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淺析小電流接地選線現(xiàn)狀研究
電力系統(tǒng)由于變壓器、線路設(shè)備等的非線性影響，線路電流中存在著諧波分量，以下是小編搜集整理的一篇探究小電流接地選線現(xiàn)狀的論文范文，供大家閱讀參考。
【摘 要】通過(guò)對(duì)目前國(guó)內(nèi)小電流接地選線原理的分類和選線裝置的使用現(xiàn)狀研究，闡述了單相接地后系統(tǒng)中零序電流的流向特征，小電流接地選線中存在地問(wèn)題和今后的研究方向。
【關(guān)鍵詞】小電流接地;選線;五次諧波法
1.引言
在我國(guó)低電壓等級(jí)(6～66kV)電力系統(tǒng)中，配電系統(tǒng)的中性點(diǎn)一般采用不接地或經(jīng)消弧線圈接地兩種方式，統(tǒng)稱為小電流接地系統(tǒng).有關(guān)規(guī)程規(guī)定小電流接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時(shí)可以繼續(xù)運(yùn)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電壓，長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)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(tǒng)的過(guò)電壓，損壞設(shè)備，破壞系統(tǒng)的安全運(yùn)行。
如何快速準(zhǔn)確地檢測(cè)出故障線路是小電流接地保護(hù)系統(tǒng)的關(guān)鍵。
現(xiàn)有的選線原理可以分為：基于穩(wěn)態(tài)分量的選線方法、基于暫態(tài)分量的選線方法和外施影響法的三大類.
國(guó)內(nèi)主要的小電流接地選線技術(shù)：對(duì)中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)，采用基波零序電流方向判別法;對(duì)中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈直接接地系統(tǒng)，采用5次諧波判別法;對(duì)中性點(diǎn)經(jīng)自動(dòng)跟蹤消弧線圈及阻尼電阻接地系統(tǒng)，采用有功分量判別法。
1.1選線啟動(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檻值作為啟動(dòng)條件。
(1)
式中：U0(k)―當(dāng)前的零序電壓幅值;Uzd1―零序電壓整定值，取絕緣監(jiān)視電壓，根據(jù)系統(tǒng)不對(duì)稱度等參數(shù)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。在選線裝置中，可同時(shí)采用上述2種方案，即同時(shí)滿足式(1)、式(2)時(shí)，開放選線裝置的正電源。
1.2故障相的確定
在其它兩相電壓超過(guò)設(shè)定的高門檻值的同時(shí)，自身電壓低于設(shè)定的低門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(duì)地電壓抬升至√3倍，故容易確定用于接地選相的2個(gè)電壓門檻值。
2.選線方法
2.1零序電流比幅比相法
在中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)中，故障線路零序電流的大小等于所有非故障線路的零序電流之和，方向與非故障線路的零序電流方向相反.比幅比相法就是依據(jù)這個(gè)特點(diǎn)檢測(cè)故障線路.零序電流比幅比相法是目前應(yīng)用最為廣泛的一種方法，在不接地系統(tǒng)中，這種方法的應(yīng)用效果較好，但是在消弧線圈接地系統(tǒng)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(qiáng)烈的暫態(tài)過(guò)程.此時(shí)，暫態(tài)零序電流幅值與未補(bǔ)償?shù)墓ゎl零序電流之比近似等于暫態(tài)信號(hào)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(bǔ)償?shù)墓ゎl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(lì)下，各線路自身或多條線路之間的諧振過(guò)程.考慮到系統(tǒng)阻尼，暫態(tài)零序電流應(yīng)該由若干個(gè)指數(shù)函數(shù)或按指數(shù)衰減的正弦信號(hào)組成.由故障線路從故障點(diǎn)到母線區(qū)段和所有健全線路之間串聯(lián)諧振產(chǎn)生的零序電流(稱為主頻信號(hào))、在故障線路和所有健全線路的暫態(tài)零序電流中均占主要成分.可以證明，對(duì)于任何系統(tǒng)主頻信號(hào)頻率均小于X′且大于XL′.因此，SFB頻帶內(nèi)包含了暫態(tài)零序電流的主要能量，可保證檢測(cè)可靠性和靈敏度.間歇性接地故障的電弧不穩(wěn)定，將持續(xù)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(tǒng)由于變壓器、線路設(shè)備等的非線性影響，線路電流中存在著諧波分量，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(yùn)行中較多地使用五次諧波分量法.從過(guò)渡電阻的非線性可知故障點(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(jù)諧波在整個(gè)系統(tǒng)內(nèi)分布和保護(hù)的要求，使用五次諧波分量為宜.NES中的消弧線圈是按照基波整定的，即有ωL≈1/ωC和5ωLμ1/5ωC，可忽略消弧線圈對(duì)五次諧波產(chǎn)生的補(bǔ)償效果，零序電流五次諧波分量在NES中有著與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的選線問(wèn)題。
2.3基于小波變換模極大值的選線方法
中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)的母線上一般接有多條饋線.這些饋線不僅存在電磁耦合，而且在A，B，C各相間也存在電磁耦合.故障線的故障相會(huì)出現(xiàn)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.故障線路的故障電流行波能量大于非故障線路，這是由于其他非故障線路上出現(xiàn)的電流行波分量都是由故障線路透射過(guò)去的，是故障線路行波分量的分流.由此，結(jié)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方法.實(shí)現(xiàn)方法如下：
使用ATP(AlternativeTransientsProgram)來(lái)模擬小電流接地系統(tǒng)單相接地故障，仿真所采用的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模型如圖1所示.線路參數(shù)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饋線長(zhǎng)度分別為10km，15km，8km，12km.值K取為1.4時(shí)便能完全滿足選線要求.假設(shè)線路1在距母線5km處A相發(fā)生接地故障，采樣頻率為200kHz.數(shù)據(jù)窗為故障前20ms至故障后60ms共80ms.ATP仿真后得到的4條出線的非故障相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(fù)荷電流分量，為了準(zhǔn)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的依據(jù).理論證明，小電流接地系統(tǒng)單相接地故障絕大多數(shù)發(fā)生在相電壓的峰值附近.對(duì)于架空線路其能量主要集中在300～1500Hz;對(duì)于電纜線路其能量主要集中在1500～3000Hz。
應(yīng)用MATLAB中的小波工具箱，編制程序?qū)�路1至線路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(jié)果�？梢钥闯�，線路1模極大值為8.5445，線路2模極大值為3.4768，線路3模極大值為3.5101，線路4模極大值為3.2117.顯然線路1B相暫態(tài)電流的模極大值遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其他線路B相暫態(tài)電流的模極大值，并且滿足M=M1/M31.4，因而能夠準(zhǔn)確選擇故障線路。
對(duì)仿真結(jié)果的分析表明，各出線非故障相暫態(tài)電流具有以下明顯特征，可用于選線。
線路發(fā)生單相接地故障時(shí)，故障線路非故障相的模極大值遠(yuǎn)大于非故障線路非故障相的模極大值，并且滿足一定的比值關(guān)系。
母線發(fā)生單相接地故障時(shí)，母線所有出線的模極大值相差不大，如果線路參數(shù)和長(zhǎng)度完全相同，各出線相與非故障相的模極大值均相等。
3.結(jié)論
綜上所述，得到以下幾點(diǎn)結(jié)論：
小電流接地選線技術(shù)是保護(hù)中的難點(diǎn)，迄今為止，接地選線的課題并未解決.目前，小電流接地的準(zhǔn)確動(dòng)作率比較低，尤其是對(duì)中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)，其準(zhǔn)確動(dòng)作率一般不超過(guò)75%。
目前，國(guó)內(nèi)的選線裝置多采用零序電流及其高次諧波原理實(shí)現(xiàn)故障選線，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(yùn)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(duì)突變的、微弱的非平穩(wěn)故障信號(hào)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(tǒng)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(yīng)用于故障選線。
小電流接地選線裝置，僅僅依靠一種原理實(shí)現(xiàn)百分之百正確故障選線是不可能的。只有根據(jù)系統(tǒng)的運(yùn)行工作情況有機(jī)地將各種理論完美地結(jié)合起來(lái)，揚(yáng)長(zhǎng)避短，才能達(dá)到滿意的效果。
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