小电流系统单项接地综合选线研究.doc

目 录1 绪论 11.1研究目的及意义 11.2国内外技术现状 31.3本论文主要工作 42 小电流接地系统单相接地故障特征 62.1电力系统中性点的接地方式 62.2小电流接地系统发生单相接地故障的特点 72.3小电流接地系统各种选线原理的分析与比拟 112.4各种测距方法的分析 132.5本章小结 153 小电流系统接地故障特征量分析 163.1中性点不接地系统接地故障特征量分析 163.2中性点经消弧线圈接地系统接地故障 194 小电流接地系统单相接地故障选线仿真 264.1仿真模型的建立 264.2仿真算例 274.3本章小结 345 小电流接地系统单相接地故障行波测距仿真 355.1行波的故障特征 355.2行波故障测距仿真算例 365.3本章小结 38参考文献 39致谢 401 绪论 总的来说是为了提高供电可靠性和平安性，节省人力物力提高配电网的综合自动化水平随着配电网规模的扩大及城网、农网改造的进一步深化，整个系统的对地电容电流越来越大，使弧光接地引起的过电压倍数甚高；下面以10KV配电线路单相接地故障为例对其危害和影响进行分析  1、对变电设备的危害 ： 10 kV配电线路发生单相接地故障后，变电站10 kV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，电压互感器铁芯饱和，励磁电流增加，如果长时间运行，将烧毁电压互感器。

接地故障发生后，也可能产生谐振过电压几倍于正常电压的谐振过电压，危及变电设备的绝缘，严重时使变电设备绝缘击穿，造成更大事故  2、对配电设备的危害 :  单相接地故障发生后，可能发生间歇性弧光接地，造成谐振过电压，产生几倍于正常电压的过电压，将进一步使线路上的绝缘子击穿，造成严重的短路事故，同时可能烧毁局部配电变压器，使线路上的避雷器、熔断器绝缘击穿、烧毁,也可能发生电气火灾事故 3、对区域电网的危害  ：严重的单相接地故障，可能破坏区域电网的稳定，造成更大事故 4、对人畜危害  ： 对于导线落地这一类单相接地故障，如果配电线路未停运，对于行人和线路巡视人员(特别是夜间)，可能发生跨步电压引起的人身电击事故，也可能发生牲畜电击伤亡事故5、对供电可靠性的影响 ： 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，影响供电可靠性；另一方面发生单相接地的配电线路将停运，在查找故障点和消除故障中，不能保障用户正常用电，特别是在庄稼生长期、大风、雨、雪等恶劣气候条件，和在山区、林区等复杂地区，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影响。

上述是小电流接地系统的故障的危害，然而当我们实地深入研究小电流单相接地故障以后，采取适当的方案方法会更好预防和快速的切除故障，从而把危害降到最低下面是一那么保护可靠选线准确的成功案列    襄樊科能公司在湖北省电力局和襄樊供电局的大力支持下与某单位合作，不仅有了技术信息和试验设备；而且还得到了科研经费补助从上世纪80年代末组织了一批在电力系统长期从事发、配电工作的工程技术人员，开展了近20年的研究工作，对国内外这类装置选线不可靠的原因，进行了深入细致地分析，实地调查了很多变电站、开关站，掌握了大量的运行数据，发现了各种理论在使用过程中存在的问题总结出了接地状态时，电流、电压和各种干扰信号的变化规律，根据“模糊理论〞的原理，综合采用了“首半波〞、“无功功率方向〞、“谐波电流的方向和大小〞以及“小波分析〞等多种原理和方法通过采集接地状态时多种数据与运行经验相结合，运用模糊理论和计算机技术，采用逻辑关系和模糊加权运算方法以及自主开发的程序软件；在硬件方面选用了从美国进口的大规模集成电路和高速电脑工控机；结构上是分布式网络结构，多位处理器同时工作，实现了实时跟踪，多种数据同步采集和运算处理，快速得出判断结果。

   同时，该公司还研制成功了与单相接地保护装置配套的具有高精度和高灵敏度的LXMZ-10型母线式零序电流互感器和电缆式零序电流互感器从多方面保证了保护选线的可靠性从1989年开发成功第一代选线装置〔原名称：单相接地探索仪、单相接地故障监测仪〕，于1993年通过了水利电力部低压电器质量检验测试中心的检验测试；并在华中网局和湖北省电力工业局的共同组织下召开了技术成果鉴定会，得到了与会三十多位专家、工程师的好评该工程的主要技术人员现又对该装置进行了全面升级，功能更加强大，选线的可靠性得到了进一步提高，从早期70-80﹪的选线准确率，提高到现在的100﹪；既解决了中性点完全不接地系统保护选线的需要；又解决了中性点经消弧线圈或电阻接地系统的保护选线需要；还能够满足多段母线多种组合并列或分段运行方式时，多条线路同时发生接地时的保护选线当接地时的过渡电阻较高或系统有谐振发生时，也能到达选线准确无误现已在二百多座变电站安装使用了这种装置，从用户反响的使用情况来看，效果很好，满足了电力系统对可靠性的要求，具有世界领先水平因此，从根本上解决了小接地电流系统单相接地保护选线可靠性差的世界性难题，为提高电力系统的自动化水平作出了创新性的奉献。

因此有必要和意义研究小电流接地系统的故障和选线 〔1〕在美国，由于其电网中性点主要采用电阻接地方式，也利用零序过电流保护瞬时切除故常线路小电流接地系统中单相接地保护被认为是难以实现的，而且引起的过电压非常严重因此，他们一般不采用小电流接地系统宁愿在供电网络上多投资以保证供电的可靠性但是今年来，在EIEE的专题报告上也认为应当加强小电流接地系统保护的研究 〔2〕法国在使用中性点进电阻接地系统〔NRS〕几十年后，现在正以NES取代NRS，同时开发出高新技术产品，零序导纳接地保护另外，挪威一公司那么利用测量空间电场和磁场的相位，反映零序电压和零序电流的相位，研制了挂式接地指示器 〔3〕在前苏联，二十世纪以来小电流接地系统应用较多，主要采用中性点不接地或经消弧线圈接地方式，保护主要采用零序功率方向原理和首半波原理起选线原理比拟简单，不接地系统主要功率方向继电器日本在供电、钢铁、化工用点中普遍采用NUS或NRS，所以选线原理简单采用基波无功方向方法今年来，在如何获取零序电流信号以及接地点分区段方面投入了不少力量，利用光导纤维研制的架空线路和电缆零序互感器0ZCT试验获得成功 〔4〕三十年代德国首次提出利用零序电流的半波极性来判断接地线路，相继有多篇论文发表，并有几代产品问世。

现在他们又研制出一种携带式接地报警装置而挪威一家公司那么利用空间电场和磁场的相位，反映零序电流和零序电压的相位，研制出悬挂式接地指示器，分段悬挂路和分叉点上 〔5〕90年代，外国已将人工神经网络原理应用于NUGS单项接地故障保护，并在有关文献提到应用专家系统方法随着小波分析的出现和开展，国外有文献提及利用小波分析良好的时频局部性，分析故障暂态电流的高频分量的方法 〔6〕在我国，6-35KV配电网常采用小电流接地系统，其中大多数是中性点不接地系统或经消弧线圈接地系统已经提出的选线方法均以零序电压来启动保护或选线装置，因此可以根据是否利用故障电流来把它们分类，第一类包括：比幅法、比相法、群体比幅比相法、首半波法、谐波电流方向法、五次谐波分量法、有功分量法、能量法，还有近几年出现的利用小波分析 最大原理、模糊推理或模式识别来实现故障选线的多种方法；第二类包：拉线法 注入信号跟踪法等 〔7〕随着选线原理的开展，各种选线装置也相继研制成功50年代我国有根据首半波极性研制成功的基地保护装置和零序电流五次谐波研制成功的接地选线定位装置70年代后期，上海继电器厂和许昌继电器厂等单位研制生产了一批有选择性的接地信号装置，如反映中性点不接地系统零序功率方向的ZD-4型保护和反映消弧线圈接地系统五次谐波零序功率方向的ZD-5型，ZD-6型ZD-7型保护。

有些运行部门还采用反映零序电流增大的零序电流保护来选线80年代中期，我国又研制成功了微机型小电流系统单相接地选线装置，近几年来，随着微机在电力系统应用的推广，相继出现了一些型接地选线装置和适合微机实现的选线理论其中南京自动化院的利用比拟零序电流五次谐波的的大小和方向的小电流接地系统单相接地选线装置；东北电力学院研制出通过无线电接收谐波电流，利用比相原理而实现的单相接地选线装置；山东大学研制出基于群体比幅比相原理的ML-1型以及利用零序电流五次谐波比相原理的MLA-98型小电流选线装置；西安交通大学那么提出了利用零序电流的3、5、7次谐波分量之和的相比照拟法和自适应独立判别法进行选线的原理等等九十年代至今，又先后推出了基于有功功率法，S注入法，小波分析法及接地残留增量法等原理的新型选线装置，并且分析故障暂态特征，应用DPS技术的基于小波理论的选线装置已经产生 〔8〕到目前为止，基于上述不同的选项原理，已经先后推出了几代产品但在实际应用中，效果不十分理想而小电流接地系统故障测距问题的研究相对较少，真正用于实际的装置跟少见，这同配网自动化水平不相适应.因此小电流接地系统故障定位问题还有必要进一步研究。

本课题的研究对象是小电流接地系统即中性点不直接接地系统，主要解决的是在小电流接地系统中发生单相接地时的故障选线和故障测距问题由于单相接地时的暂态分量往往比稳态分量大几倍到几十倍，容易测量，且消弧线圈相当于开路，对暂态分量几乎没有影响，因而选用一种适合分析暂态信号的方法将有助于提高选线的正确率由于小波变换具有良好的时频局部化特性，非常适合分析电力系统的暂态信号本文将小波变换引入到配电网的单相接地故障检测中，实现故障选线和测距，其主要内容如下： (1)简述国内外小电流接地系统单相接地故障定位的研究现状和开展趋势，目前广泛采用的各种选线和测距方法 (2)对小电流接地系统发生单相接地故障时零序电流的特点及暂态过程进行分析和总结 (4)对本文所采用的选线和测距算法从原理上做详细论述对故障后的零序电流进行小波变换，通过比拟小波变换模极大值的大小和极性实现故障选线，在选线的根底上，利用小波变换的奇异性检测理论检测初始行波波头及故障点反射波的到达时刻实现故障测距 (5)利用MATLAB/simulink中的电力系统仿真工具箱搭建小电流接地系统的仿真模型，对本文提出的选线和测距算法进行验证。

2 小电流接地系统单相接地故障特征 我国配电网一般都采用中性点不直接接地方式(NUGS)，因其发生单相接地故障时流过故障点的零序电流很小，所以又称为小电流接地系统，它包括中性点不接地系统(NUS)、中性点经消弧线圈接地系统(NES)和中性点经电阻接地系统(NRS) 通常讲的中性点不接地，实际上是经过集中于电力变压器中性点的等值电容(绝缘状态欠佳时还有泄漏电阻)接地的，其零序阻抗多为一有限值，而且不一定是常数如在工频零序电压作用下，零序阻抗可能呈现较大的数值，因此零序电流数值较小，而在3次或更高次谐波的零序电压作用下，零序容抗锐减，高次谐波电流骤增，有时甚至在正常运行情况下也可引起通信干扰中性点不接地方式即中性点对地绝缘，其结构简单，运行方便，不需任何附加设备，投资省，适用于农村10 kV架空线为主的辐射形或树状形的供电网络在中性点不接地配电网中发生单相接地故障时，线电压仍保持对称，可以继续运行1~2小时，不影响对用户供电当线路不长时，接地电。