零序电流接地选线原理与方法研究毕业论文.docx

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1、零序电流接地选线原理与方法研究毕业论文1绪论11.1 小电流接地系统单相接地故障研究现状11.2 小电流接地系统单相接地故障选线难点21.3 本论文研究的目的和主要内容32小电流接地选线理论基础42. 1小电流接地方式介绍42. 2各种接地方式单相接地故障分析62.2.1中性点不接地电网单相接地故障的特点62. 2. 2中性点经消弧线圈接地电网单相接地故障的特点92. 3小电流接地暂态过程的基本特征102.1.1 1暂态电容电流102.1.2 暂态电感电流141515252525262.1.3 暂态接地电流基于暂态零序电流信号特征分量的选线方法研究小电流接地电网电弧接地故障模拟实验4. 1暂态

2、零序电流幅值比较法4. 1. 1选线原理4. 1. 2仿真验证4. 2暂态零序电流极性比较法284. 2. 1选线原理285. 2. 2故障实例验证294.3 基于相关分析的选线方法304. 3. 1互相关系数305. 3.2故障选线原理316. 3. 3仿真验证324.4 选线方法对比355选线新方法原理与仿真355.1基于暂态零序电流首半波比值选线方法355. 2 MATLAB仿真及实现365. 2. 1线路参数设置385.2.2变压器及负荷参数设置385. 2. 3算法选取与仿真参数设置385.2.4 仿真结果395.2.5 仿真结果分析466结论47致谢49参考文献：50附录:52翻译

3、部分54中文译文54英文原文70中国矿业大学本科生毕业设计（论文）第1页1绪论我国电力系统中性点接地方式有两种，即中性点直接接地方式和中性点非直接接地方式。UOkV及以上电网采用中性点直接接地方式，在这种系统中，发生单相接地时，短路电流很大，故称大电流接地系统。电压等级在UOkV以下、6kV以上的中低压配电网络中，其中性点接地方式主要为非直接接地方式，即不接地或者经过消弧线圈接地，这样的系统一般称为小电流接地系统。小电流接地系统直接面向用户。根据电力运行部门统计，其发生单相接地故障的几率最高，可占总故障的80%左右，这时供电仍能保证线电压的对称性，且故障电流较小，不影响对负荷连续供电，故不必立

4、即跳闸，规程规定可以连续运行12h。尤其在瞬时故障下，短路点可以自行灭弧，恢复绝缘，不需要运行人员采取什么措施，这对于减少用户短时停电次数具有积极意义。但是，随着配电网的迅速发展，电网中电缆线路的比例上升，缆线混合线路越来越多，系统线路也增多，系统单相接地故障电流增大，长时间运行就容易使故障扩大成两点或者多点接地短路，弧光接地还会引起全系统过电压，进而损坏设备，破坏系统安全运行，所以运行人员必须及时查明故障线路，以便采取相应对策解除故障，恢复系统正常运行。配电网发生单相接地时，一般只要求继电保护能选出发生接地的线路并及时发出信号，而不必理解跳闸，但当单相接地对人身和设备的安全造成危险时，则应动

5、作于跳闸。这就提出了配电网的单相接地故障选线问题。1.1 小电流接地系统单相接地故障研究现状对于故障选线的研究，在前苏联，小接地电流系统得到了广泛应用，并对其保护原理和装置给予了很大重视，研制了几代装置，在供电和煤炭行业得到了应用，保护原理从过电流、无功方向发展到了群体比幅。装置由电磁式继电器，晶体管发展到了模拟集成电路和数字电路，而微机构成的装置较少。日本在供电、钢铁、化工用电中普遍采用中性点不接地或经电阻接地系统，选线原理简单，采用基波无功方向法。近年来，在如何获取零序电流信号以及接地点分区段方面投入不少力量，采用光纤研制的架空线和电缆零序互感器试验成功。德国多使用中性点经消弧线圈接地系统

6、，并于20世纪30年代就提出了反映故障开始暂态过程的单相接地保护原理，研制了便携式接地报警装置。法国使用中性点经电阻接地系统几十年后，现在正以中性点经消弧线圈接地系统取代中性点经电阻接地系统，同时开发了高新技术产品：零序导纳接地保护。20世纪九十年代初，国外已将人工神经网络原理应用于单相接地保护，并有文献提到应用专家系统方法，随着小波分析的出现和发展，国内外均有文献提及，利用小波分析良好的时频局部性，分析故障暂态电流的高频分量的方法。我国从1958年起，就一直对小电流接地系统单相接地故障的选线问题进行研究，提出了多种选线方法，并开发了相应的装置。20世纪50年代我国有根据首半波极性研制成功的接

7、地保护装置和利用零序电流五次谐波研制成功的接地选线定位装置。70年代后期，上海继电器厂和许昌继电器厂等单位研制生产了一批有选择性的接地信号装置，如反映中性点不接地系统零序功率方向保护ZD-4型保护，反映经消弧线圈接地系统5次谐波零序功率方向的ZD-5、ZD-6型保护。有些运行部门还采用反映零序电流增大的零序电流保护来选线。近几年来，随着微机在电力系统中的推广，相继又出现了一些微机型接地选线装置和适合微机实现的选线理论。其中有南自研究院研制的微机小电流接地系统单相接地选线装置，其主要原理是比较线路零序电流5次谐波的大小和方向；华北电力大学利用零序电流的5次谐波比相原理研制的ML98型小电流接地系

8、统单相接地微机选线装置。到目前为止，基于不同选线理论已经先后推出了几代产品。但在实际应用中，对于中性点不接地系统采用比幅、比相原理选线可以达到很高的准确率。但对于中性点经消弧线圈接地系统，基于稳态特征分量的选线效果就不很理想，所以此问题有必要进一步研究。1.2 小电流接地系统单相接地故障选线难点中性点经消弧线圈接地系统单相接地故障选线问题之所以难以解决，主要原因有以下几点：(1)故障边界太复杂、随机，难以用单一统计模型描述。(2)故障稳态分量小，给信号的检测和选线判断造成困难。特别是经消弧线圈接地系统，流过故障线路的电流十分微弱，甚至比健全线路感受到的电流变化还小。故障信号叠加在负荷电流上，稳

9、态幅值小，现有的电流互感器很难准确检出，而且环境电磁干扰相对较大，加上零序回路对高次谐波及各种暂态量的放大作用，使得检出的故障稳态分量信噪比非常低。(3)影响小电流将接地系统故障选线准确性和可靠性的因素很多。补偿电网失谐度的影响。对于中性点经消弧线圈接地系统，失谐度表示电流谐振等效回路的不同工作状态和偏离谐振的程度。当电流谐振回路恰好在谐振工作点时，即全补偿状态时，残流中仅含有有功分量，此残流幅值最小，且与零序性质的中性点位移电压同相位。欠补偿状态时，残流中不仅含有有功分量，同时含有容性无功电流分量，其幅值明显大于全补偿状态时的幅值，残流的相位领先于零序性质的中性点位移电压。当电流谐振回路工作

10、于过补偿状态时，残流中含有有功分量和感性无功分量，残流相位滞后于中性点位移电压。线路长短及结构的影响。故障合闸角的影响。小电流接地系统单相接地故障一般发生在相电压峰值附近，可以产生明显的暂态电流，但是单相接地故障也可能发生在相电压过零附近，此时故障零序电流中高频暂态量小，感性衰减直流分量很大。电流互感器和电压互感器的影响。中性点经消弧线圈接地系统中存在瞬时功率倒相问题。由于系统运行方式的改变，消弧线圈突然进入全补偿状态而可能发生的“虚幻接地现象”会对准确选线造成困难。1.3 本论文研究的目的和主要内容本文探讨的对象是小电流接地系统，即中性点不直接接地系统。主要讨论的是在小电流接地系统中，当发生

11、单相接地故障时，如何正确的进行故障线路的选择。小电流接地系统馈线发生单相接地故障时，由于系统对地电容与故障点之间的充放电，将产生振幅比稳态基频大许多的高频暂态分量，而且，按照基频计算的消弧线圈，对于高频分量，其对地阻抗将成倍地增加，从而对故障后暂态高频电流分量的影响较小，因此在故障的前几个周波，消弧线圈产生的电感电流的高频分量的频率与电容电流高频分量的频率不一致。若能提取暂态信号中的特征分量，则不仅有望显著提高选线精度，而且可以忽略消弧线圈对选线的影响。所以，本文采用故障暂态分量，利用数字陷波处理的方法提取暂态特征，进行故障选线。研究的主要内容有：首先分析了小电流接地系统发生单相接地故障稳态过

12、程和暂态过程，为选线方法寻找理论依据。然后，通过小电流接地模拟电网在不同条件下发生单相接地故障时的实录波形分析与处理，得到了小电流接地系统发生单相接地故障时暂态特征。结合暂态接地故障时的暂态特征，研究现有的选线方法，对它们的原理做了分析，对选线判据进行了验证，同时也对各种选线算法的优缺点有了深刻的理解，为寻找选线判据打下基础。本文仅对得到的实验波形做了单零点非递归算法的陷波处理，提取暂态特征信号。最后，给出本文的选线判据。由于模拟电网实录波形的局限性，本文采用MATLAB7. 1/Simulink6. 3软件平台搭建具有10kV五出线的模拟电网，进行此方法的验证。2小电流接地选线理论基础2.1

13、小电流接地方式介绍电力系统中性点是指电力系统中星形连接的发电机和变压器的中性点。电力系统中性点的运行方式涉及到很多因素，如绝缘水平、供电可靠性、接地保护方式、电压等级、内部过电压、通信干扰、系统接线方式等。变压器Y线圈的中性点，目前有三种处理方式，一是不接地，1035Kv系统多属这类情况。二是经过一个线性电抗线圈，即消弧线圈接地，1063Kv多属这类情况。三是直接接地，UOkV及以上电压系统和380/220V三相四线低压系统都属这类情况。此外，目前有些大城市的10Kv及20Kv系统的中性点也有采用经小电阻接地的。中性点直接接地与经小阻抗接地属于有效接地系统或大电流接地系统，中性点不接地、中性点

14、经消弧线圈接地和经高阻抗接地属于非有效接地系统或者小接地电流系统。各种接地方式优缺点如下表所示：表2.1不同接地方式的优缺点比较接地方式中性点绝缘谐振接地纯电阻接地接地故障电流电容接地故障电流被中和抵消减低了，但大于电容接地故障电流过电压工频接地故障（健全相）全线电压，或者稍高全线电压全线电压，有时更大相序颠倒的接地故障可能不大可能不大可能暂态弧光接地可能避免避免操作过电压最高可控制最低大气过电压直接没有实际的差别间接产生中性点振荡中性点振荡受到限制暂态接地故障电弧性电弧受到限制转化为受控制的故障电流发生单相接地时对设备的损害可观避免减轻断路器负载需要经常操作和维护不时常操作，两相接地故障时恢复电压增大经常操作，单相接地故障时负载减轻接地故障继电保护不可靠可以做到合用，常限在动作于指示简单及合用避雷器负载及性能在正常平衡情况负载在额定值之下工频序流受抑制负载在额定值之下接地故障间隙上的电压，以百3错误1未找到引用源。百分比表示100-105%100%100-105%保护性能正常变压器采用分段绝缘的可能性如果中性点对冲击波有保护措施，到相当程度到相当程度开关的绝缘100%避雷器的基准绝缘水平停电引起的负作用百分比大不正常停电百分