小电流接地系统单相接地故障选线的研究毕业论文(编辑修改稿)

小电流接地系统单相接地故障选线的研究毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

升为相电压，其它两相电压会升高到原来的 3倍，即为线电压，电网中将出现零序电压。 如图 2— 2所示为线路中 A相发生金属性接地时的各相电压电流矢量图。 图 22 A相接地的矢量图 由矢量图 2— 2 可以得出：中性点电压上 UN升为相电压 (一 EA)， A、 B、 C三相对地电压为： 西安交通大学网络教育学院论文 故障相 (A相 )对地电压为零：非故障相 (B、 C相 )对地电压比正常相电压升高 3 倍即电网线电压；电网出现零序电压： 即等于电网正常工作时的相电压；线电压仍然保持对称。 对于非故障线路 I来说，其三相电容电流各为： 式中： 分别是线路 I中的 A、 B、 c各相的对地电容电流： 分别是故障电网中的 A相和 B相对地电压，ω为电网的角赔率 (ω =2π f)， 为线路的单相对地电容。 因此，非故障线路 I的基波零序电流为： 式中： 为线路 I的基波零序电流： 为中性点的零序电压。 由式 (28)可知，非故障线路 I的零序电流的大小等于该线路本身对地电容电流，方向由母线流向线路，相位超前零序电压 90o。 同理，非故障线路 II的基波零序电流为： 如果电网中有更多线路，非故障线路的基波零序电流特一陀以此类推。 对于故障线路 III来说，接地电流 为： 非故障相的电容电流仍然用同样的方法求得，只是故障相线路的电容电流不再为零。 此时，三相的电容电流值分别是： 2 (3)针对目前传统的选线方法只利用待测故障的故障信息选线，而没有利用到已有故障样本中含有大量对故障选线有利的信息，本文在基于对已有故障样本的故障信息分析的基础上，提出了利用灰关联分析对新的待测故障进行选线，建立了基于注入信号和小波包分解的灰关联分析的故障选线方法。 小电流接地系统单相接地故障分析 11 故障线路 III的基波零序电流为：． 式(2— 15)表明故障线路的零序电流大小等于所有非故障线 路零序电流的相量和，方向由线路流向母线。 相位与非故障线路零序电流的相反，滞后于零序电压 90o。 当系统为非金属性接地时，设有过渡电阻尺，这时各线路零序电压、电流的幅值大小受母的影响；故障线路与非故障线路的零序电压和零序电流相位关系仍与无过渡电阻时相同。 总结以上分析中性点不接地系统发生单相接地故障时的结果，可以得出如下结论： (1)在发生单相接地时，故障相对地电压为零，非故障相对地电压为电网的线电压，全系统出现零序电压，它的大小等于电网正常时的相电压。 (2)在非故障线路上有零序电流，其数值等于本身的对地电 容电流，方向由母线流向线路，相位超前零序电压 90度。 (3)在故障线路上，零序电流为全系统所有非故障线路的零序电流的相量和，数值一般较大，方向由线路流向母线，相位与非故障线路零序电流的相反，滞后于零序电压 90度。 (4)接地故障处的电流大小等于所有线路的接地电容电流的总和，并超自订 零序电压 90度。 2． 2． 2中性点经消弧线圈接地系统单相接地故障特征 故障线路零序电流的大小和方向也随之改变。 根据对电容电流补偿程度的不同，即补偿度 P的大小，可分为以下三种不同的补偿方式： (1)全补偿 如果三相对地电容不相等或 断路器三相不同期合闸时，出现的零序电压在串联谐振回路中产生很大的电流，此电流在消弧线圈上会产生很大的压降，使电源中性点的电压大大升高，造成设备的绝缘损坏，因而不宜采用这种补偿方式。 (2)欠补偿 西安交通大学网络教育学院论文 采用这种补偿方式时，补偿后的接地点电流是容性的。 它的缺点在于系统运行方式改变时，例如某些线路因检修或跳闸退出运行时，系统的电容电流会减少，以至有可能成为完全补偿而出现危险的过电压。 因此，这种补偿方式也很少采用。 (3)过补偿 它没有发生上述过电压的危险，因而得到了广泛的应用，一般选择过补偿度值为P=(5— 10)％。 采用过补偿以后，通过故障线路保护安装处的电流为补偿以后的感性电流，它与零序电压的相位关系和非故障线路电容电流与零序电压的相位关系相同，数值也和非故障线路的容性电流相差无几，因此不接地系统中常用的零序电流选线原理和零序功率方向选线原理显然已不能采用。 总结以上分析中性点经消弧线圈接地系统发生单相接地故障时的结果，可以得出如下结论： (1)在发牛单相接地时，故障相对地电压为零，非故障相对地电压为电网的线电压，全系统出现零序电压，它的大小等于电网正常时的相电压。 (2)消弧线圈二端的电压为零序电压，消弧线圈的电流 也经过接地故障点和故障线路的故障相，但它不通过非故障线路。 (3)接地故障点残余电流的大小等于补偿度与电网接地电容电流的乘积，它滞后于零序电压 90。 并且残余电流的数值很小。 (4)在非故障线路上有零序电流，其数值等于本身的对地电容电流，方向由母线流向线路，相位超前零序电压 90。 (5)在过补偿的情况下，故障线路上的零序电流的大小等于残余电流与本线路接地电容电流之和，方向由母线流向线路，其相位也超前零序电压 90度。 2． 2． 3小电流接地系统单相接地故障的暂态分析 以上所讨论的都是在稳态情况下故障点电容电流的分 布，由上分析可知稳态故障分量数值小，难以准确选出故障线路，于是人们把目光投向了故障后的暂态分量，当生发单相接地故障时，接地电容电流的暂态分量可能较其稳态值大很多倍。 当中性点经消弧线圈接地电网发生单相接地故障的瞬间，可利用图 22所示的等效电路来分析暂态电容电流和暂态电感电流。 图中 C表示电网的三相对地总电容； Lo表示三相线路和变压器等在零序回路中的等值电感； L表示为消弧线圈的集中电感； rL表示消弧线圈的有功损耗电阻； Ro表示零序回路中的等值电阻 (包括导线电阻、大地电阻以及故障点的接地电阻 )； Uo为零序电源电压。 2 (3)针对目前传统的选线方法只利用待测故障的故障信息选线，而没有利用到已有故障样本中含有大量对故障选线有利的信息，本文在基于对已有故障样本的故障信息分析的基础上，提出了利用灰关联分析对新的待测故障进行选线，建 立了基于注入信号和小波包分解的灰关联分析的故障选线方法。 小电流接地系统单相接地故障分析 13 图 22暂态过程的等效网络 (1)暂态电容电流 在分析电容电流的暂态特性时，因其自由振荡频率一般都比较高，考虑到消弧线圈的集中电感 L》 LO，实际上它不影响电容电流分量的计算，因而 L和 rL可以忽略不计。 决定回路自由振荡衰减的电阻值，应为接地电流沿途的总电阻值，它包括导线电阻、大地电阻以及故障点的接地电阻。 这样利用 Lo、 C、 Ro组成的串联回路和作用于其上的零序电压，就可以确定暂态的电容电流 ic。 因为通常架空线路的波阻抗为 250— 500Ω ，同时，故障点的接地电阻一般特性，其只有振荡频率一般为 300～ 1500Hz。 电缆线路的电感比架空线路小，而对地电容去较后者要大许多倍，故电容电流暂态过程的振荡频率很高，持续时间很短，其自由振荡频率一般为 1500～ 3000Hz。 暂态电容电流 ic。 是由暂态自由振荡分量 和稳态工频分量 两部分组成的，若系统的运行方式不变，则τ c为一常数。 当τ c较大时，自由振荡衰减较慢；反之，则衰减较快。 (2)暂态电感电流 消弧线圈的电感电流是由暂态的直流分量和稳态的交流分量组成的。 暂态过程的振荡角频率与电源的角频率相等，且其幅值与接地瞬间电源电压的相角有关。 同时理论分析表明，电感电流暂态过程 长短与接地电压相角、铁心的饱和程度有关。 (3)暂态接地电流 暂态接地电流由暂态电容电流和暂态电感电流叠加而成，其特征随两者的具体情况而定。 从上面分析可知，虽然两者的最大幅值相差不大，但是频率却差别悬殊，故两者不可能互相补偿。 在暂态过程的初始阶段，暂态接地电流的特性主要由暂态电容电流的特征所决定。 为了平衡暂态电感电流中的直流分量，于是暂态接地电流中便产生了与之大小相等、方向相反的直流分量，它虽然不会改变首半波的极性，但对于幅值却能带来明显的影响。 由以上 (1)、 (2)和 (3)分析可知，当单相接地故障发生后，在故障点便有衰减很快的暂态电容电流和衰减较慢的暂态电感电流流过。 不论电网中性西安交通大学网络教育学院论文 点为谐振接地或不接地方式，暂态接地电流的幅值和频率均主要由暂态电容电流所确定，其幅值均和初始相角有关。 暂态接地电流的幅值虽然很大，但是持续时间很短，约为 0． 5～ 1． 0个工频周期。 至于暂态过程中的电感电流，其直流分量的初始值与初始相角、铁心的饱和程度均有关。 暂念电感电流的频率和工频相等，持续时间一般可达 2～ 3个工频周波，为了平衡该直流分量，接地电流中也伴随产生大小相等、方向相反的直流分量，它只增大暂态接地电流的幅值。 小电流接地系统单相接 地故障时暂念零序电流分量有以下特点： (1)线路故障时，所有非故障线路的零序电流的方向相同，从母线流向线路，它们与故障线路的零序电流方向相反，且故障线路的暂态零序电流的幅值较非故障线路大。 (2)暂态电流的数值较稳态值大很多，且持续时间短，约为 0． 5— 1． 0 个工频周波。 由暂态过程的分析可知，小电流接地电网出现单相接地故障时，其暂态过程存在着丰富的故障信息，又因为故障时的暂态过程不受接地方式的影响，即中性点不接地系统和中性点经消弧线圈接地系统故障时的暂态过程基本是相同的，因此，暂态分量在故障检测中有着非常重要的 意义。 3 选线方法分析及解决思路 15 3 选线方法分析及解决思路 近年来，开发了各种不同原理的选线装置用于小电流接地系统单相接地故障选线，取得了一定的成就。 但是随着配电网结构的越来越复杂以及消弧线圈的投入使用，选线的难度也越来越大，已上马的各种装置在一定程度上已不能适用于电网的发展。 本章将详细讨论常用的几种选线方法，分析各方法的原理、适用性以及可靠性等，结合现已投入的选线装置，总结选线困难的主要原因，最后阐述了本文中小电流接地选线的解决思路。 3． 1现有选线方法概述 按照利用信号的稳态分量和暂态分量，选线方法可分为稳态选线和暂态选线两大类， 这里讨论其中应用比较广泛的一些选线方法： 3． 1． 1稳态选线方法 (1)稳态零序电流比较法 当中性点不接地系统发生单相接地故障时，留过故障元件的零序电流其数值等于全系统非故障元件的对地电容电流之和，即故障线路上的零序电流最大，且故障线路的零序电流方向与所有非故障线路零序电流方向相反。 通过零序电流的幅值和相位的比较可以找出故障线路。 由于谐振接地系统中消弧线圈对零序电流的补偿作用，使得该方法不适用于谐振接地电网，而且受到电流互感器不平衡电流的影响；受线路长短、系统运行方式及过渡电阻大小的影响。 同时，由于小电流接 地故障往往伴随有间歇性拉弧现象，没有稳定的接地电流，可能造成选线失败。 (2)谐波法 由于故障点、消弧线圈、变压器等电气设备的非线性影响，故障电流中存在着谐波信号，其中以五次谐波分量为主，且在谐振电网中的消弧线圈是按照基波整定的，故可忽略消弧线圈对五次谐波产生的补偿效果，再根据零序电流五次谐波分量在谐振接地系统中有着与中性点不接地系统中的零序电流基波相同的特点，再利用前述零序电流幅值、相位比较法的原理，即可解决谐振接地系统的选线问题。 为进一步提高灵敏度，也可将各线路的 7次等谐波分量的平方求和后进行幅 值比较，幅值最大的线路即为故障线路。 但是，由于故障产生的谐波电流不仅取决于系统中有无谐波源以及谐波源的大小，还与故障位置有着密切的关系，故障电流中的谐波含量幅值较少 (一般小于故障电流的 10％ )且不稳定。 电流互感器不平衡电流和过度电阻大小仍然会影响选线的精度，同时，其易受弧光接地故障和问歇性接地故障影响，检测灵敏度低，实际应用效果不太理想。 (3)能量法 西安交通大学网络教育学院论文 利用接地后零序电流和电压构成能量函数。 非故障线路的能量函数总是大于零，消弧线圈的能量函数与非故障线路极性相同，网络上的能量都是通过故障线路传送给非故障线路 的，因此故障线路的能量函数总是小于零，且其绝对值等于其他线路 (包括消弧线圈 )能量函数的总和。 通常比较能量函数的方向和大小可判别接地线路。 由于零序能量函数同时存在电感能量和电容能量，并且电感和电容之间存在能量交换，系统的能量不会释放完。 因此能量函数不能完全反应线路由于故障产生的能量关系。 (4)有功分量法 电网的线路及消弧线圈存在对地电导，故障电流中含有有功分量。 非故障线路消弧线圈产生的有功分量方向相同且都经过故障点返回，因此，可以利用故障线路有功分量比非故障线路有功分量大且方向相反的特点选出故障线路。 对于中 性点不接地系统，该选线原理实质上是零序功率方向法的延伸，但结果上述处理后，相当于将原有的零序电压、零序电流的比相范围从原有的 90o扩大到 180o，从而创造更好的选线条件。 为避免零序电压互感器误差的影响，目前最新提出了一种有功分量法的改进方法，称为 DESIR法。 首先，将所有馈线的零序电流相加得到一个电流相量，它实际上是由接地点返回的消弧线圈电流。 以超前厶且与其垂直的相量作为参考相量，它的方向大致与故障线路零序电流中有功电流一致，因此，故障线路零序电流在该参考相量上的投影极性为 J下，且幅值最大；而对于非故障线路 来说，零序电流有功分量与相量方向相反，在参考相量上的投影为负，且幅值较小。 据此可检测出故障线路。 由于非故障线路和消弧线圈产生的有功电流较小 (一般也小于故障电流。