淺析小電流接地選線(xiàn)現狀研究

　　電力系統由于變壓器、線(xiàn)路設備等的非線(xiàn)性影響，線(xiàn)路電流中存在著(zhù)諧波分量，以下是小編搜集整理的一篇探究小電流接地選線(xiàn)現狀的論文范文，供大家閱讀參考。

　　【摘 要】通過(guò)對目前國內小電流接地選線(xiàn)原理的分類(lèi)和選線(xiàn)裝置的使用現狀研究，闡述了單相接地后系統中零序電流的流向特征，小電流接地選線(xiàn)中存在地問(wèn)題和今后的研究方向。

　　【關(guān)鍵詞】小電流接地;選線(xiàn);五次諧波法

　　1.引言

　　在我國低電壓等級(6～66kV)電力系統中，配電系統的中性點(diǎn)一般采用不接地或經(jīng)消弧線(xiàn)圈接地兩種方式，統稱(chēng)為小電流接地系統.有關(guān)規程規定小電流接地系統發(fā)生單相接地故障時(shí)可以繼續運行1～2 h.但由于發(fā)生故障時(shí)非故障相的電壓上升至線(xiàn)電壓，長(cháng)時(shí)間運行會(huì )使單相接地變成多點(diǎn)短路，弧光接地還會(huì )引起全系統的過(guò)電壓，損壞設備，破壞系統的安全運行。

　　如何快速準確地檢測出故障線(xiàn)路是小電流接地保護系統的關(guān)鍵。

　　現有的選線(xiàn)原理可以分為：基于穩態(tài)分量的選線(xiàn)方法、基于暫態(tài)分量的選線(xiàn)方法和外施影響法的三大類(lèi).

　　國內主要的小電流接地選線(xiàn)技術(shù)：對中性點(diǎn)不接地系統，采用基波零序電流方向判別法;對中性點(diǎn)經(jīng)消弧線(xiàn)圈直接接地系統，采用5次諧波判別法;對中性點(diǎn)經(jīng)自動(dòng)跟蹤消弧線(xiàn)圈及阻尼電阻接地系統，采用有功分量判別法。

　　1.1選線(xiàn)啟動(dòng)方案

　　配電網(wǎng)發(fā)生接地故障時(shí)，零序電壓升高，故可采用零序電壓幅值大于門(mén)檻值作為啟動(dòng)條件。

　　(1)

　　式中：U0(k)―當前的零序電壓幅值;Uzd1―零序電壓整定值，取絕緣監視電壓，根據系統不對稱(chēng)度等參數來(lái)選取，一般為12～15V。

　　也可采用零序電壓突變量作為啟動(dòng)元件。

　　(2)

　　式中 Uzd2―――零序電壓突變量整定值，一般可取Udz2=3V。在選線(xiàn)裝置中，可同時(shí)采用上述2種方案，即同時(shí)滿(mǎn)足式(1)、式(2)時(shí)，開(kāi)放選線(xiàn)裝置的正電源。

　　1.2故障相的確定

　　在其它兩相電壓超過(guò)設定的高門(mén)檻值的同時(shí)，自身電壓低于設定的低門(mén)檻值的相即為故障相.由于單相接地時(shí)，接地相電壓為零，而其它兩相的對地電壓抬升至√3倍，故容易確定用于接地選相的2個(gè)電壓門(mén)檻值。

　　2.選線(xiàn)方法

　　2.1零序電流比幅比相法

　　在中性點(diǎn)不接地系統中，故障線(xiàn)路零序電流的大小等于所有非故障線(xiàn)路的零序電流之和，方向與非故障線(xiàn)路的零序電流方向相反.比幅比相法就是依據這個(gè)特點(diǎn)檢測故障線(xiàn)路.零序電流比幅比相法是目前應用最為廣泛的一種方法，在不接地系統中，這種方法的應用效果較好，但是在消弧線(xiàn)圈接地系統中會(huì )失效。

　　單相接地故障大多發(fā)生在相電壓接近峰值時(shí)刻，會(huì )產(chǎn)生強烈的暫態(tài)過(guò)程.此時(shí)，暫態(tài)零序電流幅值與未補償的工頻零序電流之比近似等于暫態(tài)信號主頻率與工頻之比.即使在相電壓過(guò)零時(shí)故障，暫態(tài)零序電流的幅值也接近未補償的工頻零序電流.單相接地故障暫態(tài)過(guò)程等效為整個(gè)網(wǎng)絡(luò )在故障點(diǎn)突然加入的虛擬電源激勵下，各線(xiàn)路自身或多條線(xiàn)路之間的諧振過(guò)程.考慮到系統阻尼，暫態(tài)零序電流應該由若干個(gè)指數函數或按指數衰減的正弦信號組成.由故障線(xiàn)路從故障點(diǎn)到母線(xiàn)區段和所有健全線(xiàn)路之間串聯(lián)諧振產(chǎn)生的零序電流(稱(chēng)為主頻信號)、在故障線(xiàn)路和所有健全線(xiàn)路的暫態(tài)零序電流中均占主要成分.可以證明，對于任何系統主頻信號頻率均小于X′且大于XL′.因此，SFB頻帶內包含了暫態(tài)零序電流的主要能量，可保證檢測可靠性和靈敏度.間歇性接地故障的電弧不穩定，將持續產(chǎn)生高頻暫態(tài)過(guò)程，直到故障消失。

　　2.2五次諧波法

　　電力系統由于變壓器、線(xiàn)路設備等的非線(xiàn)性影響，線(xiàn)路電流中存在著(zhù)諧波分量，其中五次諧波含量最大，發(fā)生單相接地故障時(shí)，諧波分量還會(huì )有一定程度增加。由于諧波電流方向原理所使用的高次諧波分量較小，易受干擾，實(shí)際運行中較多地使用五次諧波分量法.從過(guò)渡電阻的非線(xiàn)性可知故障點(diǎn)本身就是一個(gè)諧波源(金屬性接地是經(jīng)電阻接地發(fā)展而來(lái)的)，且以基波和奇次諧波為主，根據諧波在整個(gè)系統內分布和保護的要求，使用五次諧波分量為宜.NES中的消弧線(xiàn)圈是按照基波整定的，即有ωL≈1/ωC和5ωLμ1/5ωC，可忽略消弧線(xiàn)圈對五次諧波產(chǎn)生的補償效果，零序電流五次諧波分量在NES中有著(zhù)與NUS中零序電流基波相同的特點(diǎn)，再利用前述原理(如群體比幅、比相法等)，即可解決NES的選線(xiàn)問(wèn)題。

　　2.3基于小波變換模極大值的選線(xiàn)方法

　　中性點(diǎn)經(jīng)消弧線(xiàn)圈接地系統的母線(xiàn)上一般接有多條饋線(xiàn).這些饋線(xiàn)不僅存在電磁耦合，而且在A(yíng)，B，C各相間也存在電磁耦合.故障線(xiàn)的故障相會(huì )出現故障行波分量，同時(shí)在非故障相由于相間電磁耦合亦會(huì )引起電流行波分量.故障線(xiàn)路的故障電流行波能量大于非故障線(xiàn)路，這是由于其他非故障線(xiàn)路上出現的電流行波分量都是由故障線(xiàn)路透射過(guò)去的，是故障線(xiàn)路行波分量的分流.由此，結合小波變換模極大值理論，給出基于非故障相暫態(tài)電流的模極大值比值的選線(xiàn)方法.實(shí)現方法如下：

　　使用ATP(AlternativeTransientsProgram)來(lái)模擬小電流接地系統單相接地故障，仿真所采用的系統結構模型如圖1所示.線(xiàn)路參數為：

　　正序電阻為0.125/km，正序感抗為0.302H/m，正序容抗為0.266nS/m，零序電阻為0.97/km，零序感抗為5.062H/m，零序容抗為0.266nS/m.4條10kV饋線(xiàn)長(cháng)度分別為10km，15km，8km，12km.值K取為1.4時(shí)便能完全滿(mǎn)足選線(xiàn)要求.假設線(xiàn)路1在距母線(xiàn)5km處A相發(fā)生接地故障，采樣頻率為200kHz.數據窗為故障前20ms至故障后60ms共80ms.ATP仿真后得到的4條出線(xiàn)的非故障相B相的暫態(tài)電流如圖2所示。

　　故障后的暫態(tài)電流中包括暫態(tài)電流分量和負荷電流分量，為了準確地提取故障后的暫態(tài)分量，仿真中采用故障后的電流和故障前的電流之差作為選線(xiàn)的依據.理論證明，小電流接地系統單相接地故障絕大多數發(fā)生在相電壓的峰值附近.對于架空線(xiàn)路其能量主要集中在300～1500Hz;對于電纜線(xiàn)路其能量主要集中在1500～3000Hz。

　　應用MATLAB中的小波工具箱，編制程序對線(xiàn)路1至線(xiàn)路4的B相暫態(tài)電流(故障后的電流減去故障前的電流)進(jìn)行分析，得到在最高尺度上的分解結果�？梢钥闯�，線(xiàn)路1模極大值為8.5445，線(xiàn)路2模極大值為3.4768，線(xiàn)路3模極大值為3.5101，線(xiàn)路4模極大值為3.2117.顯然線(xiàn)路1B相暫態(tài)電流的模極大值遠遠大于其他線(xiàn)路B相暫態(tài)電流的模極大值，并且滿(mǎn)足M=M1/M31.4，因而能夠準確選擇故障線(xiàn)路。

　　對仿真結果的分析表明，各出線(xiàn)非故障相暫態(tài)電流具有以下明顯特征，可用于選線(xiàn)。

　　線(xiàn)路發(fā)生單相接地故障時(shí)，故障線(xiàn)路非故障相的模極大值遠大于非故障線(xiàn)路非故障相的模極大值，并且滿(mǎn)足一定的比值關(guān)系。

　　母線(xiàn)發(fā)生單相接地故障時(shí)，母線(xiàn)所有出線(xiàn)的模極大值相差不大，如果線(xiàn)路參數和長(cháng)度完全相同，各出線(xiàn)相與非故障相的模極大值均相等。

　　3.結論

　　綜上所述，得到以下幾點(diǎn)結論：

　　小電流接地選線(xiàn)技術(shù)是保護中的難點(diǎn)，迄今為止，接地選線(xiàn)的課題并未解決.目前，小電流接地的準確動(dòng)作率比較低，尤其是對中性點(diǎn)經(jīng)消弧線(xiàn)圈接地系統，其準確動(dòng)作率一般不超過(guò)75%。

　　目前，國內的選線(xiàn)裝置多采用零序電流及其高次諧波原理實(shí)現故障選線(xiàn)，首半波法、有功分量法等其他方法均有采用.但是基于諧波原理的裝置在實(shí)際運行中易造成誤判。

　　單相接地時(shí)接地電容電流的暫態(tài)分量利用能對突變的、微弱的非平穩故障信號進(jìn)行精確處理的小波分析理論，可以很好地分析電力系統電磁暫態(tài)過(guò)程并提取出故障特征，所以小波理論必將被越來(lái)越多地應用于故障選線(xiàn)。

　　小電流接地選線(xiàn)裝置，僅僅依靠一種原理實(shí)現百分之百正確故障選線(xiàn)是不可能的。只有根據系統的運行工作情況有機地將各種理論完美地結合起來(lái)，揚長(cháng)避短，才能達到滿(mǎn)意的效果。

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