单相接地（精选12篇）
单相接地 篇1
摘要：现阶段,小电流接地系统在我国中压电网中有着较为广泛的应用,然而在各种复杂影响因素的干扰下,单相接地故障选线问题的出现依旧层出不穷且屡禁不止,对设备、线路以及电网的使用安全性、可靠性以及稳定性造成了极大的威胁。基于此,结合国内外小电流接地系统单相接地选线方法的研究现状,并从一定的角度对多种选线方法的特征、优缺点以及应用状况展开探讨,提高小电流接地系统单相接地选线方法的准确性。
关键词：小电流接地系统,单相接地,线路故障,选线方法
在发生线路故障时,小电流接地系统单相接地依旧具有对称的接线电压,对用户的供电造成的影响相对较小,甚至可以忽略不计,同时根据有关规定和规程可知,故障线路依旧可以在短期内继续运行,对于供电可靠性以及安全性的提高有着重要的意义。不容忽视的是,系统运行方式、线路长短以及CT不平衡等一系列因素对选线方法的正确率、准确性造成的影响较大。所以,对小电流接地系统单相接地选线方法进行研究,有着十分重要的意义。
1 国内外研究现状
中性点非有效接地方式在前苏联国家的应用十分广泛,而美国的接地方式为大电流接地,对于故障线路而言,有着较大的电压和电流,这种接地方式以零序电流有功分量以及无功分量为基础,可提高选线的速度。德国孕育了中性点经消弧线圈接地方式并实现了其深入发展和广泛应用,在20世纪30年代其保护原理建立在接地故障暂态过程的基础上,现阶段谐振接地方式的应用十分广泛,而以扰动原理为基础的选线方法也在众多领域具有较为美好的发展前景。中性点经电阻接地系统在法国的应用时期长达几十年,目前已经被谐振接地系统所取代。以有功分量法为原理的精心设计的DESIR保护装置在解决线路不平衡问题方面具有较强的针对性,其选线方法主要是以零序电流变化量为基础,在高阻接地方面的识别率较高。20世纪90年代以后,接地选线保护更多地应用了专家系统以及人工神经网络等。
我国从20世纪50年代开始就对接地选线方法展开了较为深入的研究,微机型接地选线装置研制成功并实现了普遍应用,而以不同原理为基础设计而成的选线装置也实现了深入的发展。一般而言,在采用零序电流比幅比相法的情况下,中性点不接地系统以及中性点经电阻接地系统在故障线路的检测方面均具有较高的准确性,能够取得良好的应用效果[1]。
2 小电流接地系统单相接地常见选线方法
2.1 基于稳态分量的选线方法
零序电流比幅法可以将故障原件零序电流和非故障原件电容电流总和进行有效的对比,当前者数值较大时,可以对零序电流幅值高低展开对比分析,进而探索出故障线路所在。但是这种选线方法取得的效果要受很多复杂因素的影响,如不平衡的CT、系统运行方式以及线路长短等,所以该选线方法对于经消弧线圈接地系统而言,其广泛应用受到了很大的限制。
零序电流相对相位法可以根据非故障以及故障线路零序电流流动方向特点为依据,对故障线路进行有效地分析。然而需要重视的是,这种选线方法在判断故障线路位置时,极易在同互感器距离较大、线路长度不够以及零序电压不高的影响下产生偏差。同时,系统运行方式、过渡电阻以及电流的不平衡也会在一定程度上对故障线路的判断产生干扰,所以在中性点经消弧线圈接地系统中,这种选线方法的效用很难实现最大化的发挥。
群体比幅比相法可以首先系统地分析故障线路零序电流幅值,进而根据科学合理的判断剔除幅值不高的电流,最后可以此为基础比较相位,故障线路即方向同其他线路存在差异的线路。然而在干扰以及噪声的消极作用下,零序电流的相角以及幅值可能与判断依据有很大的矛盾,判断错误和判断缺漏的出现往往难以避免,影响因素还包括过渡电阻及CT不平衡等,并且在相位的判断过程中,死区和盲点的存在也在一定程度上对故障线路的查找造成影响。
2.2 基于暂态分量的选线方法
首半波法假设了接地故障在相电压接近最大值的瞬间发生。选线方法是以故障以及非故障线路中暂态零序电流首半波方向的差异性特征为依据的,然而这种方法原理在面对接地故障相电压相对较小时很难进行全面、准确的反映,并且接地过渡电阻容易对这一方法造成一定的干扰,工作死区的存在也会对故障线路的判断产生不同程度的影响。
暂态能量法可立足于能量观点对系统故障全过程进行有力的解释,这种选线方法充分参考了零序能量函数,对电流参考方向有着全面综合的考虑[2]。在单相接地故障线路中,故障电流以及电压的暂态过程并不会持续很长的时间,其特征信息具有丰富性特点,所以暂态信息的系统分析可以利用一系列科学合理的分析方法及手段,对故障选线有着重要的意义。小波变换特点具体体现为时频的同时局部化,可以对故障暂态特征进行深入了解并加以提取。
在小波分析过程中,可以通过分析其变换的多分辨率,在一定的频率空间中分解暂态信号,将非故障线路电流特征与故障线路暂态零序电流特征分量幅值展开对比分析,同时选线依据应充分考虑故障线路、非故障线路差异化的特征分量相位。需要注意的是,小波分析法在查找故障线路的过程中,突变信号的干扰深受干扰信号及过渡电阻的影响,因而要想使其得以广泛应用可谓是任重道远。
2.3 综合法
模糊神经网络法能够有效处理模糊信息,可以有机结合能量函数法以及连续电流群体比幅比相法,同时实现这两种方法效能的最大化发挥,合理地改进算法同时获取有关样本,然后充分地利用模糊神经网络的功能,在极大、极小神经网络的作用下,展开一系列的训练活动。选线方法的选择依据主要为经过多层训练的收敛结果,该方法赋予了系统运行方式以及电网结构较高的独立性,有着鲜明的比较特征量。除此以外,同其他的选线方法相比,在选线准确率方面也具有较为突出的优势[3]。
多层前溃神经网络法以及模式识别充分运用了统计模式,其选线依据立足于人工神经网络方法以及贝叶斯的决策方法,能够以故障模式视角系统分析故障线路零序电流,而故障模式的判断同人工神经网络的学习及训练有着紧密的关联,这种具有较高准确率和较低错误率的选线方法在故障选线中扮演着重要角色。同时,要对故障选线具体特点有全面的了解和深入的掌握,对选线识别框架分配函数进行科学的构建,可通过证据理论模型的构建对故障选线问题进行科学合理的判断,为选线方法的判定提供有力的支撑,这种选线方法中综合选线策略的制定立足于信息的融合。
3 结语
总之,在电网规模逐渐扩大和电缆线路不断增多的现代化社会,随着单相接地电容电压的增加,难以规避的线路故障的出现也给线路、电网安全埋下了较大的隐患,对设备的维护和线路保护工作的推进造成了诸多影响。为此,要对小电流接地系统单相接地选线方法进行更深入的研究,从线路故障的具体实际情况出发,有选择地借鉴并适当引进国外先进科学技术及手段,并对电缆、线路运行状况展开严密的监控与检测,以更好地发现、分析和解决线路故障问题。
参考文献
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单相接地 篇2
在小电流接地的配电网中，一般装设有绝缘监察装置。当配电网发生单相接地故障时，由于线电压的大小和相位不变（仍对称），况且系统的绝缘水平是按线电压设计的，所以不需要立即切除故障，尚可继续运行不超过2h。但非故障相对地电压升高1.732倍，这对系统中的绝缘薄弱点可能造成威胁。此外，在仍可继续运行时间内，由于接地点接触不良，因而在接地点会产生瞬然熄的间歇性电弧放电，并在一定条件激励下产生谐振过电压，这对系统绝缘造成的危害更大。为此，必须尽快处理排除单相接地故障，确保电网安全可靠运行。1 单相接地故障的特征 单相接地
（1）配电系统发生单相接地故障时，变电所绝缘监察装置的警铃响，“××母线接地”光字牌亮。中性点经消弧线圈接地的，还有“消弧线圈动作”的光字牌。（图1）
（2）当生发接故障时，绝缘监察装置的电压表指示为：故障相相电压降低或接近零，另两相电压高于相电压或接近于线电压。如是稳定性接地，电压表指示无摆动，若是电压表指针来回摆动，则表明为间歇性接地。
（3）当发生弧光接地产生过电压时，非故障相电压很高，电压表指针打到头。同时还伴有电压互感器一次熔丝熔断，严重时还会烧坏互感器。
但在某些情况下，配电系统尚未发生接地故障，系统的绝缘没有损坏，而是由于产生不对称状态等，绝缘监察也会报出接地信号，这往往会引起误判断而停电查找。2 单相接地信号虚与实的判断
（1）电压互感器高压熔断器一相熔断报出接地信号时，如果故障相对地电压降低，而另两相电压升高，线电压不变，此情况则为单相接地故障。
（2）变电所母线或架空导线的不对称排列；线路中跌落式熔断器一相熔断；使用RW型跌落式开关控制长线路的倒闸操作不同期等，均会造成三相对地电容不平衡，从而使中性点电压升高而报出接地信号，此情况多发生在操作时，而线路实际上并未发生接地。
（3）在合闸空母线时，由于励磁感抗与对地电抗形成不利组合而产生铁磁谐振过电压，也会报出接地信号。此情况多发生在单相断线，间歇性弧光接地等引起的谐振过电压所致，而系统并未发生接地故障。
（4）当10kV线路遭受雷击而产生弧光接地时，使健全相电压互感器电压突然升高，线圈流过很大励磁涌流，使互感器铁心磁饱和，导致线圈电感减少，感抗降低。当感抗小于容抗，健全相互感器铁心磁饱和后，会使中性点电压升高，这时绝缘监察也报出接地信号，实际上电网并未发生接地。
（5）10kV电网运行中，由于单相导线断线；避降调荷时的人为“缺相运行”；大功率单相设备的投运等，均会造成三相负荷的严重不平衡，从而导致中性点电压升高，此时绝缘监察也报出接地信号，而电网并未发生接地。
（6）10kV线路遭受雷击时，由于电场发生突变，导线上束缚电荷变成自由电荷，向导线两侧以近似光速运动，形成过电压进行波而产生感应过电压。此进行波到达线路避雷器时，当冲击电压大于避雷器放电电压时，间隙击穿放电电压受到限制。但由于避雷器放电间隙伏安特性不一致，阀片非线性系数不同及制造工艺的影响等，使各相避雷器放电电压、残压、灭弧电压不等，导致放电有快有慢而出现三相电压不平衡，从而使中性点电压升高，报出接地信号，然而电网并未发生接地故障。3 单相接地故障的处理
在小电流接地电网的运行中，当发生单相接地故障，绝级监察报出接地信号时，运行值班人员应沉着冷静进行处理。根据信号、电压表指示、天气情况、运行方式等进行综合分析，区分接地信号的虚与实。并及时向上级调度和领导汇报，做好有关现象的记录。
在进行判断处理时，首先应根据接地故障特征，判明故障性质与相别。其次进行分网运行，缩小停电范围，在分网运行时应考虑各部分之间功率平衡，继电保护配合等因素。而后再检查所内电气设备有无故障：如设备瓷质部分有无损坏，有无放电闪络；设备上有无落物、小动物及外力破坏现象；有无断线接地。再检查互感器熔丝有无熔断，避雷器、电缆头有无击穿损坏等，在确定所内设备无问题的前提下，用瞬停依次拉闸查找法。
目前，有些35kV变电所10kV出线装有接地信号装置，或微机选线装置，当装置正常投入运行时，接地故障线路是很容易区分查出。若是出线未装接地信号装置，其查找处理办法是：依次断开10kV线路母线的分路开关，如断开某路开关接地信号消失，绝缘监察电压表指示恢复正常，即表明所停电线路有接地故障，即可安排消除故障。
假如瞬停分路开关后接地信号仍然存在，说明接地故障不发生在此线路，应立即恢复供电，再依瞬停其他线路，千万不可将所有出线全部断开进行查找。如是将所有10kV出线开并全部断开，就是切除所有出线的对地电容电流，这样会造成系统电容电流的大幅度降低，导致残余电流过大，消弧线圈失去消弧作用，从而在接地点产生间歇性弧肖放电，引发产生过电压，威胁设备绝缘安全。为此，采用瞬停查找法时，千万不可全部断开出线开并查找，而是停一路查一路，恢复供电后再停另一路。
单相接地 篇3
关键词：小电流接地系统；故障选线
中图分类号：TM713 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2015）18-0107-02
小电流接地系统就是中性点非直接接地系统，包括了中性点不接地系统、经消弧线圈接地系统以及经高阻接地系统。由于技术水平等因素的影响，不同国家在电网建设中对中性点的处理方式具有很大差异。
在我国的3～66 kV中低压配电网中，通常采用中性点不接地系统或者经消弧线圈接地系统。据相关统计数据表明，在电网系统故障中，单相接地的故障所占比例最高，达80%以上，而在小电流接地系统中，单相接地故障的发生，不会形成短回路，三相线依然可以继续供电，但是随着电网建设的推进，由于没有可靠的选线方法，小电流接地系统单相接地故障越来越复杂，而现有的配电网自动化系统，无法定位小电流接地故障，因而影响了小电流接地系统的使用。
1 小电流接地系统单相接地的故障特征
1.1 中性点不接地系统单相接地故障
在现有的配电网系统中，电源的三相电动势相同，而电网的线电压为电源两相电动势的差。
在日常运行中，每条线路与大地之间的电容一样，中性点没有电压，当单相接地故障发生时，三相与大地之间通路的对称性被打破，中性点的电位会发生变化，使没有接地的两相电压值升高。
在单相金属性接地故障时，该相与大地直接连通，电压变为0，而中性点的电压成为相电压，其余两项电压变为原来根号的三倍，导致配电网中出现零序电压。
1.2 中性点经消弧线圈接地系统单相接地故障
由于中性点不接地系统发生单相接地故障时，接地点会产生电流，如果这个电流很大，就可能会引起弧光过电压，导致其余两相对地电压变大，促使导线外表的绝缘层损坏，造成多点接地故障，严重时会导致大面积的停电事故。如果在中性点加入电感线圈，那么在发生单相接地故障时，就可以抵消接地点的电容电流，降低多点接地事故的出现，但是消弧线圈的使用会改变故障线路零序电流的方向和大小。
为了解决这个问题，人们提出了全补偿、欠补偿、过补偿三种方式，由于全补偿会导致电源中性点电压变高，损害设备的绝缘层，目前应用得很少；欠补偿会影响线路的检修等工作，应用也比较少；大多数配电网的建设中，都会采用过补偿的方式。
2 现有小电流接地系统单相接地故障的选线方法
2.1 零序电流比较法
当小电流接地系统发生单相接地故障时，故障元件中的零序电流，在数值上与全系统非故障元件的对地电流相同，因此故障线路上的零序电流最大，而且与没有故障的零序电流方向不同，这样通过比较零序电流的幅值和相位，很快就能发现故障。在实际的应用中，谐振接地系统中的消弧线圈，能够补偿零序电流，因此该方法无法发挥作用，此外零序电流比较法还会受到线路长短、电流互感器不平衡电流和过渡电阻等影响。
2.2 谐波法
受到实际因素的影响，大多电气设备都是非线性的，使得故障电流中会存在谐波。大量的实践研究发现，故障电流中以五次谐波分量为主，由于谐振接地系统中的消弧线圈会按照基波整定，对五次谐波的影响很小，可以忽略不计，因此在小电流接地系统和谐振接地系统中的五次谐波分量相同，如果利用电流的幅值和相位进行比较，就能够很好的解决选线问题。在实际的使用过程中，单相接地故障产生的谐波，受到谐波源、故障位置等因素影响较大，通常情况下，故障电流中的谐波很少，而且极其不稳定，导致检测的灵敏度较低，应用的效果较差。
2.3 能量法
经过接地后零序电流和电压构成能量函数，可以得出没有发生故障线路的能量总是在0以上，而消弧线圈的能量函数，和没有故障线路类似，因此配电网中没有故障线路的能量，都是由故障线路传递出去的，导致故障线路的能量总是在0以下。这样比较能量函数的大小和方向，就能够判断具体接地的线路，电网在实际的运行中，零序能量函数包括电感和电容能量，两者之间会不断地进行交换，使得能量函数与故障产生的能量不符，影响能量法应用的效果。
2.4 有功分量法
由于故障电流中有有功分量，没有故障线路中的有功分量，都是从故障点返回的，这样利用线路中的有功分量的大小和方向，就能够选出故障的线路。从某种意义上来说，这种方法是零序功率方法的变形，将原来的零序电流和电压比向范围，从90 ？觷增加到了180 ？觷，为选线提供了有效保障。但在实际的检测中，没有故障线路和消弧线圈产生的有功分量很小，加上间歇性接地故障等影响，有功分量法没有足够的可靠性。
2.5 残流增量法
在实际的配电网系统中，自动调谐消弧线圈应用得越来越多，在发生接地故障后，可以自动调节到最佳补偿状态，促进故障熄弧，残流增量法就是利用这种补偿度的改变，选择出发生故障的线路，但是这种方法受到间歇性接地故障和弧光接地故障的影响很大，在面对复杂的故障时可靠性不够。
3 小电流接地系统单相接地故障选线解决措施
通过分析现有小电流接地系统单相接地故障选线方法发现，目前使用的方法都存在一定的局限性，使得选线结果没有足够的可靠性，要想很好地解决这个问题，最佳的方法是结合多种选线方法，对选线进行综合性的判断，发挥不同选线方法的优势，增加正确选线的故障范围，提高选线结果的准确性。在实际的应用中，每种选线方法的使用都有前提条件，在某些特定的条件下，一种选线方法可能无法适用，但是必然会有其他的几种方法适用，利用多种方法判断故障的重复区域，必然会比一种方法判断的结果更加可靠，这是多种选线方法综合应用的最大优势。如果遇到某个故障，每种方法的应用条件都无法满足，可以对这些条件进行融合，得到一个充分可信的判断结果，如综合几种故障判断方法后，得出3个判断依据，分别对应3种选线方法，那么不符合这些判断依据的故障就可以采用除这3种选线方法之外的其他方法。
4 结 语
小电流接地系统在我国中低压配电网中，得到了广泛的应用，单相接地故障选线，对于我国中低压电网运行的可靠性，具有非常重要的意义，经过了多年的研究和实践，目前有很多小电流接地系统选线的原理和方法，每种方法都有自身的优点和局限性，导致小电流接地系统单相接地故障选线，依然是影响电网稳定的一个难点。
本文根据不同选线方法的特点，提出了多判断依据的综合选线方法，结合实际小电流接地系统的工作情况，可以随意的选择多种判断依据，相信随着技术水平的提高，选线判断依据会得到不断的完善，使得不同判据之间的互补性得到增强，从而提高实际选线的效果。
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单相接地 篇4
小电流接地方式主要有中性点不接地、中性点经消弧线圈接地和中性点经高阻抗接地等方式, 其中中性点经消弧线圈接地系统又称为谐振接地系统。单相接地故障是配电网中的常见故障[1], 当发生单相接地故障时, 故障相电压会降低, 非故障相电压会升高, 但线电压仍然保持对称, 所以不影响供电, 可继续运行1～2 h, 不需要立即跳闸, 短时间内不影响用户供电, 提高了供电的可靠性, 这是小电流接地系统的一个优点。但如果发生永久性单相接地故障而长时间不排除, 会导致线路的绝缘水平降低, 容易引发更严重的故障, 如相间短路或多点接地;当发生弧光接地时会导致全系统过电压, 进而损坏设备, 影响安全生产, 降低供电的可靠性, 因此必须在最短的时间内找出故障线路并排除故障。对于谐振接地系统来说, 由于消弧线圈的补偿作用[2,3], 发生单相接地故障时故障线路的电流很小且方向不确定, 使得选线难度很大。因此, 笔者采用Matlab软件中的电力系统工具箱搭建了谐振接地系统单相接地故障模型并对其进行了仿真分析, 为进一步研究选线方法提供了依据。
1 谐振接地系统单相接地故障分析
1.1 零序电压变化规律
图1为谐振接地系统单相接地故障的等值电路, 其中RN≠∞, L≠∞, 线路l2的A相发生单相经过渡电阻接地故障。
设谐振接地系统的零序电压为undefined, 由节点电压方程可知
undefined
则有
undefined
式中:R为电网各相对地总绝缘电阻;C为电网各相对地总电容; L为消弧线圈补偿电感;Rd为故障点过渡电阻;μ为消弧线圈补偿脱谐度, μ=1-1/ (3ω2LC) ;θ为功率角, θ=arctan{-3RdωCμ/[1+Rd (3RN+R) / (RNR) ]}。
可见, 谐振接地系统的零序电压大小与相电压、相对地绝缘电阻、故障相接地电阻、相对地电容、消弧线圈补偿脱谐度和消弧线圈并联电阻的大小有关。当电网参数固定时, 零序电压的大小只与消弧线圈补偿脱谐度和故障点接地电阻值有关。
根据式 (2) 可画出U0随Rd变化的偏移轨迹, 如图2所示。
从图2可看出, undefined随Rd的变化存在两种情况: (1) 当μ>0, 即系统处于过补偿状态时, undefined末端随Rd的增大按虚线1逆时针移动; (2) 当μ<0, 即系统处于欠补偿状态时, undefined末端随Rd的增大按虚线2顺时针移动。当Rd=0, 即A相发生金属性接地故障时, undefined;当Rd→∞时, undefined, 即系统处于正常运行状态。谐振接地系统与中性点不接地系统一样, 无论故障点过渡电阻和补偿程度如何变化, 系统线电压一直保持对称。
1.2 零序电流变化规律
在谐振接地系统中, 假设线路lk的A相发生单相金属性接地故障, 流经非故障线路li (i=1, 2, …n, 且i≠k) 上电流互感器的零序电流为
undefined
流经故障线路lk上零序电流互感器的零序电流为
undefined
式中:undefined为消弧线圈电感上产生的电流;undefined为消弧线圈并联电阻上产生的电流。
从式 (4) 可看出, 故障线路上的零序电流等于所有非故障线路上的零序电流、消弧线圈电感产生的电流和并联电阻产生的电流之和, 其大小和方向由消弧线圈补偿电感电流决定。故障线路零序电流性质及方向判断原则:
(1) 当系统处于欠补偿状态, 即undefined时, 故障线路的零序电流与消弧线圈补偿电流、补偿脱谐度和电网各对地电容电流的分布有关。当undefined时, 故障线路上测量的零序电流方向为由线路流向母线;当undefined时, 故障线路上测量的零序电流为纯有功电流, 方向为由线路流向母线;当undefined时, 故障线路上测量的零序电流为感性电流, 方向为由线路流向母线。
(2) 当系统处于全补偿状态, 即undefined时, 接地点处的电容电流与电感电流大小相同, 正好完全补偿, 接地点处的电流只有有功部分。在故障线路上测到的零序电流有两部分, 即本线路产生的容性无功电流, 方向由母线流向线路, 和由消弧线圈并联电阻与各相对地绝缘电阻产生的有功部分, 方向为由线路流向母线。
(3) 当系统处于过补偿状态, 即undefined时, 故障线路上的零序电流包括感性电流和有功电流两部分, 方向都为由线路流向母线。
2 基于Matlab的谐振接地系统仿真
2.1 小电流接地系统仿真模型
在Matlab软件中建立小电流接地系统仿真模型, 如图3所示。该系统是由5条电缆组成的辐射状网络, 采用无限大电源[4,5,6], 主变压器采用Three-Phase Transformer模型, 变比为110 kV/10 kV, 联结组别为YY0, 容量为31.5 MVA; Y0侧有中性点不接地、中性点经随调式消弧线圈接地和中性点经预调式消弧线圈接地三种接地方式, 图3采用中性点不接地方式。输电线路采用贝杰龙数学模型, 线路正序电阻R=0.17 Ω/km, 正序对地电感L=1.21 mH/km, 正序对地导纳为C=9.7 nF/km, 线路零序电阻R0=0.23 Ω/km, 零序对地电感L0=5.48 mH/km, 线路零序对地导纳C0=6 nF/km。整个出线总长度为40 km, 各线路的长度:l1=11 km, l2=6 km, l3=8 km, l4=10 km, l5=5 km。
2.2 系统故障分析
设线路l1发生单相接地故障, 故障相为A相, 故障点距离母线5 km, 故障时刻为t=0.015 s, 即A相电压达到最大值时发生金属性接地故障。此时分别对中性点不接地系统和谐振接地系统进行仿真研究。
中性点不接地系统的仿真波形如图4所示。从图4可看出, 当单相接地故障发生在故障相电压峰值附近时, 故障线路和非故障线路在故障起始时刻都有较高的高频振荡频率, 暂态过程在半个周波至一个周波内衰减为零, 之后零序电流中只有稳态信号, 故障线路和非故障线路的零序电流的暂态高频信号和稳态信号方向都相反。故障线路零序电流和接地电流的暂态高频部分和稳态工频基波部分方向相同, 但接地电流值比故障线路零序电流值大, 二者的差值即为故障线路本身对地电容产生的电容电流。故障线路和接地点处零序电流的稳态基波分量的相位超前于零序电压90°, 非故障线路零序电流的稳态基波分量的相位滞后于零序电压90°。零序电压经过一个短暂的暂态过程升高, 暂态振荡频率幅值较小。
全补偿状态下谐振接地系统的仿真波形如图5所示。从图5可看出, 系统在故障相电压峰值附近发生单相接地故障时, 其暂态过程与中性点不接地系统基本一致, 即刚开始时都有较高的振荡频率, 然后在半个到一个周波内衰减为零, 之后只有稳态信号。故障线路的稳态零序电流只有本身线路产生的对地电容电流, 远远小于中性点不接地系统的零序测量电流, 而非故障线路的零序电流与中性点不接地系统相同。故障线路和非故障线路零序电流的稳态工频分量具有相同的相位, 均滞后于零序电压90°。接地电流的暂态过程与中性点不接地系统一致, 而稳态接地电流非常小, 几乎接近于零, 这是消弧线圈全补偿的结果。
过补偿15%的谐振接地系统仿真波形如图6所示。从图6可看出, 系统在故障相电压峰值附近发生单相接地故障时, 其暂态过程与中性点不接地系统基本一致。故障线路零序电流的稳态基波分量相位与非故障线路零序电流的稳态基波分量相位相同, 都滞后于零序电压90°。过补偿时的稳态接地电流较全补偿时大, 为感性电流, 相位与零序电压相反。
欠补偿15%的谐振接地系统的仿真波形如图7所示。从图7可看出, 系统在故障相电压峰值附近发生单相接地故障时, 其暂态过程与中性点不接地系统基本一致。而故障线路零序电流随着欠补偿度的增大有可能呈现感性、纯阻性和容性三种情况。接地电流为容性, 方向为由线路流向母线。
3 结语
在Matlab环境下对谐振接地系统进行了仿真分析, 可得分析结果与理论分析结论一致, 由此得出小电流接地系统的特点:中性点不接地系统发生单相接地故障时, 故障线路和非故障线路的零序电流在幅值和方向上差别较大, 可利用幅值和方向等稳态分量进行选线;谐振接地系统发生单相接地故障时, 故障线路和非故障线路的零序电流在幅值和方向上差别不大, 无法采用幅值和方向等稳态分量进行选线;中性点不接地系统和谐振接地系统发生单相接地故障时具有相同的暂态特性, 故障线路的零序电流幅值等于所有非故障线路零序电流幅值之和, 且方向相反, 因此可利用同一种暂态方法进行选线。该结论为后续的选线方法研究提供了依据。
参考文献
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单相接地 篇5
第一节 10kv系统发生单相接地的判断与处理
一、发生单相接地故障的特点
中性点不接地或经过消弧线圈和高阻抗接地的三相系统，当某一相发生接地故障时，由于不能构成短路回路，接地故障电流往往比负荷电流小得多，这种系统被称为小电流接地系统。
在小电流接地系统中，单相接地是一种常见的临时故障，多发生在潮湿、多雨天气。发生单相接地后，故障相对地电压降低，非故障两相的相电压升高，但线电压却依然对称，因而不影响对用户的连续供电，系统仍可运行1—2h。这也是小电流接地系统的最大的优点。但若发生单相接地故障时电网长期运行，因非故障的两相对地电压可升高根号3倍，可能引起绝缘薄弱环节被击穿，发展成为相间短路，使事故扩大，影响用户的正常供电；也可能使电压互感器铁芯严重饱和，导致电压互感器严重过负荷而烧毁。同时，弧光接地还会引起全系统过电压，进而损坏设备，破坏系统安全运行。
二、发生单相接地故障现象分析与判断
下面是一台三相五芯柱电压互感器接图。如图所示接成Y0/Y0/Δ。接成Y0形的二次线圈供电给仪表、继电器及绝缘监察电压表等。辅助二次线圈接成开口三角形，供电给绝缘监察电压继电器。当三相系统正常工作时，三相电压平衡，开口三角形两端电压为零。当某一相接地时，开口三角形两端出现零序电压，使绝缘监察电压继电器动作，发出信号。
⑴ 完全接地。如果发生A 相完全接地，则故障相的电压降到0，非故障相的电压升高到线电压。此时，电压互感器开口处出现110V 电压，电压继电器动作，发出接地信号。
⑵ 不完全接地。当发生一相（如 A 相）不完全接地，即通过高电阻或电弧接地时，中性点位移。这时，故障相的电压降低，但不为0；非故障相的电压升高，且大于相电压，但不大于线电压。电压互感器开口三角处的电压达到整定值，电压继电器动作，发出接地信号。
⑶ 电弧接地。如果发生A 相完全接地，则故障相的电压降低，但不为0，非故障相的电压升高到线电压。此时电压互感器开口三角处出现100V 电压，电压继电器动作，发出接地信号。
⑷ 串联谐振。由于系统中存在容性和感性参数的元件，特别是带有铁芯的电感元件，在参数组合不匹配时会引起铁磁谐振，并且继电器动作，发出接地信号。
⑸ 绝缘监测仪表的中性点断线时电网发生单相接地。现象为：三相电压正常，但接地信号已发出。这是由于系统确已接地，但因电压表的中性点断线，故绝缘监测仪表无法正确地表示三相电压情况。此时，电压互感器开口三角处的电压达到整定值，电压继电器动作，发出接地信号。
三、发生相接地故障的原因分析
10kV 配电线路在实际运行中发生单相接地故障主要有以下几种原因: ⑴ 导线断线落地或搭在横担上，配电变压器高压引下线断线。⑵ 导线外力破坏砸断线造成单相接地。
⑶ 配电变压器台上高低压线路交叉、导线风偏过大,与建筑物距离过近。
⑷ 配电变压器台上的10kV 避雷器或10kV 熔断器绝缘击穿。⑸ 配电变压器高压绕组单相绝缘击穿或接地，熔断器老化或熔丝和设备不匹配造成熔断器不跌落。
⑹ 线路雷击造成绝缘子击穿、脱落线路对杆塔放电、线路烧断发生单相接地。
⑺ 线路上的分支熔断器绝缘不良，不跌落。
⑻ 空气湿度大时树木对导线距离不够、鸟害、飘浮物(如塑料布、树枝、风筝等)、其它偶然或不明原因。
⑼ 地埋电缆单相接地或受外力破坏造成永久损伤。
在以上诸多种原因中，导线断线、绝缘子击穿和地埋电缆单相接地或受外力破坏造成永久损伤是发生配电线路单相接地故障最主要的原因，对近几年来单相接地故障原因统计，上述三种原因占总故障原因的80%以上。
四、发生单相接地故障的预防办法
对于配电线路单相接地故障，可以采取以下几种方法进行预防，以减少单相接地故障发生: ⑴ 提高配电网绝缘强度,更换裸导线为绝缘导线。
⑵ 对配电线路定期进行巡视，主要是看导线与树木、建筑物的距 离，电杆顶端是否有鸟窝，导线在绝缘子中的绑扎或固定是否牢固，绝缘子固定螺栓是否松脱，横担、拉线螺栓是否松脱，拉线是否断裂或破股，导线弧垂是否过大或过小等、对在巡视中发现的问题和缺陷要及时的处理和上报。
⑶ 对线路有严重危害地段要加强巡视周期。
⑷ 对配电线路上的绝缘子、分支熔断器、避雷器等设备定期进行绝缘测试，不合格及时更换。
⑸ 对配电变压器定期进行试验，对不合格的配电变压器进行维修或更换。
⑹ 在主线路每隔1-2KM装设分段开关和分支配电线路上加装分支开关，缩小故障范围，减少停电面积和停电时间，有利于快速查找故障点。
⑺ 运行单位严格把好新设备投运验收关,特别是电缆线路的隐蔽工程和电缆标示桩。
⑻ 市区线路应采用环网供电的方式，减少故障停电范围。⑼ 广泛宣传安全用电知识，尽量减少外力破坏。
五、发生单相接地故障后的处理办法
当配电线路发生单相接地后，在上级调度人员指挥下，运行维护人员应立即组织人员巡视线路，查找故障点，在查找过程中可以采取分片、分段、分支、分设备的“排除法”。
⑴ 充分发挥联动机制，动员广大用电客户，如发现用电设备有异常及时沟通，减少运行维护人员查找故障的时间。
⑵ 断开线路第一道开关，组织运行维护人员重点排查这段线路。如线路无异常则向调度申请试送前端线路。
⑶ 如线路试送成功则说明故障点在这段线路的下一段，可采用相同的方法尽快找到故障点并消除。
⑷ 如查找发现线路的故障点在线路的中段，运行维护人员应讯速向调度汇报，在调度的命令下断开上一级和下一级开关，隔离故障段，采用环网供电方式尽量缩小停电范围。同时组织人员迅速抢修。
⑸ 对电缆线路可采用先进行隔离后逐个排除的方法进行查找。如果上述办法未查找到故障点，可请求上级调度对故障线路试送电一次，如成功，则可能是其他不明偶然原因造成，不成功，则用“排除法”继续查找，直到查找到并消除故障为止。
第二节 10kV变配电所中PT断线的判断与处理
一、利用电压表指示判断系统故障 当发生接地故障时，配电值班员先解除音响，根据事件追忆显示内容及三相电压表指示来判断是单相接地故障还是PT断线故障；
1．如是单相接地故障现象：
（1）预告音响（警铃响），有故障相的电压测控信号装置及线路测控保护装置显示故障报警灯亮，事故追忆显示单相接地；（2）发生间歇性接地故障，接地相电压时减、时增，非故障相电压时增、时减，或有时正常。
（3）发生完全接地故障时，三相电压表指示不同，接地相电 压为零或接近零，非故障相电压升高至线电压且持久不变。
（4）相关馈线柜的高压带电显示器接地相灯不亮或时亮、时暗。2.如是PT断线，则根据
二、PT断线的处理方法
1．电压互感器低压侧熔断器熔断一相时 当电压互感器低压侧熔断器熔断一相时，熔断相的接地电压表指示为零，其它两相电压不变，电压回路断线信号动作，功率表，电能表读数不准确。当用电压开关切换电压时，三相电压不平衡。此时。应按以下步骤进行处理。（1）解除音响信号；
（2）退出电压互感器所带的保护（失压保护）和自动装置（通过投退软压板或保护连片实现）。软压板的投退正常情况在后台机上进行操作，若后台机因故不能正常进行软压板投退操作时，在保护测控装置上进行软压板投退操作。因各配电所情况不一样，软压板的投退应执行本所操作程序；
（3）向调度汇报操作情况，等候处理；（4）根据调度命令进行处理；
（5）检查电压互感器低压熔断器，如已熔断，对熔断器进行更换。若再次熔断，要查明原因，且不可将其容量随意增大；如熔断器完好时，可检查电压互感器低压回路接头有无松动、断头现象，切换回路有无接触不良现象、航空插头接触是否良好。2．电压互感器高压熔断器熔断一相时
当电压互感器高压熔断器熔断一相时，熔断相的接地电压表 指示接近零，其它两相电压正常或略低，功率表、电能表读数不准确。熔断相的线电压偏低，三相电压不平衡，此时，应按以下步骤进行处理：
(1)手车式高压开关柜 ①解除音响信号；
②退出电压互感器所带的保护与自动装置（通过投退软压板或保护连片实现）
③向调度汇报操作情况，等候处理； ④根据调度命令进行相关的操作处理； ⑤将手车退至间隔外进行更换；
⑥用万用表电阻档测量所装熔断器导通正常。(2)固定式高压开关柜 ①解除音响信号；
②退出电压互感器所带的保护（失压保护）与自动装置（通过投退软压板或保护连片实现）；
③向调度汇报操作情况，等候处理； ④根据调度命令进行处理；
(3)更换高压熔断器所采取的安全措施有：
①若作业时，人体与带电体之间的最小安全距离符合规定（无安全遮拦6-10KV：700mm；10-35KV：1000mm），断开电压互感器柜两侧隔离开关使电压互感器退出运行，在进出线上分别进行验电、接地封线并短封二次后，对熔断相熔断器进行更换；
②人体与带电体之间的最小安全距离不符合上述规定距离，除断开电压互感器柜隔离开关使电压互感器退出运行外，还要将相应系统进行停电，从各方面断开电源，在相应进出线上分别进行验电、接地封线并短封二次后，对熔断相熔断器进行更换。③进行上述操作时，必须按劳保着装，戴安全帽、绝缘手套，穿 绝缘靴，一人操作，一人监护。
单相接地 篇6
关键词：10kV线路；单相接地；故障点
中图分类号：TM755 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2014）26-0040-02
随着社会经济的不断发展，配电网的建设规模越来越大，同时也越来越复杂，由此带来了不断提高供电可靠性的要求。目前配电网的网架主要采用10kV线路，在实际运行中10kV线路难免出现故障，研究如何降低故障出现率或者出现故障后如何快速排除具有实际意义，本文主要针对10kV线路最常见的单相接地故障查找经验进行探讨。
1 10kV线路单相接地故障概述
1.1 10kV线路单相接地故障特征
通过分析现有文献以及结合配网实际运行经验，单相接地故障占10kV线路故障的比例较大。单相接地故障一般分为金属性接地和非金属性接地，金属性接地是指故障相直接接地，故障相与大地同电位，非故障相电压升至线电压；非金属性接地是指故障相通过高阻等接地，故障相电压降低但与大地仍有电位差，而非故障相电压有所升高。
目前10kV配电网普遍采用中性点不接地运行方式，在此运行方式下单相接地故障发生后，配网线电压仍保持对称状态，一般可继续运行1～2个小时。但需要注意的是非故障相对地电压升高，长时间处于这种状态运行容易造成较为薄弱的绝缘击穿，进而引发次生故障。
1.2 引起单相接地故障的因素分析
引起10kV线路单相接地故障的因素较多，但主要可以分为以下四类：
1.2.1 线路走廊不通畅。该类因素中最常见的是线路走廊树木问题，特别是农村地区，如果树木修剪不及时，树枝很容易碰触导线导致单相接地故障的发生。
1.2.2 鸟类因素。该类因素主要是由鸟类筑巢引起，如今鸟类在线路杆塔横担上筑巢现象比较常见（一般在支出杆以及耐张杆上），在阴雨潮湿的环境下，导线很容易对搭建鸟巢的树枝等放电，从而导致接地故障的发生。
1.2.3 过负荷因素。该类因素一般出现在负荷高峰季节，过负荷容易使部分导线接头加速老化并烧断造成单相接地故障的发生。
1.2.4 外力破坏因素。该类因素主要是由于车辆撞击杆塔或者野蛮施工，使得导线直接与大地接触，造成单相接地故障的发生。
2 10kV线路单相接地故障点查找案例
某电力公司后金龙147线发生C相接地，后金龙147线模拟图如图1所示：
图1 某电力公司后金龙147线示意图
如图1所示，后金龙147线分段、分支开关分布比较合理，可以通过有顺序的试送尽快查出线路故障点，给故障点排查工作带来更大的便利。根据运行经验初步分析故障，将后金龙线主线分成四段，分支分成四部分进行总的判断，再进行具体巡查、检修。
首先将后金龙线7#杆开关拉开，试送表明故障点位于7#杆后面。拉开后金龙线26#杆开关，合上7#杆开关，试送表明故障点在26#杆后面。再拉开后金龙线38#杆开关及川工支线1#杆开关，合上26#杆开关，这时发现再次出现了接地故障，因此初步判断故障点在后金龙线的主线26#至38#杆、宝得利支线、主线29#杆至川工支线1#杆之间及两个用户分支。随后拉开29#杆川工支线隔离闸刀、32#杆宝得利支线开关、临时变令克，再试送26#杆开关没有出现故障信号，因此认为主线29#杆至川工支线1#杆电缆是故障点。
就在分析下一步措施时，花海路支线某用户反映他们厂掉了一只令克，由于不在先前判断的故障范围内，因此没有太多关注，只是通知值班人员进行抢修。值班人员到达现场后发现该厂在打水井时挖破了高压电缆。这时，有人认为故障点不是主线29#杆至川工支线1#杆电缆，而是该厂，并由于巧合，刚好在拉开关时跌落式熔断器掉落，信号消失。但由于在38#杆开关拉开时存在接地信号是事实，不能排除有两个接地故障同时发生，因此继续对剩下的川工支线进行排查。拉开川工支线1#杆开关后，将29#杆的隔离闸刀逐相进行合闸，第一、二相合闸都没有问题，第三相合闸后，接地信号再次出现。拉开第三相闸刀，在开关的前后对线路进行绝缘摇测，结果都一样只有5～10MΩ，而电缆故障不会出现这样的数据，因此怀疑是开关出了问题，对电缆和线路分别进行摇测表明，电缆的绝缘有2500MΩ，而线路（连着开关）只有5MΩ，至此单相接地故障点找到。
3 10kV线路单相接地故障点查找策略
3.1 架空线路分段
无论何种线路故障的排查以及隔离都离不开合理的线路分段，目前一般采用负荷开关对主线分成三至四段，便于故障时试送。故障位于哪一段，对故障段主线下的分支也分成几段，这样逐层查找，可以较快地判定故障段和故障点。
3.2 供电恢复顺序
供电恢复应按照尽量缩小停电影响的原则进行，应先恢复主线运行。先主线、后分支；先大分支，后小分支；先综合变，后专变。
3.3 适当利用岗位运行经验
作为线路的运行岗位人员，大家都对自己所管辖的线路状况比较熟悉，而且有丰富的运行管理经验，遇到问题的第一反应肯定是结合自己线路的实际情况，利用经验对所掌握各种情况进行综合分析，得出一个比较合理的原因，根据这个原因再反推故障会出在哪里、重点在什么地方查找，以求尽快找出问题，恢复送电，这在大多数时候为解决问题提供了帮助。但如果分析出现偏差或情况特殊，就不但不会缩短我们查找故障的时间反而会耽误时间，因此在实际单相接地故障查找时应适当利用岗位运行经验。
3.4 排除外界影响的干扰
在进行故障巡查时，往往会特别留意在故障线路上发生的所有事情，生怕一时疏忽漏了重大线索，影响了查找工作。虽然平时工作中也强调安全运行事无巨细，但在有计划的故障巡查时，除非获得了相对准确的信息外，应当按照既定的计划安排开展工作。不能因为一些没有证实的信息而临时调整既定的工作计划，否则如果信息不正确时就会影响到整个工作计划的进度，耽误故障的排除。
3.5 综合分析各方信息
虽然如上所述后金龙147线这样两地点同时接地的情况不是很多，但这给查找故障时提供警示，不能碰到类似的情况就当成结果，要看这个情况是否符合所有的已知条件，否则会出现错误的判断。在无法确认疑似点就是故障点的时候，不能停止对故障点的查找，只能安排适当的人员对疑似点进行现场勘察，现场勘察人员要与抢修工作负责人保持联络，及时反映现场勘察结果，以利于抢修工作负责人合理安排下一步的工作。
3.6 统一调度指挥
现场工作人员要服从工作负责人的统一调度指挥，集中人力进行查找，以免工作人员各自分散，延误巡查时间。
4 结语
随着技术的进步以及新型配网装备的投入，查找10kV线路单相接地故障点的技术手段必定会越来越完善，但是其基本策略在较长的时间内仍然离不开以上所述。希望本文的查找策略能给广大运行岗位人员查找10kV线路单相接地故障点提供经验。
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作者简介：吕春雷（1969-），男，浙江永康人，国网浙江永康市供电公司电力工程师，研究方向：电力生产技术
单相接地 篇7
中国配电网大多为小电流接地系统,其中经消弧线圈接地方式(谐振接地)由于具有减小短路电流、便于系统熄弧以及减小过电压危害等优势,在中低压配电系统中被广泛应用。但这种小电流接地系统会导致配电网故障零序电流减小[1],故障特征不易辨别,使得此类系统的继电保护和故障选线变得更加困难。目前,已提出多种谐振接地系统故障选线方法,根据所用信号特征的不同可分为稳态法和暂态法两大类[2]。暂态法依据故障零序电流的暂态分量远远大于稳态分量的特点,具有更高的可靠性。文献[3]利用小波模极大值提取故障后各馈线暂态行波信号的特征,判别故障馈线。文献[4-6]捕捉系统健全相暂态电流最集中的频带作为特征频带,通过比较特征频带内零序电流与零序电压的极性关系进行选线。文献[7-8]利用特征频带内故障相与健全相电流暂态分量的幅值能量关系实现故障选线。
在特征频带的选取方面,文献[9]提出在中性点不接地系统中选定为0~1 250 Hz,在谐振接地系统中选定为156.25~1 250 Hz。文献[6]采用能量最大原则确定特征频带,分别给出了各线路特征频带一致与不一致时的选线方案。然而,最能反映故障特征的频带是随系统接线方式、故障模式的不同而漂移不定的[5,7],与暂态信号的特征息息相关。目前,对各种故障条件下谐振接地系统暂态信号的特征进行分析的研究很少[10,11]。
鉴于目前暂态信号选线方案具有良好的应用前景以及电缆线路大量引入配电系统造成故障条件变化更加多元化的情况,本文结合理论分析与仿真建模方法对谐振接地系统发生单相接地故障后的暂态过程以及暂态分量的频谱特征进行了详细分析,以利于暂态信息的有效提取。
1 单相接地等值回路
谐振接地系统发生单相接地瞬间,分析系统暂态电流所用等值回路如图1所示[12]。
图中:C0为补偿电网的对地电容;L0为三相线路和电源、变压器等在零序回路中的等值电感;R0为零序回路中的等值电阻,其中包括故障点的接地电阻和弧道电阻;RL和L分别为消弧线圈的有功损耗电阻和电感;u0为零序电源电压。
暂态接地电流由暂态电容电流与暂态电感电流叠加而成,分析电容电流的暂态特性时,在其自由振荡频率较高的前提下,考虑到L>>L0,一般忽略L和RL,将图1简化为图2。
根据图2可得微分方程式:
对式(1)进行时域分析,可求出暂态电容电流分量。暂态电感电流可根据非线性电路的基本理论,由暂态过程中消弧线圈的铁芯磁通表达式导出。暂态接地电流为[12]:
式中:ω为工频;φ为零序电压的初始相位;τL为电感回路的时间常数;ωf为自由振荡电流分量的自振角频率,τC为电容回路的时间常数,τC=2L0/R0。式(2)等号右侧第1项为接地电流稳态分量,等于稳态电容电流和电感电流的幅值之差;其余为接地电流的暂态分量,等于电容电流暂态分量与电感电流暂态直流分量之和。
由式(2)可知,若接地故障发生在相电压过π/2时刻,暂态零序电流中的电容分量出现最大值,电感电流几乎为0,暂态零序电流主要是电容分量。若接地故障发生在相电压过零点附近,暂态电感电流出现最大值,暂态电容电流出现最小值。若接地故障发生在相电压0<φ<π/2时刻,暂态零序电流中既包含暂态电容电流又包含暂态电感电流,随故障时刻的不同,二者比例存在差异。
由谐振接地系统单相接地故障零序网络中的电流分布情况可知[12],暂态电感电流只流经故障线路,主要表现为衰减直流分量,暂态电容电流既流经故障线路又流经非故障线路。因此,暂态电容电流对各馈线零序电流的分布特征影响更大。
2 单相接地暂态特性分析
2.1 故障电阻较小时的暂态特性
对于图2所示的等效电路,当故障电阻较小时,即满足时,系统处于欠阻尼状态。由于L>>L0,故零序电容C0充电速度较快,C0与L0不断地交换能量,即电场能量与磁场能量互相转换频繁,同时少部分能量经R0转换成热能。因此,各条馈线零序电流的暂态过程具有周期性的振荡及衰减特性,又因暂态电容电流的衰减时间常数τC与故障电阻成反比,故此时暂态电容电流衰减速度与故障电阻成正比。
2.2 故障电阻较大时的暂态特性
当故障点接地电阻增大到时,依据前述忽略消弧线圈支路时的等效电路,系统将过渡到过阻尼状态,暂态电容电流将不存在振荡过程,而呈现非周期性的衰减特性。但是,仿真结果与此相悖,这是因为在零序电容充电速度放慢的情况下,不能忽略消弧线圈对C0的影响,但可忽略线路自身L0及RL的作用。图1所示的单相接地故障等值电路可看成是L与C0的直接并联,用图3所示电路等效[4]。
由图3可得电路方程:
解此方程可得自由振荡电流分量的自振角频率:
因此时故障电阻故系统又将处于欠阻尼状态。暂态零序信号振荡衰减,振荡频率接近工频值。在时域中表现为暂态自由振荡分量与零序稳态分量相抵消,使得零序电流幅值缓慢上升,持续时间达数个周期。
故障电阻的变化对谐振接地系统的暂态特性有很大影响。故障电阻较小时可忽略消弧线圈支路来分析系统的暂态响应特性,此时系统处于欠阻尼振荡状态;随着故障电阻的增大,消弧线圈的影响将不可忽略,系统时域响应状态过渡到另一种等效电路形式的欠阻尼状态,系统自振角频率显著降低。
3 单相接地故障电流仿真分析
3.1 仿真模型
本文结合一条实际运行线路,在PSCAD/EMTDC软件中建立了包含4条馈线L1至L4的谐振接地系统分布参数模型,其拓扑结构见图4。
图中:RL和L分别表示消弧线圈的电阻和电感;L1和L2为纯架空线路,长度分别为15km和30km;L3为电缆—架空线混合线路,架空线路长12km,电缆线路长2km;L4为纯电缆线路,长6km。架空线路的正/负序阻抗Z1=Z2=(0.255 42+j0.372 94)Ω/km,零序阻抗Z0=(0.516 64+j1.485 16)Ω/km;正/负序导纳Y1=Y2=(j3.080 3×10-6)S/km,零序导纳Y0=(j1.475 743 26×10-6)S/km。电缆的阻抗矩阵Z和导纳矩阵Y为:
消弧线圈按8%过补偿整定时,计算得出RL=27.071 1Ω,L=0.861 7H。
3.2 暂态信号获取
实际系统在正常运行时,由于导线的换位情况欠佳,三相对地电容互不相等,中性点对地存在一定数值的位移电压,因此,各条线路的零序电流不为0。
同时,从式(2)可看出,暂态接地电流中包括接地电流稳态工频分量与暂态分量,根据叠加原理,故障后的网络可等效为正常运行与故障附加网络的叠加。各条线路的故障暂态零序电流中含有的稳态工频分量是由故障前的不对称分量和故障稳态工频分量叠加而成。又因实际谐振接地系统中,一般在故障发生5~6个周期后,其暂态分量已很小,可认为电磁暂态过程基本结束。根据上述特征,得到零序电流暂态分量:
式中:i0k(t)为第k条馈线的零序电流;T为采样周期。
图5为L1在距线路首端7km处,相电压最大时发生金属性接地故障时,流过L4的实际零序电流幅值和纯故障暂态电流幅值。可以看出经过上述处理后,能很好地滤除故障电流稳态分量。
3.3 电缆对频谱特征的影响
因电缆线路的电感远小于架空线路的电感,而对地电容却较后者大几十倍,故电缆的引入对系统中各馈线零序电流的分布及其频谱特征有很大影响。为了验证这种影响,将图4所示仿真模型中的所有电缆线路转换成架空线,仍按8%过补偿度整定消弧线圈参数。同样故障条件下,2种模型中故障线路L1的故障暂态电流与频谱分布情况如图6和图7所示。
从图6和图7可得以下结论。
1)在含有电缆的谐振接地系统中,故障线路零序电流暂态分量幅值明显增大。因为电缆线路对地电容电流大,故障线路流过的电容电流是所有健全线路电容电流之和,因此故障线路零序电流变大。
2)2种系统中,暂态分量在1~2个周期内均已衰减至0,这与故障条件有关。
3)含电缆系统较全架空线系统,其故障暂态电流衰减过程短。因为电缆线路的电感较架空线路小,依据零序网络的形成过程,零序等效电路的电抗由各条馈线零序电抗并联形成,等效电路中零序电感L0小于任一条馈线的零序电感,故全架空线系统中零序电感较大,衰减时间常数变大,自由分量衰减过程较长。
4)全架空线路谐振接地系统暂态分量的频谱主成分在1 900Hz左右,而含电缆线路的暂态分量频谱主成分在730Hz左右,故可知电缆线路的引入使暂态分量的主成分向低频段移动,这也可由ωf的定义加以解释。
因目前大部分配电系统中均含有一定长度的电缆,故下文的讨论中采用含电缆馈线的模型。
4 各种故障工况对频谱特征的影响
4.1 故障初相角对频谱的影响
为研究故障初相角对零序暂态电流频谱的影响,对距L1首端7km处,A相电压在相角分别为0°,30°,60°,90°,接地电阻为1Ω时发生接地故障时的情况进行仿真,所得各馈线零序电流暂态分量的频谱见附录A图A1。从中可以得出以下结论。
1)各条馈线中,各频段频谱分量的幅值差别很大,故障线路频谱幅值最大,正常线路中,架空线的频谱幅值较混合线路和电缆线路低很多。
2)故障初相角较小时,故障线路中含有很大成分的直流分量,即电感电流分量,而非故障线路中直流分量很小,即不含电感电流。
3)随着故障初相角的增大,直流分量的含量逐渐减小,即电感电流分量逐渐减小,这与第1节的理论分析结论一致。
4)暂态分量的频谱主要集中在730Hz附近,其所占比重随故障初相角的增加而增大。
4.2 故障距离对频谱的影响
对架空线路L1分别在距离母线1km,4km,10km和14km处发生A相金属性接地故障时的情况进行仿真,所得各馈线零序电流暂态分量的频谱变化规律见附录A图A2。从仿真结果可以看出,在其他故障条件相同的情况下,故障点越靠近母线,暂态电流频谱主成分越低,故障点在线路末端时,频谱主成分为700 Hz左右,靠近首端时降低为300Hz左右。当线路首端故障时,纯架空线路L2的频谱主成分向高频段移动;故障距离缩短,频谱主成分的幅值略有下降。
4.3 故障电阻对频谱的影响
实际故障发生时,故障电阻一般为0~2kΩ。对含电缆的谐振接地系统在距线路L1首端7km处A相电压达到峰值时发生接地故障且故障电阻为1~2kΩ时的情况进行仿真,附录A图A3给出了故障电阻变化时各馈线零序暂态电流的时域波形,附录A图A4为对应的频谱分布情况。
由附录A图A3的仿真波形结合第2节的理论分析可得出如下结论。
1)针对此谐振接地系统,故障电阻对零序电流的暂态特性影响很大。暂态电流的幅值与故障电阻成反比;当故障电阻较小时,系统等值电路处于欠阻尼状态,暂态电流振荡衰减,衰减过程的时间长短与故障电阻成反比(如附录A图A3(a)和图A3(b)所示)。因为故障电阻增大后,暂态电容电流自由振荡分量的时间常数减小,自由振荡分量的衰减系数增大,故自由振荡分量衰减很快。
2)故障电阻进一步增大后,暂态电流将不存在明显的振荡过程(如附录A图A3(c)和图A3(d)所示),电路进入过阻尼状态。
3)故障电阻进一步增大后,暂态电流衰减变慢,故障电阻越大,衰减时间就越长,根据故障电阻的不同,衰减过程可持续2~6个周期(如附录A图A3(e)和图A3(f)所示)。因为故障电阻增大到此种程度后,消弧线圈支路对电路状态的影响作用变大,需要充分考虑消弧线圈的影响,此时系统处于欠阻尼状态,这与对图3所示等效电路暂态响应的理论分析结果一致。
从附录A图A4中不同故障电阻下各馈线零序暂态电流的频谱特征可得出以下结论。
1)故障电阻较小时,暂态电流频谱主要由730Hz左右的高频分量组成。
2)故障电阻增加,暂态零序电流频谱向低频段移动,幅值逐渐变小。
3)故障电阻增加,消弧线圈电感支路无法忽略时,零序暂态电流频谱接近工频。针对此谐振接地系统,故障电阻达到2kΩ时,频谱主成分趋于工频,在时域中表现为各馈线零序电流幅值缓慢上升。
故障电阻为2kΩ时,各条馈线实际零序电流波形如图8所示。
可知,零序电流幅值具有一个缓慢上升的过程,持续数个周期,这与2.2节的理论分析结论一致。
5 结语
电缆线路的引入将使各馈线零序暂态电流的衰减时间变短,频谱主成分向低频段移动。本文分析了各种工况下含电缆线路的谐振接地系统的暂态分量频谱分布,得出以下结论。
1)小故障角故障时,故障线路零序暂态电流中含有很大的衰减直流分量。同一故障电阻下,故障角增大,频谱主成分幅值增加。
2)故障点越靠近线路末端,频谱主成分频率越低,幅值略有下降。线路近端故障时,各馈线频谱主成分所在频段不一致。
3)故障电阻变化时,系统经历了从欠阻尼振荡到过阻尼状态再到另一种等效电路形式的欠阻尼振荡的过程。
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单相接地 篇8
在工业企业、农业、生活保障等各领域,6(10)k V中性点不接地供电系统的应用非常广泛,主要用于电源能量传输和接用电气负荷使用。但是在实际运行过程中经常会发生系统单相接地短路故障, 以及由于接地短路发生联锁性的电气事故造成危害,进而发生停电、电气设备损坏等,造成较大的经济损失。这其中涉及到电气设计、选型、安装、检修试验、运行维护等方方面面存在的问题,导致电缆超压击穿、接地短路电流过大弧光不能自熄,引起系统过电压损坏设备,系统发生铁磁谐振引起过电压损坏设备,接线错误发生短路烧毁电压互感器等事故。本文针对这些问题深入分析研究,提出了必要的处理方法和防范措施。
2不接地系统电压电流矢量分析
2.1正常运行电路
图1所示是中性点不接地系统电路图,为系统电源电势,理想情况下6k V系统三相对地电容等同为C0,TV是三组单相电压互感器组成Y0/ Y0/ △开口三角型接线电压互感器。以6k V系统为例,电压变比为, TV中性点接地端PE。理想情况下电压互感器一次电感等同为L。图2所示是忽略了电压互感器电阻三相对地电抗电路,每一相是系统对地电容和电压互感器电感并联组成,电压互感器对地感抗很大,并且电压互感器的感抗 ωL垌1 / ωC0,为此在忽略电压互感器三相对地电感的情况下,三相对地只有电容电流IC0。图3所示是三相对地电容对称时电压电流矢量图,单相对地电容电流相位超前相电压90°。电压互感器一次、二次接线方式为Y0/ Y0接线, 二次电压和一次电压的频率、相位相同。系统正常运行时三相对地相电压为,三相线电压为6k V。开口三角是三组电压互感器二次辅助线圈首尾相连接,正常运行时三相电压矢量和为0,当出现一相金属性接地时开口三角零序电压为100V。
2.2单相接地短路
图1中系统C相发生金属性接地不对称短路故障,短路点的边界条件为:接地点处C相U觶C=0, 不接地相A、B对接地点电流为I觶f A= I觶f B=0。下面采用对称分量法进行分析。
(1)系统对短路点的阻抗由于系统的变化, 阻抗值也在变化,设系统对短路点的正序阻抗为X1∑、负序阻抗为X2∑、零序阻抗为X0∑,静止元件的正序、负序阻抗相等。
(2)单相接地时短路点电压U觶C各序电压和短路点电流I觶f C各序电流的关系为［1］:
式中:为C相接地短路点的正序、负序、零序电压;为C相接地短路点的正序、负序、零序电流。
(3)单相接地短路与同一点三相短路电流大小比较。
设正序电抗等于负序电抗:
接地点处的三相短路电流为:
C相单相接地短路电流为:
上述公式,当X0∑<X1∑时单相接地短路电流大于同一点的三相短路电流,对于大型发电变电站电力系统变压器中性点直接接地点越多,在中性点附近接地短路就会出现上述情况。当X0∑=X1∑时单相接地短路电流等于同一点的三相短路电流。 当X0∑>X1∑时单相接地短路电流小于同一点的三相短路电流。对于中性点不接地系统,当X0∑→∞ 时,单相接地短路电流相对于同一点的三相短路电流很小或者接近0值。
(4)短路点处A、B、C三相对地电压
图1中C相接地对地电压U觶C=0,非接地相A、B对地电压为:
图4所示是单相接地电压矢量图,其中两条竖直线表示非接地相A、B对地电压各序矢量变化关系:
a)当直接接地系统X0∑=0时,图4中电压为非故障相A、B对地电压:
上述接地点处的非接地相对地电压小于电源电势。
b)当X0∑=X1∑时,非故障相A、B对地电压与电源电势相等,图4中。
c)对于中性点不接地系统X0∑→∞ 时,非故障相A、B对地电压为:
上述接地点处的非接地相对地电压大于相电源电势,并且升高为线电压,电压之间的夹角为60°。
d)图4中系统单相接地,而且X0∑→∞ 时,三相对地电压矢量和为零序电压:
电压互感器二次辅助开口三角电压:
不接地系统单相金属性接地时,非接地相电压升高为线电压,开口三角电压为100V。图1中TV二次辅助开口三角接有小电流接地选线装置XDL,用于判断母线接地还是馈出线接地。
e)中性点不接地系统电力电缆绝缘水平选择
上述论证分析了单相接地故障,三相系统不接地相电压升高到线电压,因此在电缆设计选型时,对于3k V-35k V系统,按照电缆单相接地故障持续1min-2h之间考虑,电缆单相对地电压按表1数据选择［2］。不接地系统选择相对地电压U02是正确的,比如系统线电压6k V,相电压为3.47k V,电缆选择相对地电压U02是6k V。当系统单相接地后, 不接地相电缆耐受电压为姨3 ×3.47≈6k V,所以电缆对地相电压应当选择U02=6k V,选择U01=3.6k V是错误的。这类工程事故案例比较多,应引起设计人员、建设单位的重视。
3多馈线单相接地短路电流分析
在上文图1中分析了系统三相存在对地电容C0,系统馈出线较多时,每组馈出线三相都存在对地电容,并且容抗远大于其它阻抗。在系统C相金属性接地,忽略线路及其它元件阻抗后,系统对接地点的正序和负序电抗X1∑=X2∑=0。系统C相接点短路电流为:
式中:Cn代表每个馈出回路相对地电容。
通过上述分析,系统单相接地时,接地电流为系统馈出所有对地电容电流之和,并且馈出回路越多,单相接地电流越大。当接地电流过大时接地电弧不易自熄,将产生较高弧光间歇接地过电压。 因此在规程规范要求6(10)k V系统接地电流大于30A时,设计应采用经消弧线圈的接地系统。对于工矿企业,6(10)k V高压电动机相对较多,而且现场存在防爆区和非防爆区,设计手册要求电动机单相接地电流大于5A装设单相接地保护,一般接地电流大于10A动作于跳闸,当5A-10A时可作用于跳闸或信号。
4不接地系统铁磁谐振
中性点不接地系统因较容易发生铁磁性谐振而产生系统过电压,对于6(10)k V系统,采用铁磁性电压互感器较多,而电压互感器激磁饱和是发生铁磁谐振的主要原因,设计上采取防谐振措施。 图1系统图中的TV开口三角接有XDL装置,通常带有消谐功能。如果没有消谐功能,就要单独安装消谐装置XXQ,或者接消谐电阻。某变电所设计安装采用的是XDL装置MLA196X型,装置本身只有接地选线功能没有消谐功能,空送母线发生多次铁磁谐振。
4.1谐振机理
图1中系统设备和线路对地有电容、电感存在,系统正常运行时,电压互感器的感抗很大,所以系统对地电抗呈现容性［3］。三相电压基本平衡, 中性点O的位移电压很小。当系统发生变化,在没有发生系统接地短路的情况下,中性点O发生位移,即系统三相电压不平衡,中性点对地出现电压,此时三相电压互感器饱和程度不同,激磁饱和的电压互感器感抗降低,容易发生铁磁谐振。电源电压不变,而电压互感器三相电压有的高、有的低,中性点O出现位移,对地出现了零序电压,而实际上并没有发生单相接地故障。试验表明,在二次电压k V电压互感器加上额定电压时电流为0.15A,当加上1.9倍额定电压时,电压互感器饱和电流升到2.25A,接近15倍的电流。这就是为什么发生铁磁谐振熔断器熔断或者电压互感器烧毁的原因。
4.2谐振过电压的现象及排除
某工厂变电所为6k V单母线分段,Ⅱ段母线检修完毕送电,小电流接地选线装置报出Ⅱ段母线接地故障,TV二次电压表显示A、C相对地电压6k V, B相电压为0V,开口三角零序电压为70V。估计B相接地有问题,停电后检查TV中性点接地完好,并做耐压试验,没有发现接地故障点。再次送空母线, TV二次电压表显示A、C相对地电压4.5k V,B相电压为2.5V,开口三角零序电压为40V。通过检查小电流装置,咨询厂家后得知,该装置不具备消谐功能。在开口三角加装600W、25Ω 电阻,反复试验没有出现谐振过电压现象。
5电压互感器二次辅助绕组接线错误损坏
电压互感器二次带有保险或者空气断路器短路保护,二次一般接用电压表、微机保护继电器等。如果接线错误会发生短路保险熔断或者开关跳闸,或者电压表及微机保护器电压显示异常,可以及时被发现改正。在DL / T516-2012《火力发电厂、变电站二次接线设计技术规程》中7.2.6条,要求电压互感器二次辅助绕组接成开口三角的二次绕组不应装设熔断器或自动开关。对于开口三角一般接用零序电压表、XDL或者XXQ装置,系统正常运行时电压平衡开口三角电压为0,即使接线错误短路也不容易被发现,当开口三角出现电压时就容易烧坏电压互感器。
5.1接线错误及后果
图5所示是单母线分段系统,1TV、2TV为电压互感器。一般设计两段电压互感器二次带有并列切换装置。图6所示是电压互感器二次并列切换装置及TV二次小母线负荷电路,K1、K2、K3是切换装置内部继电器,引入到电压小母线,TV二次接用微机保护继电器WJBH、消谐器XXQ1(2)、小电流接地选线装置XDL,其中接入WJBH的三相电压带有分相断路器,当一相短路跳闸时,微机保护判断TV断线。其中XDL装置有4组通道,每段TV开口三角电压接入对应的零序电压通道。图中正确接线是1TV接入U1-N通道,2TV接入U2-N通道。按照规程的要求,开口三角二次电压小母线及负荷不设断路器或者保险。当系统I段母线系统有单相接地点时,U1dc-N母线有电压,U2dc-N母线没有电压输出。如果辅助绕组接线有错误短路就会烧毁TV,例如图7和图8所示,图中TV辅助绕组连接XDL装置接线出现了错误。图7中1TV、2TV辅助绕组dc端错误接入XDL装置N端,1TV、2TV辅助绕组N端错误接入XDL装置U1、U2端子,TV辅助绕组出现零序电压时,相当于1TV、2TV辅助绕组并接在一起短路,后果是1TV、2TV都烧毁。图8中1TV辅助绕组dc端错误接入XDL装置N端子,1TV辅助绕组N端错误接入XDL装置U1端子,2TV辅助绕组N端接入XDL装置N端、dc端接入U2端子。1TV辅助绕组出现零序电压时,相当于1TV辅助绕组接地短路,后果是1TV烧毁。现场此类问题导致TV烧毁、误动、拒动等的情况时有发生,所以在设计、制造、安装、检修试验等要特别关注,防止接线错误导致事故发生。
5.2 TV切换并列装置接线问题
另外需要提一下,在图6中TV二次输出经过并列装置内部K1、K2继电器接入电压小母线。图9所示是TV切换并列装置控制电路图,K1励磁的条件是图5中断路器手车位置或者隔离开关辅助点1G闭合,K2励磁的条件是断路器手车位置或者隔离开关辅助点2G闭合。当出现直流接地需要选线时,断开直流母线KM后,继电器K1、K2或者K3失电,电压小母线失压。容易发生微机保护继电器判断错误误动。所以建议操作时要采取措施,或者修改TV并列装置控制电路,防止断开直流时误断电压小母线而发生误动作跳闸。
6结论
单相接地 篇9
小电流接地系统发生单相接地故障时其接线电压仍然对称,不影响对用户供电,故不必立刻断开故障线路,按规程规定还可继续运行1~2 h,提高了供电可靠性,所以,国内外中低压配电电网一般都采用小电流接地运行方式[1]。随着电网建设的发展,配电网输电线路越来越长,电缆应用越来越多,使得线路的对地电容增大。若仅采用中性点不接地方式时,故障点的短路电流增大,不利于灭弧,并对设备绝缘形成更大的威胁。所以我国的配电网系统中性点接线方式有:中性点不接地方式、中性点经小电阻接地方式、中性点经消弧线圈接地方式。消弧线圈和电阻的接入减小了单向接地故障时电流,也减弱了利用这些信息量来选择故障线路装置的灵敏性和选择性,影响了供电的可靠性。
现有的小电流接地系统单相接地故障选线方法,无论是基于暂态量还是基于稳态量的,都受到CT不平衡、出线回路数、线路长短、系统运行方式及过渡阻抗的影响,使得我们要对新的选线方法要求更加急切,从而提高选线正确率的精度。
本文采用小波变换对故障信号进行分析,利用信号的第一极大值和经小波变换第一尺度高频分量的第一极大值,视高频分量的第一极大值为一权重系数,达到选出故障线路的目的。并提出基于零序电流暂态电流第一极大值的选线判据。然后利用Matlab建立小电流接地系统仿真模型,通过大量的仿真数据验证了本文提出的选线方案的正确性和可靠性。
1 小波分析理论在选线方法中的应用
小波分析是一门新兴数学分支和应用方法,它是数学理论与工程应用相结合的产物。小波变换是一种信号的时间-频率分析方法,它具有多分辨率分析的特点,而且在时、频两域都具有表征信号局部特征的能力,是一种窗口大小固定不变但其形状可变,时间窗和频率窗都可以改变的时频局部化分析方法,即在低频部分具有较高的频率分辨率和较低的时间分辨率,如果要分析高频信号,则采用具有较高的时间分辨率和较低的频率分辨率窗口,很适合于对奇异信号的瞬间分析,所以被誉为分析信号的显微镜[2]。
在实际应用中,因为连续小波变换的冗余性,同时为了使小波变换能实现快速计算,常需要把连续小波变换离散化[3],其离散化的方法就是将小波基函数ψa,b(t)的尺度因子a和平移因子在一些离散点上取值,通常取a=a0j,b=ka0j b0,j∈Z,a0>1,则与其相应的离散小波函数为:
离散化小波变换系数可表示为:
其重构公式为:
多分辨率分析[4](Multi-Resolution Analysis)又称为多尺度分析,是建立在函数空间概念上的理论。其思想是根据观察和分析的不同需要,可以将尺度的大小自由调节,得到观察对象的细微部分,满足分析的需要。本文利用小波变换的Mallat分解算法来获得模极大值点对应着采样数据的奇异点,因此信号的奇异性检测就转变为小波变换模极大值的检测。
使用小波变换进行时频分析时,要提取的是非平稳信号的瞬时、奇异与突变成分,所选小波主要考虑其在时、频两域的紧支撑能力,要求其具有相对较好的频域特性,基于以上分析并考虑到故障选线的计算量,由于Db5小波基具有较好的时、频两域的紧支撑能力,较好的频域特性、正交性和快速计算能力,本文最终选用Db5小波。
2 小波变换高频分量第一模极大值的获得
中性点不接地系统当发生单相接地故障时,系统中将出现零序电压和零序电流,且故障相的零序电流等于所有非故障相对地电容电流之和,故障相零序电流值最大,且相位相反;当发生母线故障时,所有线路的零序电流相位相同。
首先通过仿真得到线路的零序电流原始信号图,如图1;再利用小波分析对所有线路的零序电流信号进行Db5分析,可以得到高频1尺度的分解系数下的第一幅值极大值。其对比图如2所示。
因为尺度1是对高频分量的分解,正适合利用暂态分量的思路,从图2中也可以看到经过分解后的1尺度上,可以获得第一幅值模最大值。
如果所采集到的信号中含有噪声干扰,可以用前面讲过的小波去噪的方法,将信号中的噪声滤除,其去噪过程由图3所示。
经过小波去噪后,对信号进行重构,然后再对重构后的信号做Db5小波分解,这样可以很清楚的找出第一幅值模最大值,其第一幅值模最大值为0.91。图4是重构后信号做Db5分解后的1尺度图。
3 选线判据
针对现有的选线方法受到电网的运行方式、线路长短、过渡电阻的影响,使得各种选线方法都有自身的盲点。当发生单相接地故障时,如果有上述条件影响而信号微弱,则更难判别。从上面的分析中可以知道,稳态分量虽然可靠,但幅值较小,难以识别;在发生故障的情况下,暂态分量数值大,但衰减比较快,难以捕捉。鉴于要避除各种影响选线方法的因素,采用了小波分析方法对发生接地瞬间的暂态信号进行分析,提取信号中的特征信息来实现选线,下面对中性点不接地系统和中性点经消弧线圈接地系统的选线判据进行分析。
3.1 中性点不接地系统
从上面的分析中可以得出:故障相零序电流的第一模最大值最大,且故障相的模最大值的方向与非故障相的方向相反。
由于发生故障后,故障相的零序电流第一个到达的最大值比非故障相的零序电流第一个到达的最大值大,并且经过小波分解后,其第一幅值模最大值也为故障相最大,所以可以利用下面方法算出故障相,如表1。
表1中:N表示母线上有N条出线。
式中:Li表示第i条线路出现零序电流后第一个最大值点的数值的绝对值;Mi表示第i条线路的零序电流经过Db5分解后在第一尺度上的第一幅值极大值。所以,pi为第i条线路上零序电流第一个最大值点的数值,与其经Db5分解后的在第一尺度上的第一幅值极大值的乘积。然后将每一行相加,获得sum列,即为各条线路的权重。
假设第i条线路故障,设:
得到的最大值再进行纵向比较,即:
式(6)为大量各种情况下仿真计算后的一最小值,也可称为不接地系统故障线路的门槛阈值。如果某条线路满足式(6),其行标就是故障线路。如果没有满足式(6)的线路,则为母线故障。
3.2 经消弧线圈接地系统
对于中性点经消弧线圈接地系统,由于有消弧线圈的补偿电流对零序电流进行了补偿,使其特征更难提取。但是从上面的理论分析可知,如果改动消弧线圈的电感值,只有故障相的零序电流变化较大,非故障相的零序电流几乎不变。因此为了得到明显的特征量,采用改变前后的数值之差作为寻找故障相的特征前提。
其选线判据如表2所示。
表2中:N表示母线上有N条出线。
式中:ΔLi表示第i条线路调整(失谐度)消弧线圈电感值前后出现零序电流后第一个最大值点的数值之差;Mi表示第i条线路的零序电流经过Db5分解后在第一尺度上的第一幅值模极大值。所以,Δpi为第i条线路上调整(失谐度)消弧线圈电感值前后出现零序电流后第一个最大值点的数值之差,与其经Db5分解后的在第一尺度上的第一幅值极大值的乘积。然后将每一行相加,获得sum列,即为各条线路的权重。
假设第i条线路故障,设:
得到的最大值再进行纵向比较,即:
如果某条线路满足式(9),其行标就是故障线路。如果没有满足式(9)的线路,则为母线故障。
由于这种选线方法用的是零序电流的残流,并且由以上分析也知道故障线路在消弧线圈电感值变动时,其变动比较大,而非故障线路变动比较小,如果出现Δpj=0,表2所述算法失效,为了能够避免这种情况发生,需要做以下处理,即把零序电流第一个最大值点的数值之差等于零的,使其等于第一个最大值点的数值之差中大于零数值的最小值。用公式表示如下:
3.3 选线步骤
(1)采用零序电压的突变启动选线,即零序电压的突变时刻就是故障发生的时刻。
(2)发生故障的相,相电压最低,但经过过渡电阻接地时,对于中性点不接地系统,电压升高相的下一相为接地相;对于经消弧线圈接地系统,过补偿情况下,则升高相的下一相为接地相。
(3)对所有线路的零序电流信号进行去噪处理,得到零序电流第一次到达最大值时的数值。对于经消弧线圈接地的电网,需要改变消弧线圈的电感值,得到零序电流第一个最大值点的数值之差。
(4)根据Mallat算法,利用Db5小波对去噪后的信号进行5尺度分解。分别求出各条线路在小波变换下第一尺度的第一幅值模极大值。
(5)利用上节判据,选出故障线路。
4 算例仿真
按照图5,在Matlab中利用电力系统仿真工具箱建立仿真模型。当线路3发生单相接地故障时,通过提取信号中的第一最大值和经过小波变换的Db5分解后的第一尺度最大值,按照上述分析中的判据进行计算,仿真结果如下。
在中性点不接地系统仿真中,分别对不同长度的线路、故障发生时的不同角度以及母线故障仿真,如表3所示,均能正确选择出来故障线路。
在中性点经消弧线圈接地系统仿真中,我们分别对不同长度的线路、故障发生时的不同角度以及母线故障仿真,如表4所示,均能正确选择出来故障线路。
对中性点不接地系统和经消弧线圈接地系统在故障点处有过渡电阻影响,仿真结果如表5,均能正确选择出来故障线路。
5 总结
分析了信号经小波变换之后主要特征体现在模极大值上,使零序电流第一个最大值点的数值之差与模极大值相乘,相当于模极大值是一个权重,增加选线信号的强度,最后提出了自己的选线判据与选线步骤。
通过对中性点不接地系统发生金属性接地和经过渡电阻接地、中性点经消弧线圈接地系统发生金属性接地和经过渡电阻接地各种情况进行仿真的结果分析,可以看出,此方法可避免线路长度、发生故障时的相角以及过渡电阻对其造成的影响。因此,针对中性点不接地系统和经消弧线圈接地系统所形成的此选线判据是正确的。
摘要：针对国内外小电流接地系统中单相接地保护方法,提出了一种新的基于零序电流高频幅值差的选线方法,形成新的选线判据。利用此选线判据可分别对故障线路和非故障线路加以权重,放大故障线路和非故障线路特性区别。采用小波变换对故障后各线路零序电流高频分量进行分析,依选线判据进行处理,从而获得各线路的权重。通过Matlab建立仿真模型,对不同情况进行模拟仿真实验,验证了此判据的正确性。
关键词：小电流接地系统,小波变换,故障选线,单相故障
参考文献
[1]贺家李,宋从矩.电力系统继电保护原理[M].三版.北京:中国电力出版社,1994.
[2]吴玲,孙莹.连续小波变换在小电流接地系统单相接地故障选线中的应用[J].继电器,2003,31(11):20-24.WU Ling,SUN Ying.Application of continuous wavelet transform to select the fault line of single-phase earth faults in non-solid earthed power system[J].Relay,2003,31(11):20-24.
[3]彭玉华.小波变换与工程应用[M].北京:科学出版社,1999.
单相接地 篇10
关键词：小电流接地系统,反向残流有功分量,接地选线
（一）引言
中性点不接地系统单相接地后，都属于小电流接地系统。该系统具有发生单相接地时故障电流小的优点，同时系统线电压基本不变，不影响对负荷连续供电，《电力系统安全规程》规定仍可继续运行0.5～2个小时。小电流接地故障尽管不影响电网的正常运行，但由此引起的过电压会危害电网绝缘，可能导致短路故障，使事故扩大，严重影响了供电系统的安全可靠性。
因此，需要尽快选出故障线路，以便帮助运行人员快捷地判别接地，及时采取措施加以处理。但单相接地时，由于故障电流小，小电流接地故障选线(简称接地选线)比较困难。为在供电系统的中性点非直接接地系统中应装设灵敏度高、选择性好、接线简单的接地保护装置或接地选线装置。长期以来，人们做了大量的工作，开发出了许多种检测方法及装置，但实际运行效果并不理想。以前广泛采用的继电绝缘检察装置是利用测量母线零序电压来反应系统接地的，因而无选线功能。利用容性零序电流和零序功率原理可构成具有选线功能的中性点不接地系统的接地保护或选线装置，但由于反应容性零序电流原理构成的零序电流保护其灵敏度受系统一相对地电容大小和分布的影响。因此，在某些场合不得不采用接线较复杂、维护较困难的零序功率方向保护，甚至在新型的微机接地选线装置中，也仅采用零序功率方向原理构成中性点不接地系统的接地选线功能。
显然，采用接线较简单的零序电流原理构成选线装置，提高其灵敏度是关键。本文提出的反向残流有功分量(DESIR)原理可提高选线灵敏度，以利于零序电流原理在接地保护和选线装置中的应用。
近年来，随着综合自动化设备在供电系统中的应用，对小电流接地选线已经能够做到：单相接地后可直接判断故障点所在线路。这样就为我们迅速查找故障点提供了可靠的保证。正确应用综合自动化设备中小电流接地选线功能，是一个值得研究和重视的问题。
（二）单相接地时中性点不接地系统的特点
电路模型的建立：
图1为简化的小电流接地系统模型，为了分析方便，忽略输电线阻抗以及线路对地电导。
在中性点不接地的电网中，假定有i条长度不等的线路，当线路2的C相发生永久性单相接地故障时，电网中基波电容电流的分布状况如图1所示。
对于非故障的线路1来说，其三相电容电流各为：
式中：分别为故障电网的A相和B相的对地电压kV;ω为电网的角频率 (2πf) rad/s;COl为线路l的单相对地电容 (为使问题简化，认为三相相等) ，µF。
这样，非故障线路1的基波零序电流可用下式求得：
式中：为线路l的基波零序电流A;为中'性点的零序电压kV。
由(式-2) 可知，线路1的零序电流的大小，等于该线路三相对地电容电流的向量和，方向是从母线流向线路。
同理，非故障线路i的基波零序电流，其方向与线路l相同，从母线流向线路。
对于故障线路2来说，健全相的电容电流仍用同样方法求得，只是故障相的电容电流不再为零。此时，三相的电容电流值分别为：
同样，利用(式-2) 可求得故障线路3的基波零序电流为：
(式-4)说明，故障线路的零序电流等于所有非故障线路零序电流的向量和，唯方向相反，由线路流向母线。
不接地的电网中，利用基波零序电流方向保护有可能检出故障线路。不过，在电网的最小运行方式下，只有当故障点的总电容电流达到最长线路电容电流的(3～4) 倍时，才能实现继电保护的选择性。实际上，许多电网的结构比较复杂，满足不了这个条件。运行经验表明，零序电流方向不能不能全部正确动作。
（三）DESIR接地选线原理
为了检出高阻接地故障，法国电力公司(Electricite de France) 开发了DESIR (DEtection Selective par les Intensites slleud) 保护装置，其原理是以电网的基波电流信号为基础发展起来的。当发生单相接地故障时，该保护装置首先从所有馈线中检测零序电流的基波有功分量，算出故障点的残余有功电流，对于中心点不接地系统也即所有馈线零序有功电流的向量和IR，并选取该向量和的垂直线作为参考轴，再对所有的馈线的基波零序电流在参考轴上的投影进行比较。此时，故障馈线的接地电流的投影与各条非故障馈线零序电流的投影不仅相位相反，而且数值最大 (图2) ，据此便可检出故障馈线。图中的Irl、Ir2、Ir3…Iri分别为馈线l、2、3….i零序电流的基波有功分量。
当电网发生单相永久接地故障时，残流中的基波有功分量与零序电压同相，其数值主要由电网的接地电容电流等参数确定，该接地电容电流的相位领先零序电压90°，所以，故障点的残余电流在零序电压上的投影便等于它自身的有功分量。DESIR检出故障线路的唯一性，源于只用所有馈线的零序有功电流总和的相位作为参考相位 (与上述参考轴等效) 。所以，此种接地保护既不要求测量零序电压，也不需要专用的传感器，只要利用现有的电流互器就足够了。
由于DESIR接地保护是以所有馈线零序电流的变量作为输入数据，故在灵敏度方面可以达到很高的水平 (50kΩ以上) 。该保护反应迅速，检出故障的时间仅为1s。
（四）微机选线装置的实现
DESIR接地选线方案的实现可基于微机综合保护成套装置，充分发挥微机系统的运算能力，利用成熟的高速DSP模块，对采集各条线路的零序电流进行快速的傅里叶分析计算，求出各线路的零序电流的相位和幅值，按DESIR的原理计算出所有馈线零序有功电流的向量和IR，及各线路零序电流在参考轴上的投影的分解值进行比较，以实现单相接地快速选线功能。
此方案可实现综合保护系统与接地选线系统为一体。降低变配电所的设备投资，减少其设备的维护量;对于老系统只要对总控单元进行相应的软件升级或升级中央控制板，以比较简便的方式实现快速接地选线功能，避免了新投设备的安装及安装过程对原有设备进行改动而造成的设备隐患;提高运行人员分析处理出现的供电系统单相接地故障能力，减轻处理时设备检查和操作的工作强度。
（五）零序互感器的选择和安装
中性点不接地系统一般不允许接地电流超过10A，所以一般10A以下保护就要动作。要求零序电流互感器在一次接地电流较小时，和非金属性接地时，零序电流互感器也要有一定的输出，来满足装置启动的门坎值。使用的综合保护，就要求有整定值，一般定值≤10A，如整定值一次电流为5A，可考虑100/5A或20/1A，一次电流5A时，二次电流0.25A，一般已超过综合保护的启动电流。如综合保护最小启动电流>0.25A，则选用75/5;50/5;15/1;10/1的变比，这些变比的零序电流互感器最好选用整体式的，否则精度要差一些。装置本身的负载阻抗并不大，但需要通过电缆将各个零序电流互感器与装置连接起来，所以电缆的阻抗就是零序电流互感器的主要负载阻抗，这种零序电流互感器的负载阻抗一般为2.5Ω左右，经过多年实践和试验得知与小电流选线装置配套的零序电流互感器选用容量：5VA
另外选线装置要求比较相位，因此零序互感器的安装方式、接线极性要求保持一致，安装校验时对其极性进行检验。
（六）结论
本文对零序电流反向残流有功分量(DESIR)原理，比较各零序电流间的相位差别，实际隐含了有功分量的原理，因为有功分量都是在同一零序电压作用下产生的，零序有功在各支路中存在区别主要原因还是各出线零序电流相位上的区别，而本方法则直接利用了这一特征，减少了多引入零序电压一个量带来的误差，同时利用了残流特征，提高了该方法的选线准确率。
参考文献
[1]贺家李, 宋从矩.电力系统继电保护原理[M].中国电力出版社, 2004.
[2]要焕年, 曹梅月.电力系统谐振接地[M].中国电力出版社, 2009.
单相接地 篇11
【关键词】10kv线路；单相接地；原因；处理措施
通过10kV配电网的事故分析，我们不难知道，其主要故障集中在单相接地。特别是10kV农网线路，地理环境和线路通道较差，在潮湿、多雨天气容易发生单相接地。单相接地故障会造成非故障电压的升高，长时间接地运行会造成配电设备的损坏，更严重的是可能造成人身事故，是影响配网线路安全。可靠运行重要因素。 造成单相接地的原因有很多，且故障点的查找相对也比较困难，如何减少线路的单相接地故障，提高供电可靠性，一直是配网运行的研究课题。
1.单相接地故障原因
1.1雷害事故
一二期农网工程和村村通电工程的实施后，配变增多，系统覆盖而大，遭受雷击的概率相对增多，不仅直击雷造成危害，而且由于防雷设施不够完善，绝缘水平和耐雷水平较低，地闪、云闪形成的感应过电压也能造成相当大的危害，导致接地故障的发生。
1.2污闪故障
系统中因绝缘子污秽闪络放电，烧伤绝缘子，造成接地故障。
1.3铁磁谐振过电压
随着电网规模的扩大，网络对地电容越来越大，在该网络中的电磁式电压瓦感器和空载变电器的非线性电感相对较大，感抗比容抗大得多，受霄击、倒闸操作等的激发，往往能形成铁磁潴振产生过电压，击穿绝缘薄弱环节造成接地故障。
1.4线路的质量不高及其他原因
①线路的安装质量不高，布局不合理。有的线路没有按规范安装架设，交叉跨越距离不够，有的线路安装前未对绝缘子逐片(个)摇测绝缘和抽样进行交流耐压试验，配變安装的接地电阻达不到要求，配变避雷器安装前未作检测，配变低压侧未安装避雷器(雷击低压线路产生的反击过电压会串人高压侧，从而击穿绝缘薄弱环节造成接地故障)。
②运行维护不当。线路未能定期检修，以至线路存在很大缺陷，带病运行。
③设备绝缘薄弱。在网各中有的设备绝缘水平低下，有些安装工艺不符合要求。
④线路通道树木的影响。 未加强通道维护，未定期裁剪树木，常引起线路接地。
2.l0kV线路单相接地故障的危害
2.1对变配电设备的危害
10kV配电线路发生单相接地故障后， 会在变电站10kV母线上的电压互感器检测到零序电流，在开口三角形上产生零序电压，使电压互感器铁芯饱和，励磁电流增加，如长时间运行、将烧毁电压互感器，造成设备损坏、大面积停电事故。单相接地故障发生后，也可能发生几倍于正常相电压的谐振过电压，危及变电设备的绝缘、严重者使变电设备绝缘击穿，造成更大事故。同时，过电压将进一步使线路上的绝缘子绝缘击穿，造成严重的短路事故，并可能烧毁部分配电变压器，使线路上的避雷器、熔断器绝缘击穿、烧毁，甚至发生电气火灾。
2.2对区域电网的危害
严重的单相接地故障，可能破坏区域电网系统的稳定，造成更大事故。
2.3对人畜的危害
对于导线接地这一类单相接地故障，如果接地配电线路未停运，就可能造成行人和线路巡视人员 (特别是夜间)，触电伤亡事故，也可能造成牲畜触电伤亡事故。
2.4降低供电可靠性，减少供电量
发生单相接地故障后，一方面要进行人工选线，对未发生单相接地故障的配电线路要进行停电，中断正常供电，另一方面发生单相接地的配电线路将停运。 在查找故障电和消除故障的过程中，不能保障用户正常用电，特别是在庄稼生长期、雷雨和地形复杂以及夜间，不利于查找和消除故障，将造成长时间、大面积停电，对供电可靠性产生较大的影响。 据不完全统计，由于配电线路发生的单相接地故障，光明地区每年将少供电十几万千瓦时，影响供电企业的供电量指标和经济效益。
2.5线损增加
发生单相接地故障时，由于配电线路接地相直接或间接对大地放电，将造成较大的电能损耗。如果按规程规定运行一段(不超过 2h)，将造成更大的电能损耗。
3.10kV线路单相接地故障的判断及处理
3.1分析判断
①一相电压降为零，另两相电压升高至线电压，发出接地信号，此为完全接地。②一相电压降低但不为零，另两相电压升高但小于线电压，发出接地信号，此为不完全接地。③一相电压降低但不为零，另两相电压升高至线电压，发出接地信号，此为电弧接地。④一相电压降为零，另两相电压未升高，发出接地信号，此为母线电压互感器二次熔断件熔断一相。⑤一相电压降低但不为零，另两相电压未升高，发出接地信号，此为母线电压互感器一次熔断件熔断一相。⑥一相电压降低但不为零，另两相电压升高超过线电压或两相电压降低但不为零，一相电压升高；三相对地电压依相序次序轮流升高，并在1．2～1．4倍相电压作低频摆动，约每秒一次；三相对地电压地一起升高，远远超过线电压，发出接地信号，此为并联铁磁谐振。 ⑦三相相电压或线电压同时大大超过额定值，此为串联铁磁谐振。
3.2故障处理
发生单相接地故障后，线电压依然对称，因而不影响对用户的连续供电，按照规程规定，系统可继续运行l2h，但非故障相的电压将升高，如长期运行，将危及系统的安全稳定运行，因此发生单相接地故障时，必须及时找到故障线路予以切除，确保电网稳定运行。
①发生单相接地故障后，变电值班员应马上复归音响，记录故障时间，接地相别，有关数值，迅速汇报当值调度和有关负责人，并按当值调度员的命令寻找接地故障。②先详细检查变电站内电气设备有无明显的故障迹象，如找不出故障点，再进行线路接地的寻找。③分割电网。把电网分割成电气上不相连的几个部分，判断单相接地区域。④电网分割后，可进行拉合闸试验，顺序为：a．空载线路、无功补偿电容器。b．双回路或有其他电源的线路，多电源线路应采取转移负荷，改变供电方式寻找故障点。C．分支最多、最长、负荷轻或不重要的线路。d．分支较少、较短、负荷较重的线路。⑤接地故障查出后，对一般不重要的用户线路，停电排除故障后方可恢复送电，重要用户线路，先转移负荷，做好安全措施后方可停电排除接地故障。
4.整改防范措施
提高10kV线路的防雷水平，在线路经过雷区的地方加装性能好的金属氧化物避雷器，降低避雷器的接地电阻，降低配变接地装置的接地电阻，在配变低压侧加装低压避雷器，使用绝缘性能好的绝缘子和线路设备。
提高10kV线路的安装质量，按规范进行安装。
加强定期检修，及时消除线路缺陷，不让线路长期带病运行。
消除铁磁谐振。如采用专用消谐器，电磁式电压互感器一次绕组中性点不接地等。
系统进行接地补偿。 测试接地故障电流超过30A时，可加装消弧线圈、接地变压器进行补偿。
为缩短接地故障的查找和排除接地故障时间，缩小停电范围可采用以下方法：①变电站内采用微机小电流接地选线装置。②主线上装设分段开关、较长分支线装设分支开关，较短分支线装设跌落式熔断器。③主线上分段装设接地故障显示仪，分支线上装设接地故障显示仪。④建立沿线路乡村的通信录，发生接地故障时，可电话联系询问情况，发动群众参与到线路的运行维护上来。
5.结束语
在配电系统中，发生单相接地故障的机率很大，接地故障严重影响电网安全、经济运行。防范接地故障的关键是做好日常运行维护工作，及时发现缺陷、解决缺陷，保证电网良好的运行环境，预防单相接地故障的发生。同时也应与时俱进，积极应用新设备和新技术，用科学的管理和高新的技术武装一个坚强的配电网。在故障发生后能及时隔离故障点，最大限度减少停电范围，提高供电可靠性，保证人身和设备的安全。
【参考文献】
［１］周封等.10kV配电线路单相接地故障分析及故障查找[J].科技信息，2010(6).
单相接地 篇12
1 两种状态下小电流系统单相接地故障的特征分析
电力变压器星型绕组中性点与大地电气相连称为中性点接地, 对于电力系统运行、继电保护、绝缘等方面产生深远的影响。一般来说, 小电流系统采取中性点不接地、中性点经消弧线圈接地和中性点经高阻接地三种接地方式。小电流接地系统单相接地故障稳态特征和暂态特征是故障选线, 有效切断故障线的理论论据。
1.1 小电流接地系统单相接地故障稳态特征
小电流接地系统稳态情况分为中性点不接地系统稳态和中性点经消弧线圈接地系统稳态两种, 在发生单相故障时, 这两种系统情况下的的零序电流是不同的。
对于中性点不接地系统发生单相故障来说, 在正常的情况下, 三相电压平衡, 对地电容产生比相电压超前90°的电容电流由线路流向大地, 三相电容电流之各显然为零。假如其中B相故障, 电容被短接, 电容电流为零, 那么A、C两相对地电压和电容电流都会升高倍。理论上, 在正常运行的情况下, 流经故障点的电容电流应当为无故障时三相电容电流的算术和。带有如下两大特征:第一, 非故障线路母线流向线路是电容性功率的方向, 其对地电容电流数值等于其上的零序电流。包括发电机在内的全系统非故障线路对地电容电流的总和在数值上和等于故障线路的零序电流, 但这个数值很大, 但电容性功率方向却是由线路流向母线;第二, 非故障相对地电压会上升为非故障时的倍, 故障相电压变为零, 全系统会有零序电压出现, 故障点的零序电流与正常情况下的相电压在数值上是相等的。
对于中性点线消弧线圈接地系统发生单相故障是在中性点不接地系统基础上的进一步改进。当流过故障点的电流过大, 为防止故障点燃起电弧, 引起非故障相对地电压过高, 损坏绝缘, 导致接地短路, 影响供电质量, 就需要在中性点上接入一个电压线圈, 以减少流过故障点的电流。与中性点不接地系统相比, 经消弧线圈接地系统单相接地故障在稳态下还有三大显著特征:第一, 在采用完全补偿方式的情况下无法利用稳态功率方向和电流大小去识别故障线路;第二, 采用过补偿时, 没法利用功率方向的判别进行故障选线;第三, 消弧线圈两端的电压是系统出现的零序电压, 但感性电流不会流经非故障线路。
1.2 小电流接地系统单相接地故障暂态特征
小电流接地系统单相接地故障多发生于电网中绝缘击穿引起接地故障, 并且这一瞬间恰好也是相电压的最大值。因此, 一般故障电流的暂态分量会比以上分析的稳态分量高出几倍乃至几十倍。从充电过程来分析, 非故障相电压突然升级导致电容充电, 充电电流经过电源从而形成了回路电流, 在较大的电感作用下, 充电电流衰减比较慢, 振荡频率也只有数百赫兹;而从放电过程来分析, 在故障相电压突然大幅度降低的情况下, 电容会发生放电现象, 放电电流不经非故障元件而直接经母线流向故障点, 从而使得放电电流快速衰减, 振荡频率高达几千赫兹。
因此, 暂态的电容电流应当是由充电和放电两个过程的电流和所组成, 并带有五大特征:第一, 暂态电流远大于稳态电流值, 持续时间很短;第二, 非故障线路的暂态零序电流要比故障线路零序电路小;第三, 所有线路在母线故障时的暂态零序电流方向都是从母线流向线路;第四, 所有非故障线路的暂态零序电流方向与故障线路零序电流方向是相反的, 都是从母线流向线路;第五, 故障线路零序电流的暂态过程与故障初始角相关, 当初始角接近90度时, 消弧线圈电感电流暂态分量几乎为零, 消弧线圈对故障线路的零序电流几乎没有影响。当故障初始角较小时, 零序电流需要很长的时间才能达到稳态时的值, 但受消弧线圈影响不大, 变化趋势也稳定。
2 零序暂态电流主成份分析选线法问题
上文分析可知, 在小电流接地系统单相接地故障发生在相电压最大的瞬间, 产生极大的零序暂态电流, 而且受高频的暂态量振荡的干扰, 影响选线的可靠性。因此, 引入基于SVD算法的零序暂态电流主成分分析选线法, 灵敏度高, 不爱消弧线圈影响, 且能剔除信号中的噪声和非主成分的影响, 极大提高选线的可靠性。
SVD即奇异值分解, 属于矩阵分解的一种, 是正交变换。在任意的线性相关矩阵左右分别乘以一个正交矩阵, 通过变换将原矩阵化成对角矩阵, 那么对角矩阵非零元素就是原矩阵的独立行 (列) 数。假设矩阵A∈Rm×n, 半正定矩阵ATA有n个特征值, 分别为1, 2, …n, 必有m≥0, 那么称λi的算术平方 (i=1, 2, …n) 为矩阵A的奇异值。令升序为N的一维时间序列为信号x (n) , 其构造吸引子轨迹矩阵为A, 用SVD算法对矩阵A进行分解, 从而产生一系列的奇异值和子矩阵, 分别用σi和Ai来表现, 可得到A=σi+Ai, 第一矢量子空间就是信息x (n) 的主要成分, 也就是说, 矩阵A最大的特征值σmax对应的子空间是主要成分, 用xp表示, 即有xp=F-1 (xmaxulvl) :其中ul、vl分别是最大特征值σmax的左奇异向量和右奇异向量。
以中性点经消弧线圈接地为例, 将基于SVD算法的零序暂态电流主成份分析法应用于小电流接地系统故障选线中, 步骤如下:
第一步:以数据窗长为10ms标准, 提取所有线路零序暂态电流;第二步:通过SVD算法将所有路线零序暂态电流主要成份都提取出来;第三步:对经一、二步提取出来的零序暂态电流进行两两的相关分析, 从而形成相关系数的矩阵;第四步:通过计算求出所有线路零序暂态电流综合相关系数;第五步:进行判定。若最大综合相关系数与最小综合相关系数的差大于或等于设定的阈值, 就判定是最小综合相关系数对应线路为故障线, 反之则母线故障。
3 多判据的综合选线问题
在传统的小电流系统接地选线方法中, 只要求结果标明是否为故障符号型选线, 不仅难以体现故障明显程度, 也不能体现馈线间的差别, 特别是在出现错误的选线时, 更无法给运行人员指明下一步处理方法。因此, 引入多判据综合选线法, 求得每条线的故障测试, 对故障选线结果能作出第二次可信度分配, 提高选线的可靠性。
构建多判据综合选线, 第一步应当先选择参与综合决策的单一选线判据。在实践中, 最重要的就是要把握选线方法之间具有一定的互补性。具体来说应该遵循六大原则:一是有抗弧光接地能力原则;二是能用于不同故障角原则;三是能用于小电流系统不同的接地方式原则;四是少受系统电流、电压不平衡的影响原则;五是能反映瞬时故障原则;六是能用于较大的过度电阻原则。根据上述原则, 下面以信号注入法、群体比幅法和小波包分析法三种单一的选线方法为例, 运用模糊理论融入三种选线方法, 形成多判据综合选线, 以提高选线的正确率。
全部综合小电流接地系统的所有馈线, 形成一个论域, 记为:U={l1, l2, l3…, ln}, 其中n表示出线的标号数。一旦系统发生单相接地故障, 零序电压就会采集到不同的故障信号, 对故障进行判断, 然后通过计算得出结果, 通过以上三步计算每天馈线的故障测试, 从而排查故障出故障线。
第一步:分别用信号注入法、群体比幅法和小波包分析法去计算得每一线路线的故障隶属度, 并将结果数据建立模糊集Ai={μi1, μi2, μi3…, μin}, i=1, 2, 3表示这三种选线的方法, 得到一个3×n的故障隶属模糊矩阵:
第二步:将每一种方法的单个判据的权重系数η计算出来, 组成一个选线方法权重集B=[η1η2η3]。每一个特定的小电流系统接地方式都是确定的, 例如信号注入法、群体比幅法和小波包分析法这三种方法中, 发现群体比幅法不合适某小电流接地系统, 那么权重集会让该方法的权重系数为零。
第三步:通过第一步和第二步已算出故障隶属模糊矩阵和权重集, 各线的故障测度集也就是故障隶属度模糊集合加权后所求得的值, 加权后的故障隶属度模糊集合为:
上式中, 1, 2, 3, …n表示各线路标号。假设式中两个最大的故障测度值分别为μmax1和μmax2, 且有μmax1>μmax2, 令m是符合这个系统选线方法的个数, 那么当μmax1
4 结束语
小电流接地系统单相接地故障的稳态和暂态特征为故障的主要特征。不管是运用零序暂态电流主成份分析选线法还是多判据的综合选线都是基于这两个特征。针对现象小电流接地系统装置的正确选线率不高, 多判据的综合选线更具可靠性。
参考文献
[1]张帆.基于零序电流暂态极大值的小电流接地选线新判据[J]电力系统自动化.2006 (4)
[2]陈奎.小电流接地系统电弧接地选线方法的研究[J]电力系统继电保护与控制.2013 (2)