谐振接地系统故障选线新方法研究课件

谐振接地系统故障选线

新方法研究

ANewTheoryforFaultPhaseSelectinginResonanceSystem

学位申请人姓名：廖兴荣

指导教师姓名：邹玲

二零一一年五月摘要

配电网中性点接地方式关系到供电系统的安全、可靠运行及对周围环境的影响等诸多方面的技术问题。目前，我国中低压配电网广泛采用小电流接地方式，其中最有代表性的是中性点不接地和谐振接地方式。这种接地方式在保证运行维护人员的安全、过电压水平、设备绝缘水平、经济性等方面存在诸多的优点，并且有助于提高供电可靠性，但因故障电流小而增加了故障检测的难度。对接地线路的准确检测一直是小电流接地系统的一个重要的研究课题。摘要

针对谐振接地系统中的单相接地故障选线困难的情况，本文分析了谐振接地系统的接地特性，提出了一种基于零序电流比幅的谐振接地系统单相接地故障选线法，详细描述了该方法的理论推理过程，通过数值仿真和实验验证了该方法的正确性，同时分析了该方法的使用范围，并且研制出基于该方法的接地选线装置。结果表明，该装置运算速度快，抗干扰能力强，选线准确，运行可靠性高。1.2小电流接地故障选线的研究现状

近些年，很多学者做了大量的研究和实践，取到了大量的科研成果，但是在现场模拟运行中也发现了大量的问题。现在系统中主要运用的选线方法有零序过电流法、零序电流群体比幅法、零序电流比相法、零序电流群体比幅比相法、零序电流有功分量法、五次谐波法、注入信号法、综合选线方法等。1.3论文的主要工作

从小电流接地故障选线的研究现状中，可以看出虽然小电流接地选线对小电流接地系统运行有很重要的现实意义，但是目前各种选线方法还存在或多或少、这样那样的缺陷，因此继续对这一由来已久的问题深入研究很有必要。本论文在前人的基础上，详细分析了小电流接地系统在发生单相接地故障时的物理过程，从而得出了小电流接地系统在正常运行和发生单相接地故障时系统主要物理量的数学关系式，为进一步分析选线方法奠定了坚实的基础。1.3论文的主要工作

除此之外，本文还做了如下主要工作：1.针对补偿电网提出了一种新的选线方法——基于变电抗的零序电流比幅法。2.对零序电流比幅法进行了详尽的数学推导。3.分析了零序电流比幅法的适用范围。4.用Matlab仿真软件对该方法进行了仿真，并分析了仿真结果。5.根据零序电流比幅法的原理设计实际选线装置，搭建实验平台，通过实验验证方法的正确性和有效性。

图中，C：补偿电网的三相对地电容；L0：三相线路和电源变压器等在零序回路中的等值电感；R0：零序回路中的等值电阻（包括故障点的接地电阻和弧道电阻）；rL、L：分别为消弧线圈的电阻和电感；U0：零序电压，中性点对地电压。2.2暂态接地电流

暂态接地电流由暂态电容电流和暂态电感电流叠加而成，故其具体特性由两者共同决定。即：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，其幅值同时与初相角有关。第3章零序电流比幅式接地选线法

3.1零序电流比幅选线原理中性点经消弧线圈接地配电网络示意图3.2选线方法的仿真

为验证根据(3-10)式和(3-11)式所提出的零序电流比幅选线新方法，用Matlab仿真软件进行了仿真计算和分析。Matlab仿真的电网电压等级为10ｋV，馈线5条。电网总零序电容为36μF,阻尼率为3％，消弧线圈额定补偿电流为70A，额定有功损耗为2%。根据计算可知该电网在发生单相金属性接地时接地电流为65A。本文仿真所用的消弧线圈采用了磁阀式消弧线圈，根据可控饱和电抗器的理论，搭建了如下磁阀式消弧线圈子模块仿真试验一：第1条馈线至第5条馈线零序电容均为7.2μF。第五条馈线A相在0.105s发生单相接地故障，0.6s时单相接地故障结束。图a单相故障接地电阻为0Ω，即发生金属性接地。图b单相接地电阻为500Ω。总的系统仿真电路为：a接地电阻为0Ωa，b图三条曲线分别表示、、的变化（后面的仿真试验二~仿真试验六也是如此），可以看出不论是金属性接地还是接地电阻为500Ω，非故障馈线零序电流之间的比幅在发生单相接地故障前后总是保持不变，而故障线路零序电流与非故障线路零序电流之间的比幅在发生单相接地故障前后有明显的变化趋势，这可以作为区分故障线与非故障线的标准。需要指出的是，由于中性点电位因接地电阻增大而降低，会导致本文采用的可控电抗器仿真模型响应时间增大，a、b两图突变时间的不同即是因为这个原因。仿真试验二~仿真试验五结论与此类似，所以不重复叙述。3.3零序电流比幅式选线法的适用范围

从本章第一节可以看出，零序电流比幅式选线法虽然考虑了配电网络中零序网络中很多影响因素，但是式(3-7)和(3-9)却是在忽略对地电容的不平衡性这一前提下得出的，因此该方法在线路对地电容不平衡度较大情况下可能失去判据。当然实际运行中的电力配电网络是不允许线路对地电容不平衡度过大的，因为根据前文所叙，此时中性点电位有较大位移，对运行不利.总而言之，若考虑实际的电网运行情况，零序电流比幅式选线法有极强的适应能力，可以说是一种不存在“死角”的选线方法。第4章零序电流比幅选线法的实验模型及验证结果

实验电路。中性点经消弧线圈接地方式实验步骤中性点经消弧线圈接地方式:1.搭建电路。2.将空气开关合上，调整L值（由0调至最大值，由晶闸管的导通角大小来决定）。3.将Rs接上模拟线路1的A相接地故障，R分别取2个阻值（0Ω，20Ω）。对应每个R值，通过采集卡记录、观察零序CT数值和波形。4.通过万用表记录中性点的电压变化。5.将采集卡采集的数据保存为相对应的text文档。6.将text文档的数据导入Matlab中处理，记录、观察I01/I02、I02/I03波形，验证零序电流比幅式接地选线法。4.2实验波形分析

以下实验，采集卡关键参数设置如下：采集方式为连续采集；通道数为3，0~2通道；采样频率为5K；触发方式为内触发。在本模拟实验中，可控电抗器工作电压为150V，输出感性电流为0.4A，系统工作在欠补偿状态，但是补偿效果已经较为明显。补偿效果可以从图4.3可以看出，该图表明在15个周波后故障线路零序电流幅值已经最小，并且故障线路与非故障相线路的相位也变得模糊。为了实现馈线之间的零序电流比幅，我们将采集数据导出至Matlab处理。接地瞬间波形图

约15个周波后的波形图

非故障线路零序电流及其幅值的变化图（线路1，150V）

非故障线路零序电流及其幅值的变化图（线路3，150V）

第5章接地选线装置设计

5.2程序的结构及流程图开始中性点信号采集数据运算（零序电流比幅法）故障信息显示各条馈线零序电流数据采集是否发生单相接地故障？NOY由以上流程图可以看出，该软件可以按功能划分为4个独立的模块：数据采集模块（母线的三相电压，中性点电压、各条馈线零序电流）、数据处理模块（算法模块）和故障显示模块。第6章总结与展望

6.1总结本文在论述小电流接地系统特点的基础上，详细分析了小电流接地系统在发生单相接地故障时的物理过程，从而得出了小电流接地系统在正常运行和发生单相接地故障时系统主要物理量的数学关系式，为进一步分析选线方法奠定了坚实的基础。除此之外，本文还做了如下主要工作：1．针对补偿电网提出了一种新的选线方法——基于变电抗的零序电流比幅法。2．对零序电流比幅法进行了详尽的数学说明。3．分析了零序电流比幅法的适用范围。4．用Matlab仿真软件对该方法进行了仿真，并分析了仿真结果。5．根据零序电流比幅法的原理设计实际选线装置，搭建实验平台，通过实验验证方法的正确性和有效性。6.2展望小电流接地系统的接地选线问题由来已久，目前提出来的选线方法以很多。其中很大部分还仅停留在理论上，这种状况有些跟所提理论本身的不完整性有关，另外一些则跟主要元器件（CPU或A/D）的数据处理能力不能满足选线理论所需的大运算量有关。零序电流比幅法的核心在于能够通过改变消