1、 PAGE71 / NUMPAGES76目錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc3590968270 引言 PAGEREF _Toc359096827 h 1HYPERLINK l _Toc3590968281 緒論 PAGEREF _Toc359096828 h 3HYPERLINK l _Toc3590968291.1 小電流接地系統(tǒng)研究現(xiàn)狀 PAGEREF _Toc359096829 h 3HYPERLINK l _Toc3590968301.2 小電流接地系統(tǒng)研究的意義 PAGEREF _Toc359096830 h 4HYPERLINK l _Toc35

2、90968312 小電流接地系統(tǒng)單相接地故障分析 PAGEREF _Toc359096831 h 6HYPERLINK l _Toc3590968322.1 概述 PAGEREF _Toc359096832 h 6HYPERLINK l _Toc3590968332.2 小電流接地系統(tǒng)不同接地方式的比較 PAGEREF _Toc359096833 h 7HYPERLINK l _Toc3590968342.2.1 中性點(diǎn)不接地方式 PAGEREF _Toc359096834 h 7HYPERLINK l _Toc3590968352.2.2 中性點(diǎn)經(jīng)消弧線(xiàn)圈接地方式 PAGEREF _Toc3

3、59096835 h 7HYPERLINK l _Toc3590968362.2.3 中性點(diǎn)經(jīng)電阻接地方式 PAGEREF _Toc359096836 h 8HYPERLINK l _Toc3590968372.3 小電流接地系統(tǒng)不同接地方式的故障分析 PAGEREF _Toc359096837 h 8HYPERLINK l _Toc3590968382.3.1 中性點(diǎn)不接地方式的故障分析 PAGEREF _Toc359096838 h 8HYPERLINK l _Toc3590968392.3.2 中性點(diǎn)經(jīng)消弧線(xiàn)圈接地系統(tǒng)單相接地故障分析 PAGEREF _Toc359096839 h 13

4、HYPERLINK l _Toc3590968402.3.3 中性點(diǎn)經(jīng)電阻接地系統(tǒng)單相接地故障分析 PAGEREF _Toc359096840 h 17HYPERLINK l _Toc3590968413 小電流單相接地故障選線(xiàn)算法 PAGEREF _Toc359096841 h 20HYPERLINK l _Toc3590968423.1 選線(xiàn)算法綜述 PAGEREF _Toc359096842 h 20HYPERLINK l _Toc3590968433.1.1 零序電流比幅算法 PAGEREF _Toc359096843 h 20HYPERLINK l _Toc3590968443.1.

5、2 群體比幅比相算法 PAGEREF _Toc359096844 h 20HYPERLINK l _Toc3590968453.1.3 無(wú)功功率算法 PAGEREF _Toc359096845 h 21HYPERLINK l _Toc3590968463.1.4 五次諧波分量算法 PAGEREF _Toc359096846 h 21HYPERLINK l _Toc3590968473.1.5 有功分量算法 PAGEREF _Toc359096847 h 22HYPERLINK l _Toc3590968483.1.6 小波算法 PAGEREF _Toc359096848 h 22HYPERLI

6、NK l _Toc3590968493.1.7 能量函數(shù)法 PAGEREF _Toc359096849 h 23HYPERLINK l _Toc3590968503.1.8 信號(hào)注入法 PAGEREF _Toc359096850 h 24HYPERLINK l _Toc3590968513.2 選線(xiàn)影響因素分析 PAGEREF _Toc359096851 h 25HYPERLINK l _Toc3590968523.3 綜合選線(xiàn)算法 PAGEREF _Toc359096852 h 25HYPERLINK l _Toc3590968533.4 連續(xù)選線(xiàn)算法 PAGEREF _Toc3590968

7、53 h 27HYPERLINK l _Toc3590968544 小電流接地選線(xiàn)裝置的硬件設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc359096854 h 29HYPERLINK l _Toc3590968554.1 CPU模塊 PAGEREF _Toc359096855 h 29HYPERLINK l _Toc3590968564.2 信號(hào)采集模塊 PAGEREF _Toc359096856 h 30HYPERLINK l _Toc3590968574.3 A/D轉(zhuǎn)換模塊 PAGEREF _Toc359096857 h 31HYPERLINK l _Toc3590968584.4 存儲(chǔ)空間擴(kuò)展模塊 P

8、AGEREF _Toc359096858 h 36HYPERLINK l _Toc3590968594.4.1 SRAM的擴(kuò)展 PAGEREF _Toc359096859 h 36HYPERLINK l _Toc3590968604.4.2 FLASH 芯片的擴(kuò)展 PAGEREF _Toc359096860 h 38HYPERLINK l _Toc3590968614.5 人機(jī)對(duì)話(huà)模塊 PAGEREF _Toc359096861 h 39HYPERLINK l _Toc3590968624.6 通信系統(tǒng) PAGEREF _Toc359096862 h 41HYPERLINK l _Toc359

9、0968634.7 硬件抗干擾設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc359096863 h 43HYPERLINK l _Toc3590968645 小電流接地選線(xiàn)裝置的軟件設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc359096864 h 44HYPERLINK l _Toc3590968655.1 軟件框架設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc359096865 h 44HYPERLINK l _Toc3590968665.1.1 控制層軟件設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc359096866 h 45HYPERLINK l _Toc3590968675.1.2 應(yīng)用層軟件設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc359096867

10、h 53HYPERLINK l _Toc3590968685.1.3 各任務(wù)之間的切換關(guān)系 PAGEREF _Toc359096868 h 54HYPERLINK l _Toc3590968695.2 軟件抗干擾技術(shù)的應(yīng)用 PAGEREF _Toc359096869 h 55HYPERLINK l _Toc3590968706 經(jīng)濟(jì)技術(shù)分析 PAGEREF _Toc359096870 h 57HYPERLINK l _Toc3590968717 結(jié)論 PAGEREF _Toc359096871 h 58HYPERLINK l _Toc359096872致 PAGEREF _Toc3590968

11、72 h 59HYPERLINK l _Toc359096873參考文獻(xiàn) PAGEREF _Toc359096873 h 60HYPERLINK l _Toc359096874附錄A 譯文 PAGEREF _Toc359096874 h 61HYPERLINK l _Toc359096875附錄B 外文文獻(xiàn) PAGEREF _Toc359096875 h 650 引言電力系統(tǒng)中性點(diǎn)接地方式可劃分為兩大類(lèi)：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(xiàn)圈接地方式，中性點(diǎn)不接地方式和

12、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。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(hù)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)，

13、此時(shí)必須盡快查明接地線(xiàn)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(xiàn)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，但微弱的零序電流常混雜在各種干擾信號(hào)中，為準(zhǔn)確選線(xiàn)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(xiàn)裝置在實(shí)際工作中取得了一定的應(yīng)用。在研究選線(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)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

14、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)的電磁干擾以與工頻負(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,故障選線(xiàn)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(xiàn)方法對(duì)所有故障類(lèi)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(xiàn)裝置，造成選線(xiàn)裝置誤動(dòng)，影響故障處理。因此，分析研究各種選線(xiàn)算法，提取特征信息確定選線(xiàn)算法的有效性，將各種選線(xiàn)算法智能融合，分析諧振引起

15、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(xiàn)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(xiàn)，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(xiàn)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(xiàn)圈接地方式。對(duì)于故障選線(xiàn)的研究，在前聯(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

16、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(xiàn)原理簡(jiǎn)單，采用基波無(wú)功方向方法，近年來(lái)，在如何獲取零序電流信號(hào)以與接地點(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(xiàn)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

17、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(zhuān)家系統(tǒng)方法，隨著小波分析的出現(xiàn)和發(fā)展，國(guó)外有文獻(xiàn)提與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(xiàn)問(wèn)題進(jìn)行研究，提出了多種選線(xiàn)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(xiàn)定位裝置。70年代后期，繼電器廠(chǎng)和繼電器廠(chǎng)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(xiàn)圈接地系

18、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(xiàn)。80年代中期，我國(guó)又研制成功了微機(jī)型小電流接地系統(tǒng)單相接地選線(xiàn)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(xiàn)裝置和適合微機(jī)實(shí)現(xiàn)的選線(xiàn)理論。其中由自動(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(xiàn)裝置，其主要原理是比較線(xiàn)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(xiàn)裝置等等。另外，信號(hào)注入式接地選線(xiàn)、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(xiàn)、定位，已在電力系統(tǒng)中獲得較為廣泛的應(yīng)用。

19、 為提高選線(xiàn)的正確率國(guó)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(xiàn)方法使之相互融合來(lái)提高故障選擇判斷能力，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(xiàn)方法。在證據(jù)理論的應(yīng)用中，將多信息綜合選線(xiàn)問(wèn)題轉(zhuǎn)化為證據(jù)推理問(wèn)題，使選線(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)困難等根本問(wèn)題，僅對(duì)選線(xiàn)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(xiàn)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)

20、發(fā)出選線(xiàn)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，利用零序過(guò)電流保護(hù)瞬間切除故障線(xiàn)路，不需要配置單相接地選線(xiàn)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(hù)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

21、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(xiàn)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)有在選線(xiàn)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(xiàn)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)接地保護(hù)和選線(xiàn)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)?/p>

22、數(shù)據(jù)計(jì)算處理、選線(xiàn)速度無(wú)法滿(mǎn)足實(shí)時(shí)性要求，或者因?yàn)檫x線(xiàn)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(mǎn)意。 作為選線(xiàn)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(xiàn)課題組對(duì)選線(xiàn)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)第一個(gè)小電流接地選線(xiàn)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(xiàn)理論與裝置的方法和措施，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(xiàn)裝置。該裝置業(yè)已投入現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行，選線(xiàn)成功率高，充分的驗(yàn)證了選線(xiàn)原理和選線(xiàn)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(xiàn)裝置雖然具有速

23、度快、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，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)以與相關(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(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)裝置中，因?yàn)榇婵臻g不夠大或者速度跟不上，導(dǎo)致選線(xiàn)算法單一，不能很好的滿(mǎn)足小電流選線(xiàn)實(shí)時(shí)接收數(shù)據(jù)、實(shí)時(shí)判斷的要求，從而選線(xiàn)精度大打折扣。所以，進(jìn)一步深入研究裝置的

24、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)解決小電流故障選線(xiàn)問(wèn)題，具有成本低、體積小、速度快、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(mǎn)足小電流選線(xiàn)技術(shù)對(duì)速度的要求。而且擴(kuò)展的存空間達(dá)1M，外存采用128M的FLASH芯片，分別滿(mǎn)足了選線(xiàn)程序與故障錄波的需要。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

25、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與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，中性點(diǎn)接地方式直接影響到：供電可靠性；線(xiàn)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(xiàn)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(hù)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

26、電壓將上升很高，容易引發(fā)各種過(guò)電壓，危與到系統(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，以與對(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(xiàn)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)如以與、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

27、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(xiàn)路對(duì)地電容提供。這個(gè)電流在數(shù)值上是很小的。對(duì)于10kV架空線(xiàn)路來(lái)說(shuō)，每30公里線(xiàn)路產(chǎn)生大約1安培的零序電流。電纜線(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)原理確定出故障線(xiàn)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)

28、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(chēng)性，故一般允許其帶故障繼續(xù)運(yùn)行12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(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)電壓仍然保持對(duì)稱(chēng)；2)

29、 故障線(xiàn)路和非故障線(xiàn)路上均會(huì)出現(xiàn)零序電流，非故障線(xiàn)路的零序電流數(shù)值上等于本線(xiàn)路對(duì)地電容電流，方向由母線(xiàn)流向線(xiàn)路，故障線(xiàn)路的零序電流數(shù)值上等于所有非故障線(xiàn)路的零序電流之和，方向由線(xiàn)路流向母線(xiàn)； 3) 所有非故障線(xiàn)路的零序電流的相位一樣，超前于零序電壓90度；故障線(xiàn)路零序電流的相位滯后零序電壓90度；即故障線(xiàn)路零序電流與非故障線(xiàn)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(hù)供電，因?yàn)榫€(xiàn)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(xiàn)圈接

30、地方式 對(duì)于出線(xiàn)較多，線(xiàn)路長(zhǎng)度較長(zhǎng)，或者包含大量電纜線(xiàn)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，這時(shí)應(yīng)采用中性點(diǎn)經(jīng)消弧線(xiàn)圈接地的方式運(yùn)行。消弧線(xiàn)圈是一個(gè)裝設(shè)于配電網(wǎng)中性點(diǎn)的可調(diào)電感線(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)路和非故障線(xiàn)路上均會(huì)出現(xiàn)零序電流，非故障線(xiàn)路的零序電流在數(shù)值上等于自身線(xiàn)路對(duì)地電容電流，方向由母線(xiàn)流向線(xiàn)路，故障線(xiàn)路的零序電流數(shù)值上等于所有非故障線(xiàn)路的零序電流與電感電流之和，方向

31、不定，視補(bǔ)償電流大小而定，如果線(xiàn)路零序電流諧波分量方向均流向母線(xiàn)，則為母線(xiàn)接地。由于接地點(diǎn)殘流很小，故很難檢測(cè)出故障線(xiàn)路。 中性點(diǎn)經(jīng)消弧線(xiàn)圈接地的系統(tǒng)，其消弧線(xiàn)圈通常安裝于各樞紐變電所，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(xiàn)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： 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。

32、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)電壓以與抑制弧光接地過(guò)電壓，對(duì)設(shè)備絕緣等級(jí)要求較低，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(xiàn)路的電流較大，可以比較容易地檢出故障線(xiàn)路；3) 有利于消除諧振過(guò)電壓和斷線(xiàn)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(xiàn)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

33、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(hù)供電。實(shí)際上各元件對(duì)地都存在電容，特別各相導(dǎo)體之間與相對(duì)地之間都存在沿全線(xiàn)路均勻分布的電容。為了討論方便，認(rèn)為三相是對(duì)稱(chēng)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(chēng)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 neu

34、tial system正常運(yùn)行時(shí)，各相對(duì)地電壓是對(duì)稱(chēng)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)地電容一樣,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(xiàn)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(chēng)性受到破壞,故障點(diǎn)就出現(xiàn)明顯的不對(duì)稱(chēng)，當(dāng)A相發(fā)生單相接地故障后，A相對(duì)地電壓變?yōu)榱悖鋵?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(xiàn)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.

35、2.1 Vector diagram of Phase voltage and zero-sequence 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(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)時(shí)，流過(guò)故障點(diǎn)的電流為： （2-8） 其中，j

36、=1,2,3.N為線(xiàn)路對(duì)地電容，N為出線(xiàn)的條數(shù)。由此可見(jiàn)，接地電流超前零序電壓，并由線(xiàn)路流向母線(xiàn)。故障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(xiàn)路1的零序電流： （2-9） 在不考慮線(xiàn)路電阻與接地電阻的情況下,3超前。故障線(xiàn)路2的零序電流： （2-10）由此可見(jiàn)，故障線(xiàn)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(xiàn)的故障電流，使得故障線(xiàn)路零序電流在相位上比零序電壓滯后，幅值比正常線(xiàn)路大。我們可以利用這一點(diǎn)來(lái)確定故障線(xiàn)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)

37、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(xiàn)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

38、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)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。 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。 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(xiàn)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

39、；在一定條件下，接地點(diǎn)還可能出現(xiàn)間歇電弧（周期性熄滅和重燃的電弧），因?yàn)殡娋W(wǎng)總是具有電容和電感，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(chēng)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(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)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

40、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)大事故圍。2.3.2 中性點(diǎn)經(jīng)消弧線(xiàn)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(xiàn)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與以上電網(wǎng)為10A)，為了防止間歇電弧，可采用中性點(diǎn)經(jīng)消弧線(xiàn)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(xiàn)路不斷下地，電纜路的比重逐年上升。但隨著電纜線(xiàn)路的增多，電容電流不斷增大，而我國(guó)大多

41、數(shù)中壓電網(wǎng)采用的是經(jīng)消弧線(xiàn)圈接地方式。圖如圖2.4。圖2.4中性點(diǎn)經(jīng)消弧線(xiàn)圈接地系統(tǒng) Fig 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(chēng)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(xiàn)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(chēng)性受到破壞，故障點(diǎn)就出現(xiàn)明顯的不對(duì)稱(chēng)，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)榱悖鳥(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(xiàn)路中將有電流流過(guò)，接地點(diǎn)f的電流為所有線(xiàn)路電容電流和電感電流的總和。為了更加清晰

42、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等效零序網(wǎng)絡(luò)圖 Fig 2.5 Equivalent zero sequence network diagram中性點(diǎn)經(jīng)消弧線(xiàn)圈接地電網(wǎng)發(fā)生單相接地故障后，其零序電壓與非故障線(xiàn)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(xiàn)路中的電流包含經(jīng)消弧線(xiàn)圈接地而產(chǎn)生的電感電流。在有多條線(xiàn)路情況下，當(dāng)發(fā)生金屬性接地時(shí)，流過(guò)消弧線(xiàn)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：

43、(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(xiàn)圈接地的電網(wǎng)發(fā)生單相接地故障后，電網(wǎng)中零序電壓與非故障線(xiàn)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)完全一樣。 2) 消弧線(xiàn)圈兩端的電壓為零序電壓，消弧線(xiàn)圈的電流通過(guò)故障點(diǎn)和故障線(xiàn)路的故障相，而不通過(guò)非故障線(xiàn)路。在過(guò)補(bǔ)償?shù)那闆r下，故障線(xiàn)路的零序電流超前于零序電壓，即也由母線(xiàn)流向線(xiàn)路，與非故障線(xiàn)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

44、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)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)地電容與故障點(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(chēng)），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(xiàn)圈數(shù)量增加其補(bǔ)償容量，很不經(jīng)濟(jì)。 2) 弧線(xiàn)圈數(shù)量太多，導(dǎo)致對(duì)分接頭的與時(shí)調(diào)有困難,，

45、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)€(xiàn)路或線(xiàn)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

46、線(xiàn)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(chēng)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(chēng)性受到破壞，故障點(diǎn)就出現(xiàn)明顯的不對(duì)稱(chēng)

47、，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)榱悖鳥(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(xiàn)路中將有電阻電流流過(guò)，接地點(diǎn)f的電流為所有線(xiàn)路電容電流和電阻電流的總和。不考慮線(xiàn)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

48、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，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(xiàn)圈接地方式相似，但性質(zhì)不同，消弧

49、線(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)算法3.1 選線(xiàn)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

50、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(xiàn)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(xiàn)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

51、統(tǒng)任何一條出線(xiàn)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，顯示器顯示該回路的編號(hào)，選線(xiàn)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(xiàn)路的電容電流大于其它線(xiàn)路電容電流之和的情況在這種情況下，當(dāng)這條線(xiàn)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(xiàn)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(mǎn)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(xiàn)圈接地電網(wǎng)。由于該電網(wǎng)中消弧線(xiàn)圈補(bǔ)償電流的存在，往往使故障

52、線(xiàn)路電流幅值小于非故障線(xiàn)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)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(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)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一樣，往往造成選線(xiàn)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(xiàn)路方向與其它線(xiàn)路不同，則其為故障線(xiàn)路，

53、如果所有零序電流同相位，則為母線(xiàn)故障。該方法是中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)的常用選線(xiàn)方法，被大多數(shù)選線(xiàn)裝置所采用，是當(dāng)前國(guó)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(xiàn)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(xiàn)路始端的零序電流，為所有非故障線(xiàn)路零序電流之和，而方向是自線(xiàn)路流向母線(xiàn)，即有： (3-1) 但是當(dāng)線(xiàn)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(xiàn)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與過(guò)渡電阻的影響，但是不能夠從根本上解決電流互感器與過(guò)渡電阻給選線(xiàn)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(xiàn)裝置

54、在實(shí)際的應(yīng)用過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)選線(xiàn)的成功率在過(guò)渡電阻較小的情況下，故障發(fā)生在電壓最大值附近時(shí)，選線(xiàn)效果較好。但是，在過(guò)渡電阻較大的情況下，選線(xiàn)情況不是很好且幅值較小。在對(duì)母線(xiàn)單相接地故障選線(xiàn)時(shí)效果較好。當(dāng)系統(tǒng)的中性點(diǎn)經(jīng)消弧線(xiàn)圈接地時(shí)，由于消弧線(xiàn)圈對(duì)故障線(xiàn)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(xiàn)路的容性無(wú)功功率來(lái)判斷是哪條線(xiàn)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

55、點(diǎn)!消弧線(xiàn)圈與變壓器等電氣設(shè)備的非線(xiàn)性影響,故障電流中存在著諧波信號(hào)，其中以5次諧波分量為主，并且消弧線(xiàn)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(xiàn)圈接地系統(tǒng)中的消弧線(xiàn)圈是按照基波整定的，即有： (3-2) (3-3)可以忽略消弧線(xiàn)圈對(duì)五次諧波產(chǎn)生的補(bǔ)償效果。因此，故障線(xiàn)路的5次諧波零序電流的幅值比非故障線(xiàn)路的都大且方向相反，據(jù)此可以選擇故障線(xiàn)路，稱(chēng)為5次諧波法。為了進(jìn)一步提高靈敏度可將各線(xiàn)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(xiàn)路選為故障線(xiàn)路。諧波法的優(yōu)點(diǎn)是可以克服消弧線(xiàn)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

56、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(xiàn)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(xiàn)路存在對(duì)地電導(dǎo)以與消弧線(xiàn)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(xiàn)路。故障線(xiàn)路零序電流有功分量與正常線(xiàn)路零序電流有功分量相位相反，即：非故障線(xiàn)路的零序有功分量方向是由母線(xiàn)流向線(xiàn)路，而非故障線(xiàn)路的零序有功分量方向是由母線(xiàn)流向線(xiàn)路。并且故障線(xiàn)路零序電流有功分量幅值最大。故障線(xiàn)路零序有功分量大小等于非故障線(xiàn)路的零序有功分量和消弧線(xiàn)圈的零

57、序有功分量之和。當(dāng)母線(xiàn)故障時(shí)，所有線(xiàn)路的零序有功分量都等于線(xiàn)路本身的有功損耗電流值，方向是由母線(xiàn)流向線(xiàn)路。從原理上可見(jiàn)，有功分量方法有效的克服了消弧線(xiàn)圈補(bǔ)償帶來(lái)的影響，并且在消弧線(xiàn)圈存在的情況下，故障線(xiàn)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(xiàn)。但在實(shí)際中，有功分量法的優(yōu)點(diǎn)是不受消弧線(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)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.

58、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(xiàn)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(xiàn)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)

59、間更長(zhǎng)。暫態(tài)電流滿(mǎn)足在故障線(xiàn)路上的數(shù)值等于在非故障線(xiàn)路上數(shù)值之和且方向相反的關(guān)系，可以用于選線(xiàn)。小波選線(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)方法形成優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)。 小波法選線(xiàn)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(xiàn)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

60、分量的大小和方向，這樣可以實(shí)現(xiàn)故障選線(xiàn)。實(shí)際上能量函數(shù)法是對(duì)有功分量進(jìn)行累加。能量函數(shù)法的基本原理：在中性點(diǎn)經(jīng)消弧線(xiàn)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(xiàn)圈在過(guò)補(bǔ)償?shù)淖饔孟拢收暇€(xiàn)路的零序電流方向與非故障線(xiàn)路的方向一樣，不利于選線(xiàn)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(xiàn)路的零序電流的阻性分量與非故障線(xiàn)路的零序電流的阻性分量方向相反，且故障線(xiàn)路零序電流阻性分量的絕對(duì)值最大。如果能夠從線(xiàn)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(xiàn)。但從零序電流中分解阻性分量在接地故障暫態(tài)過(guò)程