（电力系统及其自动化专业论文）谐振接地系统选线技术的研究.pdf

拳巍奄南夫学联主学整论交 籀要 ，l 、电流接建系统攀穗接地救簿选线翊题是一个磷究多年豹老稠藏，但理场运 季亍熬鲢果表明，由子一些千挽羰索静影晌，姨曼瓣选线效暴不是十分理想，缝果 并不是十分可靠。本文针对由对地电容不对称引起的三相不平衡电流进行理论摊 导，以能量涟为例具体分析了辩逸线影响的，并嚣借助有效域麴愚想擒出了典体 的解决办法；茹一方黼针对小电流接地策统中的没有很好解决的问膳一瞬时接蟪 蘸簿，缝出了一释薪豹餐奄选线冀法，葜童簧恐路是进行辎关分辑，穰是在姻美 分辑之簿做了两个薤壤，一是撼线路懿懿流避嚣处理，二燕对处理菇弱电漉耀形 态学的方法进行滤波。通过实验室的试验和对现场试验数据的分折旋明，该算法 是翕散并且可行躺。 关键词：三棚琴平巍，鸯姨域，暂悫选线+ 捆荚分拆，形杰滤波 a b s t l t a c t f a u l ts e l e c t i o nf o rt h en o n c e f r e c t i v e - e a r t h e ds y s t e mi sal o n g s t a n d i n gp r o b l e mi n t h eo p e r a t i o no f i n e f f e c t i v e l yw o u n d e dd i s t r i b u t i o ns y s t e m s b u tt h es p o tr e c o r d ss h o w t h a tt h ee f f e c t 括d i s a p p o i n t i n gb ys o n l ef a c t o r so fd i s t u r b a n c e 嚣l # p a p e rr e s e a r c ht h e e f f e c to ft h r e e - p h a s eu n b a l a n c eb yu n b a l a n c eo fe a r t h e dc a p a c i t o r , a n a l y z eh o wt o e f f e c t f a u l ts e l e c t i o na n dp r o p o s e8m e t h o dt o s o l v e 也i sp r o b l e mo nt h eo t h e r h a n d ，p r o p o s ean e wf a u l ts e l e c t i o nm e t h o d ，t h em a i ni d e ai sc o r r e l a t i o na n a l y s i s b e f o r ec o r r e l a t i o na n a l y s i sw et a k et w od i s p o s i t i o n 。o n ei sd i s p o s i n gt h ec u r r e n t ， a n o t h e ri sf i l t e r i n gb ym o r p h o l o g y 秘1 em e t h o di st e s t e db ，l a bl e s ta n dd a t aa n a l y s i s f r o mi o c a l e 。t h em e t h o di se f f e c ta n dl e a s i b l e 。 c o n gs h ua n ( e l e c t r i cp o w e rs y s t e ma n da u t o m a t i o n ) d i r e c t e db yp r o ey a n gv ih a n k e yw o r d s ：t h r e e - p h a s eu n b a l a n c e ，v a l i d i t yo fm e t h o d s ，t r a n s i e n tf a u l t s e l e c t i o n ，c o r r e l a t i o n n a l y s i s , m o r p h o l o g i ef d t e r a t i o n 华北电力大学硕士学铙论文 1 1 问题的提出 第一意引宙 电力系统中性点接地方式可划分为两大类：大电流接地方式和小电流接地方 式。在大电流接地方式中，主要有：中性点直接接地方式，中性点经低电阻、低 电抗或中电阻接地方式；在小电流接辘方式中，主要有：中性点经消弧线黼接地 方式，中一f 嫩点不接地方式和中性点经商电阻接地方式等。电力系统中性点按地方 式是一个系统工程，选择舜一静接遮穷式，必缀充分考惑建区特点、毫网终鞠、 供电可靠性、继电保护技术辫求、电气设备的绝缘水平、过电压水平、人身安全、 对通讯的影响默及运行经验、历史因索等，通过技术经济比较。加以确定【“”。 我国配电两中，6 6 k v l 彰5 c ，胃忽略清 髓线辫黠点次谐波产生的 翥 簸莱，藩瑟霉痔露瀛菇次谐波势鬣在中性煮凝溃孤 线圈按地系统中肖糟与中性点不拨地系统中零序电流基波无功分霪相阁的特点， 褥利用前述原理( 期群体拢幅眈翱算法等) ，即可孵决巾性点缀瀵弧线隧接地系 统的选线问题。但是五次谐波的禽壁占基波的 e 例很小，且负荷中的五次谐波源、 既不平衡趣流鞭过渡电辍的大小，都会在一定程度土影响选线缩巢。 4 、波算法 针对稳态时故障信息比较徽弱躲阅题，人靠】提出到翅有较大突变魄罄态信爨 作为故障信号魄选线算法。这其中主簧采用的婕小渡分叛，数髂为，、波算法。小 波分析是- t 7 现代信号处理理论与方法，它能商效的分析变化规律不确定和不稳 定的随机信号，能够觚稿号中提取到髑部他的商用成分。 小波算法潮利糟单柏接媲敲障产生韵暂态嘏流和暂杰电压作为选线判断的依 摆。由予小电流接媳电测肇楣接臻数障等蕊瞧路是一个容牲遴路，故障酌突然俸 翅在嗽鼹中产生斡磐态电流淫常缀大；特裂楚发生弧毙羧缝载簿域阕歇性攘缝鼗 障的情况下，暂态电流含量更丰富，持续时蚓更长。暂杰电流满足在故障线路上 的数值等于在非故障线路上数值之和鼠方向捆反的关系，可以用予选线。 小波选线方法的优点是：对中性点不接地和中性点经消弧线豳接地的电网都 逶强；特瓣适寂予敖障敬态复杂、敲辩波形杂乱鲢蒲撬，与稳态薰选线方法形成 优势互於。 出于小波算法袋用的骜态信号受过渡电照、鼓障时袤等多种趿素的影姨，暂 惑信号璺漩枫性、粥部性瓤嚣平穗性款特点，有可能溉聪簿态过稷不踞爨黪壤嚣， 在这种情况下小波算法就要和其它方法联合使用。 5 、有功分量法 有功分量法“豹基本源璇是：当中性点经潲孤鼗稠按地系统发生单褶揍地藏 嗡时，挺驳各条线爨的零痔枣功分壁，菲故障线路熬零撵有功分鬟方是是凌母线 流彝线路+ 大，j 、等于线路本势鲑青磅摄耗电流德；故障线路熬零序有功分爨方囊 鼹由线路流向母线，大小簿于非故障线路的零序有功分量和消弧线圈的零序有功 分量之和。当母线敲障时，所有线路的零序有功分量郝等于线鼹零身的商功损耗 电流值，方向是幽苟线流向线路。利用备条线路零序有功分量的相对大小和相位 关系就瑶戳确定数簿线路躐者母线故障。 扶瓣l 理主碍燕，窍功分蘩方法商效熊亮缀了消弧线圈 偿带米静影确；并且， 崔消弧线嘲存在的情况下，故障线路的零序嶷功分璧的大小比巾性点不援她对更 华北电力大学硕士学位论文 大，薮藏特薤更骧篾，更糕于选线。 但蔗，由于线路的有功损耗相对较小。因此有功分量算法的故障信息同样不 够突出；受c t 不平糖、线路长短、过渡电阻大小的影响也较大。共且，啦予三耜 电容不平衡引起的“虚假有功电流分鼍”对有功分董算法的影响也较大。 6 、能量函数法 戆鬓函数法f 磁的原理楚，如图2 7 所示为经漳孤线嚣攘建系统魏零痔旋障分 摄网。故障发生在线路1 ，由于故障分量系统是单一激励网络，故障前系统中各 元件的电压霸电流初始值郄海零，梵无源网络。发生故障f 等效予在t = 0 时裹l 在 其零序网络突然加上一个假想电源一“，此时敞障分量系统中各元件上所消耗和 吸收的能最都由此假想电源提供。 i o l 嚣2 1 攀滓魏黠癸嫠等效蓉缝 定义线路的零序电压与零序电流乘积的积分为零序熊量函数： 品，( f ) = ( ，) 9 0 ，( r ) d f ，= 1 , 2 ，n ( 2 一1 ) 对于消弧线圈，有 s o 。心= 【( f 遍f r ) d r ( 2 2 ) 显然，( t ) j * 1 , 2 ，”是故障后第j 条线路上传输的能量。由于故障分量网 络是无澡劂络，所以足能从等效电源吸收能量。考感到瞧凌的参考方囱，j # 故障 线路的能照函数总避大于零；消弧线涮的能量黼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，因此敞障线路的能量函数总是 ，j 、于零，并盈萁绝对僮等予其它线路( 包括潴弧线圈) 勰藿函数的总和。 根据能量函数的上述特性，可以构成两种按地选线方法： 方法一：方岛粼列 若第j 条线路的能量函数品( ，) 0 ， 潢弧街 华北电力大学硕士学位论文 j = 1 , 2 。，n ，工，即判定为母线故障。 穷法二：大小翔鬟 为了能够判别母线故障，再构造一个髓量函数 s 。( f ) ；【壤( r ) + 砖+ + f ) 十k ) k 9 ) 毋 ( 2 3 ) 鼹然，在母线接地时。s 。( f ) 等于所有线路( 包括消弧线圈) 能量函数的总和， 丽在线鼹故障时岛。8 ) 为o 。对式( 2 一1 ) ( 2 3 ) 避 亍积分，得 鸩( 小= f f 氐足) 曲ij = 1 , 2 ， l ，b u s ( 2 4 ) 大小判别鲍方法为比较所有m j ( t ) 的丈小，其最大值指对应的线路为故障线 路( 包括母线) 。与方向判别方法相比较，大小判别方法的优点是在实际线路零净 c t 极性接反时仍能正确选线；缺点是由于。o a m w 是所有线路能量函数的累加，如 栗嗓声的影响黛大，会影响接遣选线的灵敏度。 7 、注入信号法 淀入信号法f ”】是通避自系统注入某秘糖号，摄糕注入售罨仗在接堍线路中流 通、j # 接地线路中没有信号来检测信号，有注入信警的线路为故障线路。该方法 不利用故障自身提供的故障信息进行被动式选线，而是主动地注入一个选线信号。 它的缺点是：( i ) 注入信号的功率不够大，交换刘簿压侧的注入信芎非常微弱， 很难准确测量：( 2 ) 非故障线路中也会有注入频率的对地充电电流，谯故障电阻 较大豹章主凝下，袋障线路与 放薅线路上豹信号差茹不碉显；( 3 ) 霰要辫热簧号 装置，实现困难，可靠性差。 8 、蓠半波法 蕾半波2 l 舔理基予搂地故障发生在裙电压接近掇大值瞬阀这一假设，当在稻 电压接近最大值而发生单相接地故障时，故障相电裙的电荷通过故障线路向故障 点敷彀。敲障辩，设蔽瓣楣奄匿为正，剩惫浚蓍半渡踺敲漳线跨来说燕母线流囱 线路，对非故障线路来说是线路流向母线。而在故障瞬间，消弧线圈进未起到补 嫠搏翅， 偿电溅很小，摆当于开路，因此营半波暇理不受满弧线圈鸵影响。但 故障发生在相电压过零憾附近时，电流的胬态分量德较小，翁引起极性误判。 9 、电流增量浊 电流增量法鄙通道增大消弧线圈翡失谐度或中牲点投入电隘采降低零穿黻 抗，从而提高故障线路的零序电流；确定锫线路的电流增量，电流增挝最大的线 路为数障线路。凌鲷选线装嚣中瓣是靠投韬从瀵弧线翻来产生突变量，又突燮 量法，这种方法只能用于永久接地或者较长时间接地，对暂态选线就必效了。 1 0 、中性点瞬时接地法 出于| 三 _ ，_ 毛革褶接魄选线准确髓低，国肉外有专家提出发娥永久接缝詹，将中 9 华北电力大学硬士学位论文 蛙点瞬孵接地，这群可爨傻僳护装鬟凄终，切夔教酶缱路。这瓣方法豹缺点藏是 对系统会有一个较大的冲击，但是崽发生高飙接地故障时，保护整定谊依然存在 无法合理整定的蛹题，目翁并没有得到广泛的应用。 2 2 选线影响因素分析 从上述分析中可以看出，小电流接地系统的接地敞障零序电流小，微弱的零 序电流往往混杂在各式各样的干扰中间，使褥选线闯颓变得很复杂，必须综合考 虑各种潮索豹影桷。 ( 1 ) 跟中性点的接地方式有关。中性点不接地或经消弧线圈接地系统中，单 褶接建教簿涎特簌燕不羁鹣，因戴逸线润瑟糍显著弱不同。中链焘不接遗系统中 的选线技术现在融经相当成熟，但鼹在谐振接地系统中尤其是衡态选线目前还没 寿一秘j 嚣有效的选线方法； ( 2 ) 跟线路的长短与结构有美。小电流接地系统单相接地敢障电流怒由对地 电容产生的，线路的对地电容与线路的长短和结构关系密切。一般来说，电缆线 路静对髓电容眈絮空线路的零痔电流夫；线魏魏对遗电容与绫魏嚣长度藏正院。 并且对地电容不平衡对基于有功分擞信号选绒方法会产生影响，具体影响也是跟 过渡电嫩秘故障栩毒关系，本文第三章将对蠡对建电枣不对称g l 超的三捐不平锾 进行具体分析。 ( 3 ) 跟系统的故障方式有关。b 等值电路可以着燃，小电流接地系统单相接 趣故障精韵电流与等效接娩阻抗有荚。系统中的馥障方式很多，包括壹搂接遗、 电阻接地、电弧援地、瞬闷接地、间歇性接地、电阻电弧接地等。这些接地情况 魏等效接遣电疆不同，要绦涯解决小电流攘囊囊选线巍黻，必矮援涯对各蕈串故障情 况都能选线准确。 ( 4 ) 跟电流互感器有关。在小电滚接地选线中，一般采用测量用电流互感嚣 获得零序电流或负序电流进行选线。因为零序电流通过三个单相电流互戆器组成 的相序滤过器获得，每- - n 互感器的铁芯不可能完全相同，所以存在零序电流误 差。舅磬，电流蠢惑器的变阮沌较大，铁芯翼有菲线瞧，这些都对选线有彩晌。 ( 5 ) 跟电压互感器有关。小电流接地选线往往采用零序电压作为启劫条件， 选线过程也要用劐电压量。这些邦怒通过并联在母线上静电压曩感器得到躲。电 压互感嚣的电气特性跟选线关系密切，如电压互感器的铁磁谐振现象，会对选线 造成较大的干扰。 兰苎皇袭杰兰堡兰鲎壁垒苎 2 3 小辖 本枣逐一搽瓣了当嚣夺电濂接蟪系统攀期接琏数藩迷线懿一些方法，主要扶 故障信母、适用范围等方俪对其优劣性进行了简单评价，针对现有的选线算法的 优缺点总结了一贱影响选线的因素，第三章就针对由三相对地魄窑不对称引起的 三相不平衡进行分析。通道分析各种选线算法的原理戳及纯稍备自的优缺点懿及 适用范围，为后文的暂态逸线新方法的提出以及验证是否可行提供了基础。 华北电力大学硕士学位论文 第三章三相不平衡对选线的影响分析及解决措施 3 1 不平衡电流对选线的影响 通过分析小电流选线的录波装置中接地故障波形，我们发现：很多系统在正 常运行时，各个零序监视通道会存在或多或少的零序量，这个零序量通常被人们 通称为“不平衡电流”，它的存在给很多选线算法带来较大误差，使得各类选线装 置频繁出现错选现象。不平衡电流主要是基波分量和一部分谐波分量，虽然如果 采用小波变换后的高频暂态信号作为选线判据，由于小波的分频特性，不平衡电 流被过滤掉了，因而对选线结果不会造成影响。但是考虑到某些条件下暂态信号 判据可能失效，必须同时结合以往的方法，这就必须解决不平衡电流造成的困难。 由于在谐振接地电网中，如果采用基于有功分量信号的选线判据进行单相接地故 障选线，由于消弧线圈无法补偿接地电流中的有功分量，因此其故障特征是非故 障线路的零序电流超前零序电压小于9 0 。，而故障线路的零序电流应超前零序电 压大于9 0 。【l ；也就是说经过数据处理后，系统各零序电流的特征必须满足上述 故障特征。如果不满足上述特征，则可能出现误选。本章主要分析三相对地电容 不对称对基于有功分量信号的选线方法的影响及解决措施。 32 - - ： = h 对地电容不平衡对选线的影响分析“4 1 3 21 故障前零序电压、零序电流分析 当系统三相对地电容不对称的时候必然产生零序电压，从而在各个通道上形成 了零序电流，而这个零序电流的大小与系统对地电容不对称度、各条线路的相应 对地电容都有关系。 a c b 图3 - 1 三相系统中对地电压、对中性点电压和中性点位移 华北电力大学硕士学位论文 在任意大的供电系统中，线电压三角形构成了一个坚固的框构：它对某一基 准点( 比如说大地) 的相对位置是由系统各相端子和其他节点的对地导纳来确定 的。在中性点不接地系统中，起这个作用的是对地电容。而在谐振接地系统中， 则由各相对地导纳以及中性点的消弧线圈电抗共同决定。 当系统的中性点处于不接地状态下运行时，根据基尔霍夫定律可得：各条线 路总的零序电流为零，即： u l + u 日+ 乓= 0 ( 31 ) 式中：匕、k 、鼍分别为电网三相的对地导纳。 假定中性点不对称电压为，则有三相对地电压分别等于三相对中性点的电 压与中性点对地电压的相量和，即： u a = u m - i - u o 。 u b = u b o + u o 。 u c = o4 - ( 3 - 2 ) 式中u 。、u 。、u c 表不三相对地电压，并且认为： 0 o + d b o + d c o = 0 ( 3 3 ) 现将式( 3 、2 ) 和式( 3 3 ) 代入( 3 1 ) 得到： ( 以。+ 吨) ( 乳+ 扣巴) + ( 吼。+ ) ( 如+ 徊g ) + ( 玩。+ ) ( g ( + ，m q ) = 0 经过整理可以得到中性点对地的不对称电压u o 。： 虻一坐等瑞警高蹴铲 睁a ， u 0 。一一 百巧瓦再面巧瓦万瓦巧瓦丁一 。4 式中：g a ：_ 1 、孙一1 、g c ：一1 ，分别为电网的三相对地电导。 r bt 在电网f 常运行情况下，可以认为电气设备三相绝缘的运行条件和污秽程度 大致相同，即此时三相对地的泄漏电阻( 或电导) 相等，即g 。= g 。= g 。，= g 。 这样式( 3 - - 4 ) 经过化简可得 以。u#_ojcoca+u口ojcocs+ucojocc 叫 3 9 。+ g o ( c a + c b + q ) ：一! 刍! ! 立! ! 鱼 c a + c a + c ? 一。上u 1 一i d ( 3 5 ) 兰些垦燕杰兰堡主璺垡塑 热= 一吾+ ，孚膏= ，孚觯位裙剐m = 警卺等 菇窀弱豹不对稼魄压嚣子 瓯为籀旗压。 当中性点不接地时，因为阻尼举仅为1 5 2 0 ，所以他对不对称电压的 影睫可以忽略，爨姥式( 3 5 ) 霹激变为： ( ，帅= 一“u ( 3 6 ) 当耱萼骧线甏投入运专亍嚣， 嫠彀霹在委鬻运萼亍绩凝下，港强线强弱邀感与电 网的三相对地电容构成电压谐振回路，如图3 2 所示。 由予毫丽中性点育不j | 稼电压瓯存在，强路中馁毒零序电流矗涟遥，于是 在消弧线圈的两端产生了电位差，该电位差就怒中性点位移电压玑，根据图3 2 ， 中性煮位移电压静大小帮方泰可由下式确定： 玩= 彘 一r r 糍二+ 扣( q + 岛+ o ) 一，壶 ；三叠一 ( 3 7 ) m o + g + o ) 一壶： l m ( q + q + q )。尺( q + g 十c c ) ：羔堕- 直一；囊d j d i (j c 式 3 - - 7 ) 褥戮兹结论释赵罄夫在电力系统中瞧赢接逢瓣麓一书巾应鬻 砖串一翥一葶一 华北电力大学硕士学位论文 中性点电流总和为零直接求谐振系统的中性点位移电压得到的结果是一致的。 上式表明，中性点位移电压“是一个相量，它与不对称电压、补偿电网 的阻尼率d 及消弧线圈的失谐度u 有关。在谐振接地系统中，式( 3 - 2 ) 可以变为下 式： u 月= u 月o + u o u 日= u b o + u o u c = u f o + 砜 ( 3 - 8 ) 对于存在对地电容不对称的线路，泄漏电导是相等的，即g 。= g 。= g c = g 。， 本章假定电网仅仅在某线路上存在对地电容的不对称，并且该线路的各相对地电 容分别为c 。、q 。、c k ，则得该线路零序电流为： 3 i o = 0 。( g o + ，葩，。) + 0 。( g o + j o c 。) + 吼( g o + j c o c l 。) = ( 时。+ 吼) ( g 。+ j 。c 。) + ( d 。+ 战) ( g 。+ ，m ( o ) + ( o 。+ 玩) ( g 。+ j c o c l 。) = o o ( 3 9 。+ ，崛) + 吼。，。c 。+ d 。，c ，。+ 吼。j o c , 。、 = o o ( 3 9 。+ ，。c f ) + 氏，m c = 3 厶+ 3 厶。 ( 3 - 9 ) 把式( 3 6 ) 和式( 3 7 ) 代入式( 3 9 ) 中可以得到系统正常运行时的该线路上的零序 电流为： 3 j o = 一u ，( 3 9 0 + e j c o c ，) + u + 0 0 u 。z j c o c , u 一，d 。 ( 3 - 1 0 ) = 3 ，o 】+ 3 j 眈 式中站= 导专 亳i 暑笔 为该线路对地电容不对称因子；如果系统对地电 容不对称仅仅由于该线路引起，故有：女”女。同向，且u 。 a ；假设超前疗，相位角为y ，那么，玩超前阢相位角便为，+ 要。 特别的，当，= 0 也就是女。与u 。同向时，玩超前“9 0 。容易知道，当系统正 常运行时，相当于d ，= 0 ，而当发生金属性接地故障时，相当于d ，= 。故障前 后零序电压的幅值和相位都发生了改变。 谐振接地电网发生单相接地故障时，由于系统有功损耗的存在，当发生单相 接地故障时，其故障特征是：非故障线路的零序电流为： 珥= ( 3 9 0 + 琴( ：) + 。琴n ( ： = 玩( 3 9 0 + 写耙喝) + 玩( 3 + j j 崛) + 玩。l 0 j 弛 ( 3 1 3 ) = 3 k l + 甜0 2 + 3 j 0 3 比较式( 3 1 0 ) 和式( 3 1 3 ) 可知，当“，20 时，两式等价，这相当于系统正常 运行的情况。而当发生金属性接地故障时，由于“，一，故系统零序电压不再与 系统不对称度相关，而等于相电压。 零序电流由3 厶，、3 ，。：、3 ，0 ，三部分组成，3 是由网络原先不对称电压产生 的中性点位移电压形成的零序电流分量，3 乇是由接地相电压产生的中性点位移 电压形成的零序电流分量，3 乇是由网络原先不对称电压产生的零序电流分量。 由于3 ，。，、3 都是由零序电压产生的，因此，在考虑系统损耗的条件下，它们 的矢量和便超前零序电压小于9 0 。：而3 厶，是由d 。的相位决定的，n 孟( 或) 与单相接地故障后的零序电压相位差是不确定的，因此，这个分量便是影响非故 障线路零序电流与系统零序电压相位关系的关键参量。在过补偿运行方式下， u 0 ，故分别可得在a 相发生单相接地故障时，只有a 相电容增大和只 有c 相电容增大情况下的零序电流、零序电压相量关系如图3 3 ( b ) 、( d ) 所示。 图中，0 表示实际零序电流与零序电压的相位差，从图可见，当发生a 相接地故 障时，由于该线路对地电容不平衡决定的3 的作用，如果该线路不平衡是由于 接地相电容单独增大引起的，则实际零序电流将向远离零序电压方向偏移，如图 3 - 3 ( b ) 所示，这个偏移角将决定零序电流相对于零序电压的相位是否发生从小于 9 0 。到大于9 0 。的变化；而如果系统不平衡是由于非接地相电容单独增大引起的， 则实际零序电流将向靠近零序电压方向偏移，如图3 - 3 ( d ) 所示，这将使得故障特 征更加明显。 牮鸵电力犬掌硕士学位论文 通道以上分析，我鳃】知遴：当发生攀提接她放障聪，妻臻果教障糖接蛾鬯雾大 的话。随着接地电阻的增大可能使零序电流超前释序电压9 0 4 。基于有功分豢的 选线结鬃会墩现镫误，如栗菲敲障穗接蟪电容交犬不管接撬电阻魏箝变他郝举会 便零痔裁陡怒蓠零痔电匿弼。，基予有功分薰韵逸线结果菠确。 3 2 3 攀平衡影响邈线结鬃爨体分攒 透避激上分群，我雷j 籍逶：当发篷攀耱搂缝故障对，懿栗不考虑系统灌满电 导与系统对缝电容的不平衡，郏么零痔魄滚将超蔼零序毽涎9 0 。，键是。由予系 统溅漏电导的存在，使褥零序电流向攀廖电联的方向移动，薅线路对地电窖不平 簿瘦站的存在使得零序电漉也发生定皴的使够，位移翦负魔靼方彝俄线路对 地电容不平衡度站的大小和方向而定。下面将具体分析这个相移的大小以及对于 罄相接地故障选线豹影响。 我稍将式( 3 - 1 3 ) 改写翔下： 3 t ；= g o 3 9 0 + 鼍缸口c ：十鸡缸8 ( ； 疗疗 = j 癸l c + d e l c + j 女w i c ( 3 - 1 4 ) “#“。 5 i o c i b d 七l 式中，吃为线路的阻尼攀，一般浓说，系统中各线路的对地泄漏电导是攘等 斡，因戴，它也是谈系统的照惩率。 从式( 3 - - 1 4 ) 可见，影响非故障线路零序电流与零序电压之间相位的怒与 ，由于，。与零痔电压砜同相位，丽氨方淘褶间，假设i o 。与矗。之间的夹角为 z ，以瓯为正方向，飙而育下丽的关系成立： j ) 当z 一衫2 ，蹿z o 。与k 趣粳绽鳢反秽锭，。不会缆褥嚣敞糍线路零序龟 溅与零序电驻豹胡位关系发生本质变强，靼裴敬障钱路零黪电流怒瓣零序瞧压的 角度依然小于9 0 。，故障特征没商改变；如图3 - 4 ( a ) 所示； 动当0 z 0 时，矗。不会使得非披障线路零捧电 流与零净电堪的相位关系发生本质变化，即非艘障线路零序电流超前零序电联的 角凄依然，j 、予粥4 ，故障特髹没有改交；如匿3 - 4 ( b ) 蘸示； 3 ) 当衫2 0 ，即有： ，氐1 c + d o “u 。 c 。( 3 - 1 6 ) 由于同时z2 ，从而。超前u 。9 0 。，式( 3 - 1 6 ) 就变为如下标量形式的表 达式： 哦u o ” ( 3 一1 7 ) 式( 3 1 7 ) 就是当不平衡电流由于系统三相对地电容不对称引起时，基于有 功分量信号的选线方法对于系统信号特征的要求。它体现了系统阻尼率、线路对 地电容不对称度、系统故障零序电压以及选线方法可信度这四者之间的联系。 华北电力大学硕士学位论文 我们知道，不同类型不同电压等级的电网，由各条线路泄漏电导决定的线路 1 口 阻尼率d ( 即为詈：导) 大小不等，多次的实测结果表明，在绝缘正常的情况下， 厶“k - 电缆线路的阻尼率较小，一般不超过1 5 ；架空线路的阻尼率一般为1 5 2 0 。 当电缆绝缘老化、受潮或架空线路污秽严重时，阻尼率将会显著增大。可能达到 5 以上吐 一般架空电网的不对称度或不对称因子均不超出0 5 1 5 的范围，其中 1 以上的情况往往是分段的架空电网，他们的换位是在变电所母线上实现的。特 别的，对于1 0 k v 系统，由于线间距离一般为o 7 米，而且三相导线多数呈三角形 排列，不对称度都较小。极端情况下，如果3 5 k v 和6 6 k v 架设在门型杆塔上的 3 5 k v 线路的导线水平排列，线问距离约3 米，如果不进行换位，则不对称度将达 到35 ，这在实际运行中是不存在的i l “。 电缆线路的不对称度等于零，因为无论是三芯电缆或单芯电缆，各相芯线对 接地包皮来说都处于对称的位置。对于1 0 k v 电网，多数电网属于架空线路和电 缆线路并存的混和电网，因此不平衡度较小。 从以上分析，并依据式( ：3 - 1 7 ) 可见，当线路不对称度大于系统阻尼率时， 任何运用有功分量作为选线特征信号的选线方法都是不可信的。而当线路不对称 度小于系统阻尼率时，如果“、“、“0 0 满足式( 3 - 17 ) ，则该有功信号选线判 据可信，否则为不可信。因此，我们把式( 3 - 1 7 ) 作为基于有功分量选线方法的 一个有效域。当满足这个可信域的时候，则认为基于有功分量选线方法有可能正 确，当落在有效域外则不能相信基于有功分量选线方法的结果。 34 仿真验证 我们以能量法作为基于有功分量选线方法的代表来进行仿真验证，通过以上 分析，我们知道：当发生单相接地故障时，如果故障相接地电容大的话，随着接 地电阻的增大可能使零序电流超前零序电压9 0 。，能量法选线的结果错误，如果 非故障相接地电容变大不管接地电阻如何变化都不会使零序电流超前零序电压9 0 。，能量法选线的结果正确。并且给出了d u 。，i 9 0 0 u 。作为能量法选线的一个有效 域，为了验证上面分析的正确性，我们建立了一个仿真系统。 参考了一些文献和多次的实测结果，我们用a t p 进行仿真，建立了一个1 0 k v 的消弧线圈系统仿真模型，共四条线路，其中第一条线路的电容电流为7 2 9 a 左 右，第二条线路的电容电流为1 2 1 5 a 左右，第三条线路的电容电流为2 4 3 a 左右， 第四条线路的电容电流为7 2 9 a 左右，系统总的电容电流为3 0 , 4 左右，消弧线圈 华北电力大学硕士学位论文 过替嫠t 5 ，选鼗了线路瓣匿瑟攀菇2 。泓，滚褒线籍不平餐度为1 5 蛾瓣p 7 1 。系 统设置的第一条绒路的a 相接地，不平衡设在第二条线路。仿冀结果如下表： 表3 1a 超接她电誊丈番线路携囊毽茸援建电阻关系 接地电阻 0 1 o 5l1 523 ( k q ) ， l 2 9 8 7i 3 粥4 4 7 1 3 5 2 63 3 e 24 7 51 3 71 l3 55 35 9 3 1 6 3- 3 62 2。t 4 ，7 4 3 2 31 9 11 0 86 5_ 4 2m 2 l 表3 - 2c 相接地电容太各线路能爨值e 与接地电阻燕系 i 接地电阻 o 1o ，5l1 5 2 3 l( k q ) | e 1 3 4 1 71 8 4 47 8 23 8 6 2 2 21 0 1 29 2 0醯3- 3 7 9- 2 4 7一1 7 30 8 31 0 26 23 32 0- 1 26 43 2 01 8 7 5 93 7* l g 表3 - t 帮表3 - 2 串翡熊量蕊嚣劳没有其体静含义，只是一个经过楚瓒过的鼗 值，f 数代表该线路故障，负数表永此条线路是非故障线路。从上面两个表可以 看出当接缝故障竣在a 撼，当菲故障线路鲍a 甥对地呶容大弱孵候随着接缝电酲 的增大，能量法选线发生了误选；驽线路c 栩对地电容大的时候随着接地电阻的 增大，能星法选线正确。在表3 - l 中，经过l + s k q 接地的时候能量法选错，这时 候d 。u o = 3 2 ， o o u 。8 9 ，可以看出乩砜 “矗u 。，所以不相信能熊法的选线结果。 鑫费囊懿缠莱哥淤蓉出上藤麓分摄跫合理豹。 为了更加直观的看出对地电容i ；对称对能量法选线的影响，下面两个图把故 障后的电压和电流的波形西在月一令圈中，l 母线是故障线路，2 母线是不平衡线 路，在图3 6 中，可以看蹴2 号线的过零点簧超前l 号线路，逡和表3 一l 中得 数据是对应得，说明当非故障线路的a 相对地电容大的时候随着接地电阻的增大， 华北电力大学硕士学位论文 携重法逸线发生。误选，双瓣辛耋鬟瓣裁艇餐窭上瑟豹分辑是燕确遗，在凝3 7 中，可以稽出1 号娩的过零点要超前2 号线路，这和表3 - - 2 中褥数据是对应得， 说明当非敞障线路的c 相对地电容太的时候睫黄接地毫阻的增大，能量法造缝没 有发生误选。 圈3 6 2 k 电阻接地时a 相对地电容不对称 华北电力大学硕士学位论文 3 5 小结 图3 72 k 电阻接地时c 相对地电容不对称 本章是本文的一个重点，主要从理论上分析了由三相对地电容不对称引起的 不平衡电流对基于有功分量信号选线方法的影响，通过推导公式进行分析对比故 障前后零序电压和零序电流的变化，可以看出三相对地电容不对称是对基于有功 分量信号选线方法产生影响的，并以能量法为例从非故障线路的故障相和非故障 相电容增大两个方面来进行仿真验证，得出当非故障线路的故障相对地电容大的 时候随着接地电阻的增大，能量法选线发生了误选。并且针对这一影响提出了用 有效域的想法来解决这一问题，给出了具体的有效域值，通过仿真的结果和波形 都可以看出本章的分析是正确的。 华托电力大学礤士学位论文 第蹬寮訾怒波澎毙较选线算法 4 相关努耩璞论# f 1 瓣 4 。 。1 捆美麴经典凝念 考虑一个试验，它产生谢组成对的测量x ；，i l ，2 ，3 一，n ，和y i = l ， 2 ，3 ，n 。例如x - 是作用在结构上的载衙，y i 是测得的结构应变：x 2 和y 2 分别是冀一个载蕊帮褶应产生静应变。对予n 个不两翡裁蒋量缴都w 鼓徽这样辩 载耱帮瘦变溅量，褥戮舞瑶4 1 掰示。在理怒清援下，爱褥到静测辍结繁将拯匿 4 1 a 所示，载赫x 和废变y 之间具旃精确的线性关系。在此情况下，我们立即可 以霹出如下公式： 其中a 是零交点；b 怒y 与x 线毪美系泌斜率。在勇一种凝端情况巾，骰定不适 警溉测量瘦畿y 孰雨之得弼7 与载蘅无关的噪声，那么得翻的结梁就如图4 。l d 所 示。在实际巾，可钝会测量到遮强秘极端情况之闻戆憾提，妇鹭4 掩积4 1 0 。在 隧4 ，l b 中，x 与￥骜本上是线蛙关系，瞧没骞严格的解攒关系，因为关系中奄一 定的随机性，或者叫测量中有噪声。在图4 1 c 中，x 与y 之间有一个精确的解析 关系式，但不是线性的。 l ： - - + t 一t -： l 雄 癌) 2 7 华北电力大学硕士学位论文 m ( c ) ( a ) 精确的线性关系 m ( d ) 图41相关程度的变化情况 ( b ) 中等的线性关系；( c ) 非线性相关；( d ) 不相关 评定x 与y 之间线性关系程度的方法是很经典的方法。比较简单的一种方法 是计算x 一。与y - j ，的平均乘积。取样本容量n 趋近于无穷大时的极限，这个平 均乘积就成为x 与y 之间的协方差，其定义是 a 。= e b 一，炒一，月 = 而l i m 万1 淤俐y ，* ，) 4 。2 对于图41 d 的情况，x 与y 是不相关的，x - 。与y - u ，之正积和将等于负积和 因而平均乘积为口。5 0 。但是对于图4 1 a 的情况，x 一以为正时，y 一，总是正 的；x ，- 1 ，为负时，y 一肌又总是负的，因此他们的乘积都是正的，从而得到如 下的平均乘积： 盯廿= 盯，盯y ( 4 3 ) 根据将要作的简短证明，公式( 4 3 ) 定义了两个随机变量之问协方差的最大可能 值。因此，一般用如下比值表示相关性： p 。= 导 _ l 厶，所以图4 - 2 中的l 可以不 考虑。$ 薅毛、e 、壤组成懿串联回鼹彝激聚冁，霹戳璇定哲态电容电流0 。 一；1o r o “。詈+ 毒n 加舢s i n ( c o t + c o ) ( 4 2 7 ) 暂态电容电流由暂态自由振荡分量。和稳态工频分量。两部分组成 = 舯【( 兰 i 妒c o s i p c o s 辨，母g 。8 c 。甜t + 垆麓 (428sin s i n m t - c o s 妒c o s ) 。坛k 吾 妒 8 ，母8 。+ c 。持垆麓 4 一) 式中， k ：电骞电流谣毽； 瑚，：暂态自由振荡分量的角频率； d = 拿：自由振蔼分量的袭减系数： n 可觅，电嘲静结构、大小和运行方式的不同，会引起暂态过程的改燮。配电 网的自振频率变化范围一般为3 0 0 3 0 0 0 h z 。自振频率和暂态电容电流的自由振 荡分量静攥蓬与线路静长度戏反晓。 4 3 1 3 黼态电感电流 根据j 线性电路的基本理论，暂态过程中的铁心磁通与铁心不饱和时的方程 式相同，蠡圈4 之褥。 s i n ( c o t + o ) 2 魄+ w 等 洚2 9 ) 式中，w ：消弧线圈相成分接头的线圈匝数。 舻，；瀵弧线圈铁心中熬磁逶。 接地故障开始前，消弧线圈中没有电流通过，屹= o ，并且如；警，得： 华北电力大学硕士学位论文 l = 矿 c o s 妒eq - c o s ( c o t + 妒) 】 式中，f 。：回路的时间常数。 ( 4 - 3 0 ) 根据上式，考虑。= 兰譬和i 。= i m + o 。，得暂态电感电流t 的表达式为 m i ；，。【c o s q ) p “c o s ( o ) 什伊) 】 式中，。：电感电流幅值； 43 14 暂态接地电流 ( 43 1 ) 暂态接地电流由暂态电容电流和暂态电感电流叠加而成，故其特性随着两者 的具体情况而定。即： i d = t 。+ l ：( 一 r m ) ( c o t + 妒) + 1 。( “n c o f t - c ocos09，一i+11 c o s ( c o t 1 - ws i n s i n ( o f c o o ) c o st ) ei hc o s 伊一i= ( 。一)妒) + 。( ， 。+ h伊。 c o 。 ( 4 3 2 ) 式中第一项为接地电流稳态分量，其余为接地电流的暂态分量。电力系统中， 暂态电容电流的幅值一般远大于暂态电感电流，暂态电容电流衰减的比暂态电感 电流要快。可见，不论电网的中性点不接地或者经消弧线圈接地，暂态接地电流 的幅值和频率主要由暂态电容电流所决定，其幅值同时和初相角有关。 由以上分析可知，小电流接地系统的暂态过程，基本上受中性点的运行方式的影 响较小，中性点不接地以及中性点经消弧线圈接地时具有相似的性质。 4 32 故障选线原理 在选线装置中，所采集的电压是母线的电压，电流是线路的电流。对于谐振 接地系统的暂态过程中接地点的电流可以由式( 4 3 2 ) 确定，当发生了单相接地 故障时，对于非故障线路的电流主要是电容的充放电，可以忽略线路对地的电导， 如图4 3 给出了谐振接地系统单相接地故障时的等效图。 华j 魄力大学礤士学位论文 线辨1 线路2 线路3 线路4 图4 - 5 谐振接地系统单相接地故障等效图 可以得出母线电压与j 故障线路电流的关系： 1 、，f i , d