小電流接地系統(tǒng)單相接地保護(hù)選線方案的研究

1、論文對(duì)小電流接地系統(tǒng)單相接地保護(hù)選線方案的研究 學(xué)科（專業(yè)）：電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化摘要小電流接地方式由于在保證運(yùn)行維護(hù)人員的安全、過電壓水平、設(shè)備絕緣水平、經(jīng)濟(jì)性等方面存在諸多的優(yōu)點(diǎn)，所以一直被應(yīng)用于我國的中低壓電網(wǎng)中。在生產(chǎn)實(shí)際中，中低壓線路的故障，有70%以上都是單相接地故障，所以，尋找一種選線準(zhǔn)確率高的保護(hù)裝置，仍然具有相當(dāng)重要的理論和實(shí)用價(jià)值。文章主要針對(duì)小電流系統(tǒng)單相接地選線方法進(jìn)行了分析，研究了小電流接地故障暫態(tài)算法和穩(wěn)妥算法，并重點(diǎn)分析了多判據(jù)信息融合選線方法。文章最后進(jìn)行了小電流系統(tǒng)選線方法問題的分析。關(guān) 鍵 詞：小電流接地系統(tǒng)；單相接地；故障選線；多判據(jù)論文類型：應(yīng)用研究tit

2、le：project of line selection for small current grounding system of single-phase grounding protection research speciality：electricity and its automationapplicant：xiong shuweisupervisor：duan jiandongabstractsince small current grounding operation and maintenance personnel in ensuring the safety of ove

3、r-voltage levels, equipment insulation levels, and there exist many economic advantages, it has been applied to low-voltage power grid in china. in actual production, the low-pressure line failure, more than 70% are single-phase ground fault, therefore, to find a select line of high accuracy of the

4、protection device, still has a very important theoretical and practical value.this article mainly current system of small single-phase line selection method of analysis of the small current grounding fault transient algorithm and secure algorithm, and analyzed the wavelet analysis and its electric p

5、ower system. finally a simulation study.key words： system with non-effectively earthed neutral；single-phase-to-ground fault；fault line selection；type of thesis：application目 錄摘要iabstractiii目 錄v1緒論11.1 課題研究背景與意義11.2 課題研究現(xiàn)狀21.3 論文的主要內(nèi)容32小電流接地系統(tǒng)單相接地選線方法分析與探討52.1小電流接地故障穩(wěn)態(tài)算法52.1.1零序電流幅值比較法52.1.2零序電流方向法52.

6、1.3諧波法62.1.4零序電流有功分量法62.1.5負(fù)序電流法62.1.6零序?qū)Ъ{法62.2小電流接地故障暫態(tài)算法72.2.1暫態(tài)零序能量法72.2.2暫態(tài)零序相位法72.3基于現(xiàn)代信號(hào)處理技術(shù)的故障選線算法73 多判據(jù)信息融合選線方法93.1引言93.2選線原理選擇93.2.1中性點(diǎn)不接地方式下選線原理選擇93.2.2諧振接地方式下選線原理選擇93.3 綜合選線方案103.4模糊選線104 小電流系統(tǒng)選線問題124.1檢測(cè)信號(hào)原因分析124.2誤判原因分析124.3本章小結(jié)135結(jié)論與展望15致 謝17參考文獻(xiàn)19聲明1緒論1.1 課題研究背景與意義電力系統(tǒng)常用的系統(tǒng)接地方式有四種：中性點(diǎn)

7、直接接地，中性點(diǎn)經(jīng)電阻接地，中性點(diǎn)不接地和中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地。而上述的四種方法可歸結(jié)為三類接地系統(tǒng)：中性點(diǎn)直接接地或經(jīng)一低阻抗接地的系統(tǒng)，這種系統(tǒng)稱為有效接地系統(tǒng)；不接地或經(jīng)高阻抗接地的系統(tǒng)，這種系統(tǒng)稱為非有效接地系統(tǒng)；經(jīng)消弧線圈接地的系統(tǒng)，稱為消弧線圈接地系統(tǒng)也稱諧振接地系統(tǒng)。在我國城鄉(xiāng)366kv配電網(wǎng)絡(luò)中，大多數(shù)是中性點(diǎn)非直接接地系統(tǒng)。此類系統(tǒng)零序阻抗很大，通常為正序阻抗的45倍，因此發(fā)生單相接地短路時(shí)，流過接地點(diǎn)的故障電流較小，所以稱其為小電流接地系統(tǒng)。小電流接地系統(tǒng)包括中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)（nus）、中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)（nes，也稱為諧振接地系統(tǒng)）及中性點(diǎn)經(jīng)高阻接地系統(tǒng)（nrs）1

8、。在中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)中，一旦某條出線發(fā)生單相接地短路故障，就會(huì)產(chǎn)生很大的單相接地故障電流，從而啟動(dòng)保護(hù)裝置動(dòng)作跳閘。由于配電線路絕大部分故障為單相接地故障，并且很多都是瞬時(shí)性的，而小電流接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，不構(gòu)成短路回路，只是經(jīng)線路對(duì)地電容形成小電流回路，接地故障電流比負(fù)荷電流小得多，特別是中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)接地電流更小，并且由于三相線電壓仍然保持對(duì)稱關(guān)系，不影響對(duì)負(fù)荷連續(xù)供電，因此定可以繼續(xù)運(yùn)行12小時(shí)，而不必立即跳閘，所以小電流接地系統(tǒng)提高了運(yùn)行的可靠性2。尤其是在瞬時(shí)故障條件下，短路點(diǎn)可以自行滅弧并恢復(fù)絕緣，不需要運(yùn)行人員采取什么措施，這對(duì)于減少用戶短時(shí)停電次數(shù)具有積極意

9、義。但隨之而來的問題是，如果故障是永久性的，系統(tǒng)僅僅允許在故障情況下繼續(xù)運(yùn)行12個(gè)小時(shí)，非故障相對(duì)地電壓升高了倍，增加了對(duì)線路絕緣性能的要求，容易發(fā)生非故障相對(duì)地閃絡(luò)，造成兩相接地短路，其危害較大，可能引發(fā)電纜爆炸、電壓互感器和母線燒毀、電廠機(jī)組停運(yùn)等事故。此時(shí)運(yùn)行人員必須盡快查明短路線路和短路點(diǎn)，以便采取相應(yīng)對(duì)策解除故障，恢復(fù)系統(tǒng)正常運(yùn)行。因此，這就提出了小電流接地系統(tǒng)的單相接地故障選線問題。在發(fā)生單相接地故障后，能夠迅速確定接地故障位置對(duì)配電網(wǎng)的安全運(yùn)行意義重大。而在小電流接地系統(tǒng)單相故障選線中，過小的零序電流恰恰成了一個(gè)非常不利的因素。人們針對(duì)這個(gè)問題做了大量的研究，基于不同的原理，提出

10、了許多解決方案，有的已經(jīng)開發(fā)出選線裝置并在實(shí)際工作中取得了一定的應(yīng)用。但是從現(xiàn)場使用情況來看，這些方法的選線效果并不十分理想，普遍存在著誤選、漏選的情況。其主要原因在于：(1)對(duì)金屬性接地選線正確率很高，但對(duì)非金屬性接地選線正確率非常低，誤判、漏判幾率非常大，實(shí)際中不得已還得采用逐線拉閘的方式。出現(xiàn)這種情況的主要原因是小電流接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時(shí)接地電流很小，各種電磁干擾很容易把它淹沒，特別由于電流互感器三相不可能完全一致，二次側(cè)產(chǎn)生不平衡電流，很難與單相接地故障產(chǎn)生的零序電流區(qū)分開；直接使用零序電流互感器是可以解決這一問題的，對(duì)于電纜線路直接在出線安裝零序電流互感器尚可行，而對(duì)于架空線路

11、，在每條出線上安裝電磁式零序電流互感器是不現(xiàn)實(shí)的。另外，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的多變性及接地點(diǎn)、接地電阻、接地性質(zhì)的多變性進(jìn)一步增加了選線的難度。(2)當(dāng)前的各種選線方法都是通過檢測(cè)零序穩(wěn)態(tài)量實(shí)現(xiàn)的，但零序穩(wěn)態(tài)量并不是唯一故障信息，實(shí)際上小電流系統(tǒng)單相接地穩(wěn)態(tài)量一般都很小，不易測(cè)得，而故障暫態(tài)階段零序量相對(duì)較大，更容易測(cè)量，應(yīng)充分利用。(3)盡管使用微機(jī)選線裝置避免了繁瑣的倒閘操作，提高了可靠性，但人工查找故障點(diǎn)仍是一項(xiàng)耗時(shí)耗力的工作。若能在正確選線的基礎(chǔ)上進(jìn)一步較準(zhǔn)確地給出故障位置將是更理想的。(4)零序電流的獲取困難。零序電流需要由星接三相ct的中性點(diǎn)取得，對(duì)于只有兩相ct的系統(tǒng)，裝置的應(yīng)用受到限制。(

12、5)缺乏選線方法的綜合判據(jù)和有效性判定。有鑒于此，我們認(rèn)為仍然有必要對(duì)中性點(diǎn)非直接接地系統(tǒng)單相接地故障選線問題進(jìn)行進(jìn)一步的分析研究，以期找出更有效的解決方案，這正是本論文選題的出發(fā)點(diǎn)。1.2 課題研究現(xiàn)狀小電流接地系統(tǒng)單相接地故障后的信號(hào)中含有各種各樣的故障信息，如穩(wěn)態(tài)基波分量，高頻暫態(tài)分量，現(xiàn)在的各種算法就是利用了各種故障信息構(gòu)成的故障判據(jù)。然而對(duì)不同故障條件下的故障信息分析表明，隨著故障條件的不同，故障信息也會(huì)有變化，有些算法可能會(huì)失效，所以根據(jù)不同算法做出的判斷結(jié)果準(zhǔn)確度也往往不同。理論和實(shí)踐都表明，沒有一種選線方法能夠保證對(duì)所有故障類型都有效，每種選線判據(jù)都有一定的適用范圍，也都有各自

13、的局限性，需要滿足一定的適用條件。所以，僅靠一種判據(jù)進(jìn)行選線是不充分的。迄今為止還不存在萬能型、無條件選線判據(jù)，因?yàn)槿绻嬖?，選線問題就已經(jīng)解決了。在這種現(xiàn)實(shí)狀況下，一種可行的辦法是使用多重選線判據(jù)來構(gòu)成綜合判據(jù)，利用各種判據(jù)選線性能上的互補(bǔ)性擴(kuò)大正確選線的故障范圍，提高選線結(jié)果的可靠性。因?yàn)槊恳环N選線判據(jù)的適用條件是不同的，針對(duì)某個(gè)故障樣本，一種判據(jù)的適用條件可能不滿足，但另一種判據(jù)的適用條件可能能夠滿足，幾種判據(jù)覆蓋的總的有效故障區(qū)域必然大于單個(gè)判據(jù)的有效故障區(qū)域。而信息融合作為一門研究信息綜合分析處理技術(shù)的新興邊緣學(xué)科，強(qiáng)調(diào)在自動(dòng)控制領(lǐng)域中利用多源信息進(jìn)行綜合分析推理以提高控制的精度和魯

14、棒性。因此能滿足我們的要求。近年來，用于信息融合的計(jì)算智能方法主要包括：模糊理論、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、粗糙集理論等。其中模糊理論是用數(shù)學(xué)方法研究和處理具有“模糊”現(xiàn)象的一門科學(xué)。這里所謂的模糊性主要是指有關(guān)事物差異的中間過度的不分明性，這種屬性也反映在小電流故障選線中。例如“某一故障特征的明顯程度”、“某一方法的有效性”等等均沒有精確的度量，存在一定的模糊性。模糊理論能通過建立相應(yīng)的隸屬函數(shù)有效地處理這種模糊性，將不分明性轉(zhuǎn)換為確切的數(shù)值描述。所以，本文對(duì)現(xiàn)有的各種小電流系統(tǒng)單相接地選線方法進(jìn)行簡要的分析，并在第三章對(duì)小波法進(jìn)行詳細(xì)說明，并進(jìn)行算例仿真。通過運(yùn)用小波法很大程度上能夠達(dá)到準(zhǔn)確選線的目的，但

15、還是存在死區(qū)。因此，將多種選線方法或判據(jù)，考慮應(yīng)用模糊理論解決算法有效性并進(jìn)行多判據(jù)融合，這也是小電流接地系統(tǒng)故障選線發(fā)展的一個(gè)方向。1.3 論文的主要內(nèi)容論文的主要工作內(nèi)容如下：(1) 文章主要進(jìn)行了針對(duì)小電流系統(tǒng)單相接地選線方法的分析，(2) 研究了小電流接地故障暫態(tài)算法和穩(wěn)妥算法。(3) 重點(diǎn)分析了多判據(jù)信息融合選線方法。(4) 最后進(jìn)行了小電流系統(tǒng)選線方法問題的分析。2小電流接地系統(tǒng)單相接地選線方法分析與探討2.1小電流接地故障穩(wěn)態(tài)算法在電力系統(tǒng)發(fā)展的初期，考慮到絕緣方面的因素，電力系統(tǒng)中性點(diǎn)直接接地(大電流接地系統(tǒng))，相應(yīng)的繼電保護(hù)裝置一般根據(jù)穩(wěn)態(tài)的電流來整定。隨著電力系統(tǒng)規(guī)模的增大

16、和用戶對(duì)供電要求的提高，我國的配電網(wǎng)開始采用小電流接地系統(tǒng)，針對(duì)單相接地故障，人們也習(xí)慣從穩(wěn)態(tài)量方面去考慮并根據(jù)這些穩(wěn)態(tài)量，特別是根據(jù)零序分量相關(guān)特性提出了一系列的算法并開發(fā)出了相應(yīng)的裝置。2.1.1零序電流幅值比較法零序電流幅值比較法簡稱幅值法，它利用故障線路零序電流幅值比非故障線路大的特點(diǎn)選擇故障線路。以前的做法是使用電流繼電器，電流繼電器在零序電流超過整定值時(shí)動(dòng)作，指示故障線路，繼電器的整定值要躲過本線路可能出現(xiàn)的最大對(duì)地電容電流；現(xiàn)在使用比較多的是群體比幅法，應(yīng)用微機(jī)技術(shù)采集并比較接地母線上所有出線零序電流，將幅值最大的線路選為故障線路。由于不需設(shè)定門檻值，群體比幅法提高了檢測(cè)可靠性和

17、靈敏度，但在母線故障時(shí)會(huì)出現(xiàn)誤判斷。幅值法的致命問題是不適用于諧振接地電網(wǎng)。由于該電網(wǎng)中消弧線圈補(bǔ)償電流的存在，往往使故障線路電流幅值小于非故障線路；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，由于沒有一個(gè)穩(wěn)定的接地電流，因此可能造成選線失敗。一些裝置在試驗(yàn)室模擬試驗(yàn)，甚至在現(xiàn)場進(jìn)行人工接地試驗(yàn)時(shí)選線結(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)象并不完全相同。2.1.2零序電流方向法零序電流方向法簡稱方向法或相位法，它利用故障線路零序電流與非故障線路方向相反的特點(diǎn)選擇故障線路。一種實(shí)現(xiàn)方

18、法是檢測(cè)零序功率方向，如果某線路的零序無功功率方向?yàn)檎?，即零序電壓超前零序電?0°，則說明零序電容電流的方向是由線路流向母線，該線路被選為故障線路；另一種方法是群體比相法3，選擇3個(gè)以上幅值最大的線路零序電流，比較它們之間的相位，相位與其他線路相反的線路被選為故障線路。與幅值法相比，方向法有較高的檢測(cè)靈敏度，但仍然存在不適用于諧振接地電網(wǎng)的弱點(diǎn)。因?yàn)樵谶^補(bǔ)償或完全補(bǔ)償狀態(tài)下，故障線路零序電流的方向與非故障線路相同；對(duì)間歇性接地故障來說，零序電流波形畸變嚴(yán)重，難以計(jì)算其相位，方向法比幅值法更容易出現(xiàn)誤判斷。2.1.3諧波法由于故障點(diǎn)、消弧線圈及變壓器等電氣設(shè)備的非線性影響，故障電流中

19、存在著諧波信號(hào)，其中以5次諧波分量為主，并且消弧線圈對(duì)5次諧波的補(bǔ)償作用僅相當(dāng)于工頻時(shí)的1 /25，可以忽略其影響。因此，故障線路的5次諧波零序電流的幅值比非故障線路的都大且方向相反，據(jù)此可以選擇故障線路，稱為5次諧波法4。為了進(jìn)一步提高靈敏度，可將各線路的3、5、7次等諧波分量的平方求和后進(jìn)行幅值比較，幅值最大的線路選為故障線路。諧波法的優(yōu)點(diǎn)是可以克服消弧線圈補(bǔ)償?shù)挠绊?，但?shí)際應(yīng)用效果并不理想。主要原因是故障電流中的5次諧波含量較小(小于10% ) ，檢測(cè)靈敏度低；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)，但并不能從根本上解決問題。2.1.4零序電流有功分量法零序電流有功分

20、量法5, 6是根據(jù)線路存在對(duì)地電導(dǎo)以及消弧線圈存在電阻損耗，故障電流中含有有功分量來選擇故障線路。非故障線路和消弧線圈的有功電流方向相同且都經(jīng)過故障點(diǎn)返回，因此，故障線路有功分量比非故障線路大且方向相反。根據(jù)這一特點(diǎn)，可選出故障線路。在設(shè)計(jì)具體的選線裝置時(shí)，可利用零序電壓與零序電流計(jì)算并比較各線路零序有功功率的大小與方向來確定故障線路。有功分量法的優(yōu)點(diǎn)是不受消弧線圈的影響，但由于故障電流中有功分量非常小并且受線路三相參數(shù)不平衡的影響，檢測(cè)靈敏度低，可靠性得不到保障。為了提高靈敏度，有的裝置采用瞬時(shí)在消弧線圈上并聯(lián)接地電阻的做法加大故障電流中的有功分量。這樣做帶來的問題是使接地電流增大，加大對(duì)故

21、障點(diǎn)絕緣的破壞，很可能導(dǎo)致事故擴(kuò)大。而且對(duì)電纜線路來說，這一問題更為突出。2.1.5負(fù)序電流法因?yàn)樾‰娏鹘拥毓收系呢?fù)序電流具有與零序電流相同的分布特征，所以負(fù)序電流法 7 也可以通過比較各線路負(fù)序電流的大小與方向選擇故障線路。由于負(fù)序電源阻抗比較小，故障線路負(fù)序電流絕大部分流入了電源回路，使得非故障線路的負(fù)序電流比較小，有利于接地選線。但正常運(yùn)行時(shí)線路中也會(huì)存在較大的負(fù)序電流，并且負(fù)序電流的獲取遠(yuǎn)不如零序電流來得簡單、準(zhǔn)確，所以負(fù)序電流法的實(shí)際應(yīng)用效果并不會(huì)比零序電流法好。2.1.6零序?qū)Ъ{法小電流接地系統(tǒng)的零序網(wǎng)絡(luò)可以等效為一空載均勻傳輸線，一般可以忽略線路的阻抗，零序電流主要為對(duì)地電容電流

22、和電導(dǎo)泄露電流。零序?qū)Ъ{法8，9通過在饋線端口測(cè)量零序電流與電壓來獲得故障時(shí)各條線路的零序?qū)Ъ{，根據(jù)故障相線路的零序?qū)Ъ{分布在第2、第3象限和正常相的零序?qū)Ъ{分布在第一象限這一特點(diǎn)來選擇故障線路。該算法具有較好的準(zhǔn)確性和適應(yīng)性，但是對(duì)于間歇瞬時(shí)性接地故障幾乎失效。2.2小電流接地故障暫態(tài)算法小電流接地系統(tǒng)中穩(wěn)態(tài)電流幅值小，易受到接地電阻、電弧和電流互感器不平衡電流的影響，其靈敏度低，所以選線的效果并不好。然而小電流接地故障暫態(tài)電流幅值是穩(wěn)態(tài)對(duì)地電容電流的幾倍到十幾倍，數(shù)值在數(shù)十安培到數(shù)百安培之間，并且不受消弧線圈影響。因此，利用暫態(tài)信號(hào)進(jìn)行接地選線可以克服穩(wěn)態(tài)選線法存在靈敏度低以及受消弧線圈影

23、響的缺點(diǎn)。暫態(tài)保護(hù)技術(shù)的實(shí)施關(guān)鍵是接地電容電流的暫態(tài)特征分量的提取和暫態(tài)保護(hù)判據(jù)的建立，而暫態(tài)量的成分和大小都受到系統(tǒng)的運(yùn)行方式、故障類型及故障時(shí)刻等多種因素的影響10。由于暫態(tài)過程短，且受線路結(jié)構(gòu)、參數(shù)及故障條件的影響，暫態(tài)量算法在實(shí)用中還有待實(shí)踐檢驗(yàn)。20世紀(jì)70年代以來，微機(jī)繼電保護(hù)技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用越來越廣泛。借助現(xiàn)代微電子技術(shù)，可以很方便地實(shí)現(xiàn)接地故障暫態(tài)信號(hào)的高速采集、記錄及分析，利用暫態(tài)信號(hào)的接地選線技術(shù)已取得了重大進(jìn)展。下面將介紹幾種比較新的利用暫態(tài)信號(hào)的選線方法。2.2.1暫態(tài)零序能量法暫態(tài)零序能量法11對(duì)故障后各線路零模瞬時(shí)功率進(jìn)行積分，得到零模能量函數(shù)。故障線路的能量

24、函數(shù)幅值最大，極性為負(fù)，與非故障線路的相反，據(jù)此可選擇接地線路。暫態(tài)能量法實(shí)質(zhì)上是零模有功功率法在暫態(tài)信號(hào)上的應(yīng)用。由于暫態(tài)電流中有功分量所占的比例比較小，因此，暫態(tài)能量法對(duì)暫態(tài)信號(hào)的利用不充分，檢測(cè)靈敏度低。2.2.2暫態(tài)零序相位法暫態(tài)零序相位法就是根據(jù)故障時(shí),故障相的暫態(tài)零序電流與非故障相的電流相位相反來判斷故障線路。文獻(xiàn)12提出的首半波法實(shí)際就是利用接地故障基波暫態(tài)電流的相位信息，該算法對(duì)于電弧性接地和接地時(shí)的相位信息非常敏感，在實(shí)際應(yīng)用中抗干擾能力不強(qiáng)。文獻(xiàn)1214通過分析暫態(tài)諧波在一定頻段既選頻帶(sfb)內(nèi)的相頻特性：故障相暫態(tài)零序電流的相位與非故障的相位相反，利用小波分析這部分諧

25、波的相位關(guān)系，通過各個(gè)諧波的相頻特性來判斷故障線路。該算法通過不同頻段的相位信息采用計(jì)數(shù)累加的方式判斷故障線路，理論上很完美，但抗干擾能力不強(qiáng)是此類方法的本質(zhì)不足，特別是對(duì)于瞬時(shí)性接地故障尤其容易引起誤判。2.3基于現(xiàn)代信號(hào)處理技術(shù)的故障選線算法小電流接地故障選線是一種利用弱信號(hào)做出辨識(shí)的技術(shù)。僅利用以往電流幅值大小與相位相反等常規(guī)方法難以取得令人滿意的結(jié)果，所以研究者開始把現(xiàn)代信號(hào)處理技術(shù)與人工智能應(yīng)用于這一難題的分析。像小波變換、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)及模糊理論等理論用來對(duì)故障信號(hào)進(jìn)行分析與處理。3 多判據(jù)信息融合選線方法3.1引言各種選線原理針對(duì)的故障特征量各不相同，因此在實(shí)際選線中可能會(huì)由于某些故障

26、特征量的信號(hào)微弱或差異不顯著而造成某些選線原理不能得出正確結(jié)果。因此為了最大限度地提高選線準(zhǔn)確率，應(yīng)該在保證滿足選線時(shí)限要求的情況下，盡量多地選用有互補(bǔ)性的選線原理來綜合選線。下面分別為nus、nes和nrs選出三種使用效果較好且彼此間互補(bǔ)性較好的選線原理。3.2選線原理選擇3.2.1中性點(diǎn)不接地方式下選線原理選擇對(duì)于nus，選用零序無功功率法、零序電流比幅法、零序電流比相法這三種選線原理。（1）零序無功功率法：由以上分析可知，該選線原理對(duì)于nus選線準(zhǔn)確率較高，因此選擇作為第一種選線原理；（2）零序電流基波比幅法：由于零序無功功率法只是抽取了各條線路零序電流中的無功部分進(jìn)行比較，在某些情況下

27、可能會(huì)受到相位測(cè)量的影響。而零序電流基波比幅法則會(huì)充分利用“故障時(shí)故障線路零序電流等于其它所有線路零序電流的向量和"這一原理，而且其中的相位判斷只要能顯示為容性或者感性即可，誤差容忍度很大。因此選擇零序電流比幅法作為第二種選線原理，與零序無功功率法配合可以實(shí)現(xiàn)對(duì)零序電流幅值信息的充分利用；（3）零序電流比相法：前面兩種選線原理在判斷時(shí)都是以零序電流量的幅值為側(cè)重點(diǎn)，兼顧了其相位反映出來的容性或者感性的性質(zhì)，但均沒有充分利用零序電流的相位信息，這樣有可能會(huì)同時(shí)出現(xiàn)誤判。例如，在同一母線的各條出線長度相差比較懸殊的情況下，短線路上發(fā)生單相接地故障時(shí)，長線路上的零序電流相對(duì)故障線路來說零序

28、電流也比較大，在實(shí)際測(cè)量中其有效值甚至可能大于故障線路的值，此時(shí)僅僅通過簡單判斷各線路零序電流容性或者感性的性質(zhì)，就有可能出現(xiàn)誤判了。因此選擇零序電流比相法作為第三種選線原理，與前兩種方法配合可以實(shí)現(xiàn)對(duì)零序電流幅值和相位信息的充分利用。3.2.2諧振接地方式下選線原理選擇對(duì)于nes，選用突變量檢測(cè)法、零序有功功率法、零序?qū)Ъ{法這三種選線原理。（1）突變量檢測(cè)法： 該方法去噪與選線相結(jié)合，抗干擾強(qiáng)，計(jì)算精度受采樣頻率影響較小，計(jì)算量小，精度高，因此選擇作為第一種選線原理；（2）零序有功功率法：由于nes中消弧線圈自身電阻及串并聯(lián)電阻的影響，使得零序有功功率法具有較高的靈敏度，因此選擇作為第二種選

29、線原理；（3）零序?qū)Ъ{法：該方法利用中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)或中性點(diǎn)諧振接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地時(shí)，測(cè)得的故障線路零序?qū)Ъ{大小和相位發(fā)生變化的原理進(jìn)行故障選線，根據(jù)各線路實(shí)際零序?qū)Ъ{設(shè)定整定值，選線更加靈敏和可靠，作為第三種選線原理。3.3 綜合選線方案回顧小電流接地系統(tǒng)單相接地故障自動(dòng)選線技術(shù)的發(fā)展歷程，自動(dòng)選線技術(shù)已經(jīng)經(jīng)歷了三個(gè)階段。第一個(gè)階段是孤立選線方式階段，典型方法是零序電流過流保護(hù)和零序無功方向保護(hù)。孤立選線方式的特點(diǎn)是，當(dāng)發(fā)生單相接地時(shí)，各條線路只依據(jù)本線路的故障信號(hào)獨(dú)立判斷本線路是否發(fā)生故障，線路之間沒有信號(hào)聯(lián)絡(luò)。孤立選線方式配置簡單，常規(guī)繼電器即可實(shí)現(xiàn)，不需要專門的選線裝置。但孤立選線方

30、式對(duì)故障信息的利用率太低，無法適應(yīng)復(fù)雜的小電流單相接地故障。第二個(gè)階段是群體選線方式階段，典型方法是群體比幅比相法。群體選線方式實(shí)現(xiàn)了被識(shí)別對(duì)象中多源信息的溝通。選線裝置綜合利用電網(wǎng)中各線路的測(cè)量數(shù)據(jù)做出選線識(shí)別，使選線性能大幅度提高。但由于現(xiàn)有的群體選線方法利用的故障信息形式單一，仍未能很好地解決選線問題。從信息融合的觀點(diǎn)看，群體選線方式可以理解為具備了低級(jí)的融合含義。群體選線方式的信號(hào)處理與選線識(shí)別過程。群體選線方式可以認(rèn)為是一種特征級(jí)的融合。在這種選線方式中，整個(gè)電網(wǎng)各條線路的測(cè)量數(shù)據(jù)匯集在一起，共同參與了選線，使得選線決策能夠從被識(shí)別對(duì)象全局狀況出發(fā)，而不是像孤立選線那樣，僅根據(jù)一個(gè)測(cè)

31、點(diǎn)的數(shù)據(jù)做出判斷。從這個(gè)意義上說，群體選線方式具有優(yōu)良的性質(zhì)。第三階段是將多種選線方法簡單融合，采用“舉手表決"機(jī)制。繼承和發(fā)揚(yáng)了上述選線方式的優(yōu)點(diǎn)，研究如何進(jìn)行多判據(jù)的信息智能融合。多判據(jù)智能融合希望每個(gè)判據(jù)能夠輸出表征一條線路表現(xiàn)出故障特征程度的數(shù)值屬性描述，融合層需要對(duì)各個(gè)判據(jù)的數(shù)值屬性進(jìn)行智能融合，這也需要對(duì)每種方法的有效性做出一個(gè)數(shù)值描述，最后得出一個(gè)綜合選線結(jié)果。3.4模糊選線模糊選線是運(yùn)用模糊理論實(shí)現(xiàn)多判據(jù)選線信息融合，根據(jù)判據(jù)規(guī)則建立各選線方法的故障測(cè)度隸屬函數(shù)(表征一條線路表現(xiàn)出故障特征程度的數(shù)值屬性描述)和各選線方法的權(quán)系數(shù)隸屬函數(shù)(表征一種方法的可信度)。多種選

32、線方法可能有多種的選線結(jié)果，因?yàn)樗鼈冞x線的依據(jù)是不同的故障特征，故障特征在不同的故障條件下的表現(xiàn)程度是不一樣的。顯然某一選線方法所依據(jù)的特征相對(duì)明顯時(shí)，我們應(yīng)給予這種判據(jù)更多的重視。這樣，方法融合時(shí)的權(quán)系數(shù)就不能設(shè)為定值，而應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況而變化。最后對(duì)各個(gè)判據(jù)的數(shù)值屬性進(jìn)行融合，得出一個(gè)綜合選線結(jié)果。4 小電流系統(tǒng)選線問題4.1檢測(cè)信號(hào)原因分析在目前小電流接地選線裝置中出現(xiàn)選線不正確以及誤判較多的情況，除從選線判據(jù)選擇的方面存在一定缺陷外，在工程應(yīng)用中也存在檢測(cè)等方面的問題。從小電流系統(tǒng)單相接地時(shí)與正常運(yùn)行時(shí)，狀態(tài)信息的不同看，故障線路的判定似乎非常容易，然而事實(shí)并非如此，其原因主要有以下四點(diǎn)

33、：(1)電流信號(hào)太小小電流系統(tǒng)單相接地時(shí)產(chǎn)生的零序電流是系統(tǒng)電容電流，其大小與系統(tǒng)規(guī)模大小和線路類型(電纜或架空線)有關(guān)，數(shù)值甚小，經(jīng)中性點(diǎn)接人消弧線圈補(bǔ)償后，其數(shù)值更小，且消弧線圈的補(bǔ)償狀態(tài)(過補(bǔ)償、欠補(bǔ)償、完全補(bǔ)償)不同，接地基波電容電流的特點(diǎn)與無消弧線圈補(bǔ)償時(shí)相反或相同，對(duì)于有消弧線圈的小電流系統(tǒng)采用5次諧波電流或零序電流有功功率方向檢測(cè)，而5次諧波電流比零序電流又要小2050倍，此問題對(duì)于sfb頻段不存在。(2)干擾大、信噪比小小電流系統(tǒng)中的干擾主要包括2方面：一是在變電站和發(fā)電廠的小電流系統(tǒng)單相接地保護(hù)裝置的裝設(shè)地點(diǎn)，電磁干擾大；二是由于負(fù)荷電流不平衡造成的零序電流和諧波電流較大，特

34、別是當(dāng)系統(tǒng)較小，對(duì)地電容電流較小時(shí)，接地回路的零序電流和諧波電流甚至小于非接地回路的對(duì)應(yīng)電流。(3)隨機(jī)因素影響的不確定我國配電網(wǎng)一般都是小電流系統(tǒng)，其運(yùn)行方式改變頻繁，造成變電站出線的長度和數(shù)量頻繁改變，其電容電流和諧波電流也頻繁改變；此外，母線電壓水平的高低，負(fù)荷電流的大小總在不斷地變化；故障點(diǎn)的接地電阻不確定等等。這些都造成了零序故障電容電流和零序諧波電流的不穩(wěn)定。(4)電容電流波形的不穩(wěn)定小電流系統(tǒng)的單相接地故障，常常是間歇性的不穩(wěn)定弧光接地，因而電容電流波形不穩(wěn)定，對(duì)應(yīng)的諧波電流大小隨時(shí)在變化。4.2誤判原因分析由于各種干擾的影響，特別是當(dāng)系統(tǒng)較小或是加裝自動(dòng)調(diào)諧的消弧線圈后，電容電

35、流數(shù)值較小，接地點(diǎn)電弧電阻不穩(wěn)定時(shí)，零序電流(或諧波電流)數(shù)值很小，可能被干擾淹沒，其相位不一定正確，從而造成誤判。工程上所采用的零序電流互感器精度太低。當(dāng)原方零序電流在5 a以下時(shí)，許多廠家生產(chǎn)的零序電流互感器，帶上規(guī)定的二次負(fù)荷后，變比誤差達(dá)20以上，角誤差達(dá)20°以上，當(dāng)一次零序電流小于1 a時(shí)二次側(cè)基本無電流輸出，無法保證接地檢測(cè)的準(zhǔn)確度，且選線檢測(cè)裝置用的電流變換器線性性能差，目前變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的選線檢測(cè)元件大多按保護(hù)級(jí)選擇，保護(hù)級(jí)互感器在所測(cè)電流遠(yuǎn)小于額定電流值時(shí)，綜合誤差難以滿足要求，兩級(jí)電流變換元件的總誤差是造成現(xiàn)場誤判的主要原因。工程實(shí)際中使用的零序?yàn)V序器的線性測(cè)

36、量范圍超出了實(shí)際可能的接地電容電流。(1)零序電流互感器誤差分析零序電流互感器的工作條件屬于套管型(或稱母線型)電流互感器，這種電流互感器原方無繞組，而是將被測(cè)回路的導(dǎo)體(引線套管或匯流排)或電纜穿過它的內(nèi)孔，作為原方繞組，因而僅有l(wèi)匝。套管型電流互感器在其原方電流小于100a時(shí)已不能保證準(zhǔn)確度，一般的電流互感器在制作時(shí)，額定電流400a以下多采用多匝式結(jié)構(gòu)，這是因?yàn)殡娏骰ジ衅鞯恼`差決定于它的鐵心所消耗的勵(lì)磁安匝占原方繞組總勵(lì)磁安匝的百分?jǐn)?shù)，對(duì)于同一臺(tái)鐵心，在相同的原方電流下，原方繞組匝數(shù)越少，誤差越大。套管型電流互感器原方繞組僅有1匝，原方電流里激磁電流占的比例較大，造成較大誤差。而零序電流

37、互感器實(shí)際應(yīng)用在小電流接地系統(tǒng)中，其原方電流值均很小，正常運(yùn)行時(shí)其原方基本無電流，出現(xiàn)接地故障時(shí)其原方電流也很小，一般在10a以下。如該系統(tǒng)接地故障電流大于10a時(shí)，規(guī)程規(guī)定要裝設(shè)消弧線圈進(jìn)行補(bǔ)償，帶有消弧線圈補(bǔ)償時(shí)接地故障電流更小，在這樣小的原方電流下常規(guī)零序電流互感器的變比和相角誤差均很大，所以一般各互感器生產(chǎn)廠家對(duì)零序電流互感器均不能給出變比，也無誤差保證指標(biāo)。為國內(nèi)某知名互感器廠所生產(chǎn)的零序電流互感器的實(shí)際一、二次電流變化曲線。可知：零序電流互感器的電流變比值隨一次電流值變化很大，而一次電流在小于1 a時(shí)，已經(jīng)不能再給出具體的二次電流輸出值。經(jīng)實(shí)際測(cè)量，在原方零序電流為5 a以下時(shí)，各

38、廠家生產(chǎn)的零序電流互感器，帶上規(guī)定的二次負(fù)荷后，變比誤差達(dá)2080，使得利用零序電流大小與方向、零序電流中5次諧波電流大小與方向和零序有功、無功功率原理的接地檢測(cè)裝置和微機(jī)保護(hù)無法保證接地檢測(cè)的準(zhǔn)確度。(2)零序?yàn)V序器的誤差分析工程實(shí)際中使用的零序?yàn)V序器大多為三相保護(hù)用電流互感器的組合，即用三相保護(hù)電流合成零序電流，眾所周知零序?yàn)V序器本身固有的不平衡輸出使其準(zhǔn)確性較低，而且一般保護(hù)用電流互感器在一次電流低于50額定電流值時(shí)誤差已不能保證，隨著系統(tǒng)容量的增大考慮到電流互感器飽和的原因，保護(hù)所使用的電流互感器的變比逐漸增大，額定一次電流值多大于等于600 a，因此在接地電容電流小于10a的小電流接

39、地系統(tǒng)使用零序?yàn)V序器，單相電容電流僅為保護(hù)用互感器一次額定電流的0.6，互感器綜合誤差根本無法保證。4.3本章小結(jié)從檢測(cè)方法上得到了較為滿意的原理和方法選擇，但根據(jù)目前使用的選線裝置的使用來看，雖然從理論的角度都有一定的先進(jìn)性和可用性，但在實(shí)際的使用中卻存在一定的問題，主要問題在于檢測(cè)方面的問題。本章結(jié)合實(shí)際情況，對(duì)小電流系統(tǒng)選線問題中的檢測(cè)信號(hào)原因和誤判斷原因進(jìn)行了分析，具有指導(dǎo)的意義。5結(jié)論與展望論文主要探討小電流接地系統(tǒng)單相接地的故障選線問題，并分析現(xiàn)有選線方法的優(yōu)缺點(diǎn)，適用范圍，研究了多判據(jù)信息融合選線方法及小電流選線系統(tǒng)的問題，主要總結(jié)如下：（1） 對(duì)小電流選線方法進(jìn)行了分析，闡述了故障暫態(tài)算法和故障穩(wěn)態(tài)算法；（2） 進(jìn)行了多判據(jù)信息融合