小电流接地系统单相接地保护选线方案的研究(编辑修改稿)

小电流接地系统单相接地保护选线方案的研究(编辑修改稿)内容摘要：

有鉴于此，我们认为仍然有必要对中性点非直接接地系统单相接地故障选线问题进行进一步的分析研究，以期找出更有效的解决方案，这正 是本论文选题的出发点。 课题研究现状 小电流接地系统单相接地故障后的信号中含有各种各样的故障信息，如稳态基波分量，高频暂态分量，现在的各种算法就是利用了各种故障信息构成的故障判据。 然而对不同故障条件下的故障信息分析表明，随着故障条件的不同，故障信息也会有变化，有些算法可能会失效，所以根据不同算法做出的判断结果准确度也往往不同。 理论和实践都表明，没有一种选线方法能够保证对所有故障类型都有效，每种选线判据都有一定的适用范围，也都有各自的局限性，需要满足一定的适用条件。 所以，仅靠一种判据进行选线是不充分的。 迄今为 止还不存在万能型、无条件选线判据，因为如果存在，选线问题就已经解决了。 在这种现实状况下，一种可行的办法是使用多重选线判据来构成综合判据，利用各种判据选线性能上的互补性扩大正确选线的故障范围，提高选线结果的可靠性。 因为每一种选线判据的适用条件是不同的，针对某个故障样本，一种判据的适用条件可能不满足，但另一种判据的适用条件可能能够满足，几种判据覆盖的总的有效故障区域必然大于单个判据的有效故障区域。 而信息融合作为一门研究信息综合分析处理技术的新兴边缘学科，强调在自动控制领域中利用多源信息进行综合分析推理以提高控制的精度和鲁棒性。 因此能满足我们的要求。 近年来，用于信息融合的计算智能方法主要包括：模糊理论、神经网络、粗糙集理论等。 其中模糊理论是用数学方法研究和处理具有“模糊”现象的一门科学。 这里1 绪论 3 所谓的模糊性主要是指有关事物差异的中间过度的不分明性，这种属性也反映在小电流故障选线中。 例如“某一故障特征的明显程度”、“某一方法的有效性”等等均没有精确的度量，存在一定的模糊性。 模糊理论能通过建立相应的隶属函数有效地处理这种模糊性，将不分明性转换为确切的数值描述。 所以，本文对现有的各种小电流系统单相接地选线方法进行简要的 分析，并在第三章对小波法进行详细说明，并进行算例仿真。 通过运用小波法很大程度上能够达到准确选线的目的，但还是存在死区。 因此，将多种选线方法或判据，考虑应用模糊理论解决算法有效性并进行多判据融合，这也是小电流接地系统故障选线发展的一个方向。 论文的主要内容 论文的主要工作内容如下： (1) 文章主要进行了针对小电流系统单相接地选线方法的分析， (2) 研究了小电流接地故障暂态算法和稳妥算法。 (3) 重点分析了多判据信息融合选线方法。 (4) 最后进行了小电流系统选线方法问题的分析。 2 小电流接地系统单相接地选线方法分析与探讨 5 2 小电流接地系统单相接 地选线方法分析与探讨 小电流接地故障稳态算法 在电力系统发展的初期，考虑到绝缘方面的因素，电力系统中性点直接接地 (大电流接地系统 )，相应的继电保护装置一般根据稳态的电流来整定。 随着电力系统规模的增大和用户对供电要求的提高，我国的配电网开始采用小电流接地系统，针对单相接地故障，人们也习惯从稳态量方面去考虑并根据这些稳态量，特别是根据零序分量相关特性提出了一系列的算法并开发出了相应的装置。 零序电流幅值比较法 零序电流幅值比较法简称幅值法，它利用故障线路零序电流幅值比非故障线路大的特点选择故障线 路。 以前的做法是使用电流继电器，电流继电器在零序电流超过整定值时动作，指示故障线路，继电器的整定值要躲过本线路可能出现的最大对地电容电流；现在使用比较多的是群体比幅法，应用微机技术采集并比较接地母线上所有出线零序电流，将幅值最大的线路选为故障线路。 由于不需设定门槛值，群体比幅法提高了检测可靠性和灵敏度，但在母线故障时会出现误判断。 幅值法的致命问题是不适用于谐振接地电网。 由于该电网中消弧线圈补偿电流的存在，往往使故障线路电流幅值小于非故障线路；另外一个影响可靠性的因素是故障点电弧不稳定现象，小电流接地故障往往 伴随有间歇性拉弧现象，由于没有一个稳定的接地电流，因此可能造成选线失败。 一些装置在试验室模拟试验，甚至在现场进行人工接地试验时选线结果很准确，但实际应用效果却并不好，这是因为模拟试验时线路导体与地之间是金属性接触，与实际运行中的绝缘击穿现象并不完全相同。 零序电流方向法 零序电流方向法简称方向法或相位法，它利用故障线路零序电流与非故障线路方向相反的特点选择故障线路。 一种实现方法是检测零序功率方向，如果某线路的零序无功功率方向为正，即零序电压超前零序电流 90176。 ，则说明零序电容电流的方向是由线路流向母 线，该线路被选为故障线路；另一种方法是群体比相法 [3]，选择 3 个以上幅值最大的线路零序电流，比较它们之间的相位，相位与其他线路相反的线路被选为故障线路。 与幅值法相比，方向法有较高的检测灵敏度，但仍然存在不适用于谐振接地电网的弱点。 因为在过补偿或完全补偿状态下，故障线路零序电流的方向与非故障线路相同；对间歇性接地故障来说，零序电流波形畸变严重，难以计算其相位，方向法比幅值法更容易出现误判断。 西安交通大学网络教育学院论文 6 谐波法 由于故障点、消弧线圈及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 5 次谐波分量为主 ，并且消弧线圈对 5 次谐波的补偿作用仅相当于工频时的 1 /25，可以忽略其影响。 因此，故障线路的 5 次谐波零序电流的幅值比非故障线路的都大且方向相反，据此可以选择故障线路，称为 5 次谐波法 [4]。 为了进一步提高灵敏度，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，幅值最大的线路选为故障线路。 谐波法的优点是可以克服消弧线圈补偿的影响，但实际应用效果并不理想。 主要原因是故障电流中的 5 次谐波含量较小 (小于 10% ) ，检测灵敏度低；多次谐波平方和法虽然能在一定程度上克服单次谐波信号小的缺点，但并不能从根本上解决问题。 零序电流有功分量法 零序电流有功分量法 [5, 6]是根据线路存在对地电导以及消弧线圈存在电阻损耗，故障电流中含有有功分量来选择故障线路。 非故障线路和消弧线圈的有功电流方向相同且都经过故障点返回，因此，故障线路有功分量比非故障线路大且方向相反。 根据这一特点，可选出故障线路。 在设计具体的选线装置时，可利用零序电压与零序电流计算并比较各线路零序有功功率的大小与方向来确定故障线路。 有功分量法的优点是不受消弧线圈的影响，但由于故障电流中有功分量非常小并且受线路三相参数不平衡的影响，检测灵敏度低 ，可靠性得不到保障。 为了提高灵敏度，有的装置采用瞬时在消弧线圈上并联接地电阻的做法加大故障电流中的有功分量。 这样做带来的问题是使接地电流增大，加大对故障点绝缘的破坏，很可能导致事故扩大。 而且对电缆线路来说，这一问题更为突出。 负序电流法 因为小电流接地故障的负序电流具有与零序电流相同的分布特征，所以负序电流法 [ 7 ]也可以通过比较各线路负序电流的大小与方向选择故障线路。 由于负序电源阻抗比较小，故障线路负序电流绝大部分流入了电源回路，使得非故障线路的负序电流比较小，有利于接地选线。 但正常运行时线路 中也会存在较大的负序电流，并且负序电流的获取远不如零序电流来得简单、准确，所以负序电流法的实际应用效果并不会比零序电流法好。 零序导纳法 小电流接地系统的零序网络可以等效为一空载均匀传输线，一般可以忽略线路的阻抗，零序电流主要为对地电容电流和电导泄露电流。 零序导纳法 [8， 9]通过在馈线端口测量零序电流与电压来获得故障时各条线路的零序导纳，根据故障相线路的零序导纳分布在第 第 3 象限和正常相的零序导纳分布在第一象限这一特点来选择故障线路。 该算法具有较好的准确性和适应性，但是对于间歇瞬时性接地故障几乎 失效。 2 小电流接地系统单相接地选线方法分析与探讨 7 小电流接地故障暂态算法 小电流接地系统中稳态电流幅值小，易受到接地电阻、电弧和电流互感器不平衡电流的影响，其灵敏度低，所以选线的效果并不好。 然而小电流接地故障暂态电流幅值是稳态对地电容电流的几倍到十几倍，数值在数十安培到数百安培之间，并且不受消弧线圈影响。 因此，利用暂态信号进行接地选线可以克服稳态选线法存在灵敏度低以及受消弧线圈影响的缺点。 暂态保护技术的实施关键是接地电容电流的暂。