零相關(guān)，就是說兩個信號完全獨立，毫無關(guān)系。

82、表示了x（t）、y（t）波形在一定數(shù)據(jù)窗內(nèi)同步采樣的相關(guān)關(guān)系，綜合反應(yīng)了兩信號中每一頻率分量的綜合相位關(guān)系以及幅值信息，并非單一頻率的簡單相位關(guān)系。</p><p>　　4.3.2故障選線原理[2]</p><p>　　小電流接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時，健全線路對地電容的充放電相似，因而健全線路零序電流具有較強的相似性。而故障線路由于附加零序電壓源的存在，其零序電流波形與其它線路的零序電流

83、波形差異最大。因此，可通過分析各線路零序電流的相似性檢出故障線路。選線步驟如下：</p><p>　　1.首先記錄故障發(fā)生后一個周波各線路的零序電流數(shù)據(jù)</p><p>　　2.在一個工頻周期的數(shù)據(jù)窗下，對故障后第一周波內(nèi)各條線路零序電流暫態(tài)分量的波形進(jìn)行兩兩相關(guān)分析，求取線路之間的兩兩相關(guān)系數(shù)，形成相關(guān)系數(shù)矩陣M</p><p>　??；

84、 （4.9）</p><p>　　式中，n為饋出線的條數(shù)。相關(guān)系數(shù)矩陣M中對角線元素為各線路零序電流的自相關(guān)系數(shù)，其值均為1，其余元素為各線路零序電流的兩兩相關(guān)系數(shù)。</p><p>　　3.根據(jù)相關(guān)系數(shù)矩陣求取每條線路相對于其它線路的綜合相關(guān)系數(shù) ，i=1，2，…，n。定義本線路與其他線路的相關(guān)系數(shù)的平均作為本線路的綜合相關(guān)系數(shù)，即</p><p>&

85、lt;b>　?。?.10）</b></p><p>　　4.比較各條線路的綜合相關(guān)系數(shù)，當(dāng)最大綜合相關(guān)系數(shù)與最小綜合相關(guān)系數(shù)之差小于一閾值（本論文仿真測試時取0.5），則判定系統(tǒng)發(fā)生母線接地故障。否則，最小綜合相關(guān)系數(shù)對應(yīng)的線路即為故障線路。</p><p><b>　　4.3.3仿真驗證</b></p><p>　　由于模擬

86、電網(wǎng)局限性，本算例采用仿真電網(wǎng)（電網(wǎng)架構(gòu)見本論文5.2節(jié) MATLAB仿真及實現(xiàn)）進(jìn)行驗證</p><p><b>　　(1)仿真驗證1</b></p><p>　　中性點不接地，線路1在距離母線10km處，發(fā)生A相接地故障，過渡電阻 為5 ，仿真得到各線路零序電流波形經(jīng)過簡單的陷波處理，濾除工頻分量后，得到的暫態(tài)零序電流波形如下圖所示</p><

87、;p><b>　　相關(guān)系數(shù)矩陣M</b></p><p><b>　　；</b></p><p><b>　　綜合相關(guān)系數(shù)</b></p><p><b>　?。?</b></p><p><b>　　(2)仿真驗證2</b>&

88、lt;/p><p>　　中性點經(jīng)消弧線圈接地，過補償度10％情況下，線路1在距離母線10km處，發(fā)生A相接地故障，過渡電阻為5 ，仿真得到各線路零序電流波形經(jīng)過簡單陷波處理，濾除工頻分量后，得到暫態(tài)零序電流波形如下圖所示</p><p><b>　　相關(guān)系數(shù)矩陣M</b></p><p><b>　　M2 </b></p

89、><p><b>　　綜合相關(guān)系數(shù)</b></p><p><b>　　E2＝ ；</b></p><p><b>　　4.3.3.3結(jié)論</b></p><p>　　由仿真驗證1和仿真驗證2可以看出，E 1和E2中>0.5均成立，且線路1的綜合相關(guān)系數(shù) 最小，均可準(zhǔn)確判定線

90、路1為故障線路。求解E1和E2的過程中，由于濾除了各線路零序電流中極為相似的不對稱分量和相似性較強的工頻穩(wěn)態(tài)分量，提高了選線保護(hù)裕度。</p><p>　　4.4 選線方法對比</p><p>　　基于零序電流幅值的選線算法較簡單，易于實現(xiàn)，可以利用單片機(jī)開發(fā)選線裝置，具有較高的使用價值。暫態(tài)信號比較豐富時，具有很高的準(zhǔn)確率。然而，選線算法是基于特征頻帶內(nèi)暫態(tài)電流進(jìn)行故障線路的判斷，特征頻

91、帶受系統(tǒng)參數(shù)和故障情況的影響較大。該算法不適用母線故障時選線判斷。</p><p>　　基于零序暫態(tài)電流極性比較的方法選線算法較簡單，計算耗時少，可用以在單片機(jī)上開發(fā)選線裝置。該方法對于富有暫態(tài)分量的選線電弧接地故障等式很有效的，而對暫態(tài)分量很小的穩(wěn)態(tài)接地故障和暫態(tài)衰減很快并且幅值不高的高祖接地故障，選線效果難以保證。該算法不具有獨立性。</p><p>　　基于“故障線路零序電流和健全線

92、路零序電流差異最大”原理的相關(guān)分析故障選線方法，利用故障暫態(tài)信號的幅值、相位綜合信息，具有較好的選線效果。但是隨著纜線混合線路的增多，當(dāng)短路故障時，健全對地電容最大線路的零序電流與故障對地電容較小線路的大小有可能相近，而由于消弧線圈的補償作用，故障線路和健全線路的零序電流相位也有可能接近，因此，利用零序電流之間的相似性有可能產(chǎn)生誤判。為克服系統(tǒng)不平衡電流和穩(wěn)態(tài)工頻分量的對線路保護(hù)裕度的影響，本算例對采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行了陷波處理。</p&

93、gt;<p>　　5 選線新方法原理與仿真</p><p>　　5.1基于暫態(tài)零序電流首半波比值選線方法</p><p>　　小電流接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地接地故障時，不同對地電容值，不同接地故障電阻值條件下將會得到不同的實驗波形。某些條件下，得到的故障線路與非故障線路零序電流幾乎不含有穩(wěn)態(tài)工頻電流（見圖3-2a，圖3-2b），某些條件下是穩(wěn)態(tài)工頻電流和暫態(tài)電流的疊加（見圖3-2

94、c，圖3-2d），但穩(wěn)態(tài)工頻電流遠(yuǎn)低于暫態(tài)電流。單相接地故障每起弧一次，非故障線路與故障線路均有一零序高頻衰減電流，并且該零序高頻衰減電流幅值很大，易被測量，應(yīng)該可以用來判斷故障饋線。</p><p>　　圖3-2（e，f，g，h）是經(jīng)過單零點非遞歸算法處理后零序測量電流波形。顯然，除故障暫態(tài)零序測量電流的特征頻率分量外，還有許多其他頻率信號成分。這對正確做出選線會有一定影響，但滿足如下算法要求。結(jié)合暫態(tài)電流極大

95、值選線相關(guān)原理，給出基于暫態(tài)電流幅值比值的選線方法。算法描述如下：</p><p><b>　?。?） </b></p><p>　?。?） </p><p>　　判據(jù)描述如下：首先進(jìn)行（1）式判斷，如果零序暫態(tài)電流最大值 與次暫態(tài)最大值 點積結(jié)果S>0，則不進(jìn)行（2）

96、式判斷，判定為母線故障；如果S<0,則進(jìn)行（2）式判斷，如果 ，那么可以判定線路是故障線路，式中閾值k的選取視具體的電網(wǎng)而定，一般電網(wǎng)如果不含有純電纜線路或者纜線混合線路中電纜線路長占比例不超過50%，k可取為0.35~0.4；如果含有純電纜線路或者纜線混合線路中電纜線路長所占比例較高，k可取為0.4~0.45。N值一般只要接近或者大于等于暫態(tài)電流半周波采樣點數(shù)即可。</p><p>　　5.2 MATLA

97、B仿真及實現(xiàn)[14,15,16]</p><p>　　本論文采用MATLAB來模擬小電流接地系統(tǒng)單相接地故障。仿真系統(tǒng)為一個110kV/10kV變電站，共有五條出線，為電纜和架空線路混合線路。主變壓器為 接線，容量為31.5MVA。 側(cè)中性點有中性點不接地和中性點經(jīng)消弧線圈兩種接地方式。中性點經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)單相接地模型如下圖所示。</p><p>　　圖1 中性點不接地系統(tǒng)單相接地模型

98、</p><p>　　其中，所包含子模塊subsystem功能為測量三相線路電流，輸出零序電流，其構(gòu)成如下圖示：</p><p>　　圖2 子模塊 圖3 子模塊內(nèi)部電路</p><p>　　另外，電網(wǎng)架構(gòu)中接地故障模塊使用MATLAB軟件自帶接地模塊，如右圖所示<

99、/p><p>　　表5.1暫態(tài)時間[17]設(shè)置</p><p>　　5.2.1 線路參數(shù)設(shè)置[18,19,20]</p><p>　　輸電線路采用PSB模塊庫中的貝杰龍數(shù)學(xué)模型，該模型計算是利用分布參數(shù)，可提高計算精度。其中架空線采用架空線路標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)，即線路正序電阻為=0.17 /km，正序?qū)Φ仉姼?=1.21mH/km，正序?qū)Φ貙?dǎo)納為 =9.7nF/km，線路零序電阻

100、為 =0.23 /km，零序?qū)Φ仉姼袨?=5.48mH/km，線路零序?qū)Φ貙?dǎo)納為 =6nF/km。電纜線路參數(shù)設(shè)置如下,電纜線路正序電阻為 =0.024 /km，正序?qū)Φ仉姼?=0.516mH/km，正序?qū)Φ貙?dǎo)納為 =0.308uF/km，線路零序電阻為 =0.196 /km，零序?qū)Φ仉姼袨?=3.98mH/km，線路零序?qū)Φ貙?dǎo)納為 =0.203uF/km。各線路組成如下表所示，整個出線架空線路總長度為62km，電纜線路總長度為13km

101、。</p><p>　　表5.2 仿真模型各出線長度</p><p>　　5.2.2變壓器及負(fù)荷參數(shù)設(shè)置</p><p>　　主變壓器接線方式為接線，一次電壓為110kV，二次電壓為10kV；變壓器額定容量為31.5MVA。所有出線均接三相負(fù)荷，三相串聯(lián)負(fù)荷和三相并聯(lián)負(fù)荷有功功率均為10kW。</p><p>　　5.2.3算法選取與仿真參數(shù)

102、設(shè)置</p><p>　　Matlab提供了多種常微分方程（ODE）解法器，這些解法器可以再給定初始時間及條件下，通過數(shù)值方法計算每個程序步驟的解，并驗證該解是否滿足給定的允許誤差。不同的解法器采用了不同的算法，因此性能也不同，可根據(jù)需要選擇。本仿真方案采用ode23t解法器。 </p><p>　　表5.3 仿真參數(shù)設(shè)置</p><p><b>　　5.

103、2.4仿真結(jié)果</b></p><p>　　表5.4線路1單相接地故障（故障距離母線10km，接地電阻10）</p><p>　　表5.5 線路2單相接地故障（故障距離母線7km，接地電阻10 ）</p><p>　　表5.6 線路4單相接地故障（故障距離母線1km，接地電阻10 ）</p><p>　　表5.7 線路5單相接地故

104、障（故障距離母線20km，接地電阻10 ）</p><p>　　表5.8 母線單相接地故障（接地電阻10 ）</p><p>　　由上述計算結(jié)果可以看出，如果不進(jìn)行判據(jù)（1）判斷，將會產(chǎn)生誤判。</p><p>　　表5.9 線路1單相接地故障（故障距離母線10km，接地電阻變化）</p><p>　　采用消弧線圈過補償方式，這里選擇補償度P

105、=10%。從而消弧線圈電感為</p><p><b>　　7.96H</b></p><p>　　表5.10 經(jīng)消弧線圈接地電網(wǎng)</p><p>　　5.2.5仿真結(jié)果分析</p><p>　　1）由于選線方法中給判斷量設(shè)定了門檻值 ，消除了諧波和零序電流互感器，模擬信號處理電路，數(shù)字濾波等不明信號的干擾；N值的設(shè)定，使

106、得選線判據(jù)建立在大量數(shù)據(jù)判斷下，有效提高了選線的準(zhǔn)確性和靈敏性[13]。</p><p>　　2）仿真時實驗數(shù)據(jù)經(jīng)過簡單的單零點非遞歸算法陷波處理即可用上述判據(jù)進(jìn)行選線，選線方法簡單準(zhǔn)確。實際電網(wǎng)由于干擾信號嚴(yán)重，最好經(jīng)過多次連續(xù)判斷進(jìn)行選線，提高選線準(zhǔn)確度。</p><p>　　3）該選線方法利用的是零序暫態(tài)高頻電流，因此，對于中性點不接地電網(wǎng)和經(jīng)消弧線圈接地電網(wǎng)均是有效的。</p

107、><p>　　4）該判據(jù)不受過渡電阻的影響。并且本論文對各種典型情況，如線路近端，線路遠(yuǎn)端，母線故障，包含純電纜線路等情況均進(jìn)行仿真驗證，選線準(zhǔn)確。</p><p><b>　　6 結(jié) 論</b></p><p>　　本論文首先對小電流接地系統(tǒng)及其單相接地故障特征從原理上進(jìn)行了詳細(xì)的分析，論述了小電流接地故障選線的困難所在。小電流接地系統(tǒng)發(fā)生單相

108、接地時的基本特征是構(gòu)成零序回路，故障分量是以零序形式存在。故障選線一般就是利用零序分量的特征實現(xiàn)的。由于零序回路是由線路對地電容構(gòu)成的，容抗非常大，所以故障電流非常小，在干擾和誤差的影響下，具有一定的不準(zhǔn)確性，使得選線問題變得復(fù)雜化。在中性點與地絕緣的系統(tǒng)中，發(fā)生單相接地時，基波零序電流滿足:故障線路上的零序電流數(shù)值上等于所有非故障線路的零序電流以及母線設(shè)備對地電容零序漏電流之和，方向與之相反。這個關(guān)系體現(xiàn)的是基爾霍夫電流定律，所以無論

109、是在暫態(tài)還是在穩(wěn)態(tài)都是成立的。當(dāng)中性點接入消弧線圈后，相當(dāng)于增加了一個感性支路，故障線路與非故障線路基波零序電流不再有特定的關(guān)系，但對于五次諧波而言，它們之間的關(guān)系仍然是確定的[20]。另外，對一于高頻暫態(tài)電流，消弧線圈起扼制作用，故障線路與非故障線路上述確定關(guān)系仍成立。這種關(guān)系可作為選線的依據(jù)。</p><p>　　利用故障后的暫態(tài)分量進(jìn)行故障檢測，與利用穩(wěn)態(tài)信號相比有很大的優(yōu)越性：一是暫態(tài)信號幅值遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于穩(wěn)態(tài)

110、信號，是穩(wěn)態(tài)信號的數(shù)倍道幾十倍，故障檢測靈敏度高；而是不受消弧線圈的影響；三是不受故障點電弧不穩(wěn)定的影響，實際上故障點的間歇性擊穿，會不斷產(chǎn)生零序電流信號，有利于檢測故障。</p><p>　　本論文依據(jù)暫態(tài)零序電流的特點，提出基于暫態(tài)零序電流幅值和相位的綜合選線方法。理論和仿真結(jié)果表明，該方法可以較好的實現(xiàn)小電流接地系統(tǒng)選線。本文采用單零點非遞歸算法對實錄波形進(jìn)行處理，從而濾除零序電流中基頻分量，使得暫態(tài)特征更

111、加明顯，有利于暫態(tài)過程中選線。另外，本論文算例均經(jīng)過大量仿真或者實例驗證，具有較高的實用價值。</p><p>　　本論文存在的不足及展望：</p><p>　　1.對小電流接地系統(tǒng)單相接地故障過程的研究還有待深入，得到具有普遍意義的故障特征，才能有的放矢地應(yīng)用先進(jìn)的信號處理手段，得到更好的故障選線方法。</p><p>　　2.在深入分析小電流接地系統(tǒng)單相故障過程