經消弧線圈接地系統單相接地故障選線的研究_畢業設計說明書-資料下載頁

【導讀】隨著社會經濟的迅猛發展，電力系統的重要性日益凸顯。因而近幾年電網的。安全可靠運行倍受關注。在電力系統中發生幾率最大的故障類型為單相接地故障。而在發生故障后及時確定及切斷線路故障則顯得尤為重要。本論文主要是利用。主要是運用零序電流、零序功率以及5次諧波來進行判斷和選擇。種方法的優缺點及使用場合。為單相接地故障。為確保配電系統安全運行，如何快速、準確檢測并隔離故障線路成為。一個重要研究課題。電力系統運行中，電能由發電廠發出后通過各級變電所經高壓輸電。網送到用戶側，經配電網供給用戶。一般來說，110kV及以上電壓等級網絡屬輸電網，

　　

【正文】 電容與系統總分布電容相差不大 )或經高阻接地時，可能發生誤判，而且無法檢測母線故障。特別對經消弧線圈接地系統，由于消弧線圈的補償故障線路零序電流很小，用該方法根本無法選線。 文獻 [7]針對經過消弧線圈補償后接地殘流過小、難以準確選線的問題提出了零序電流比值選線方法。根據消弧線圈容量變化前后零序電流比值變化趨勢不同確定接地故障線路。該方法 不需延緩切除阻尼電阻，響應速度快、算法簡單、實現容易。 5． 2 零序電流 相位 比較法 NUS中故障線路與非故障線路的零序電流分別為從線路流向母線和從母線流向線路，所以只要比較零序電流方向就可找出故障線路。此法在故障點離互感器較遠且線路很短時，零序電壓、電流均較小，會產生“時針效應”，相位判斷困難。且受 CT不平衡電流、過渡電阻大小、繼電器工作電壓死區及系統運行方式的影響，易誤判，并對 NES失效。 5． 3 零序功率比較法 該方法使用在自動跟蹤消弧電抗器的小電流接地系統中，利用消弧線圈串聯非線性電阻的特點，在發生接地故障 后、非線性電阻被短接前，非故障線路不與消弧線圈構成 本科畢業設計說明書（論文） 第 31 頁 共 36 頁 低阻抗回路，零序電流為本身接地電容電流。故障線路經接地點與消弧線圈構成低阻抗回路，零序電流為所有非故障線路電容電流及 LR串聯支路電流向量之和，故障線路有功電流明顯大于非故障線路，通過檢測各線路零序電流有功分量大小就可確定故障線路。該方法零序電流中有功分量較小，不利于選線，仍存在 TA不平衡電流的影響。 該方法適用于中性點不接地系統，判別依據是故障線路零序電流無功分量落后于零序電壓 90。，而非故障線路零序電流無功分量超前于零序電壓 90。 ，無功功率 0(取無功功率 由母線流向線路為正方向 )的線路為故障母線。但該方法受過渡電阻影響比較大，在過渡電阻較大時檢測零序電壓非常困難。該方法根據各條出線電氣量來區分故障線路和健全線路，具有自舉特點。但在零序電流較小時容易誤判，不適用于諧振接地系統。 5． 4 5 次諧波比較法 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，實際運行中多使用五次諧波分量法。從過渡電阻的非線性可知故障點本身就是一個諧波源（金屬性接地是經電阻接地發展而來的），且以基波和奇次諧波為主，根據諧波在整個系統內的分布和保護的要求，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 ω L=ω C和 5ω L1/5ω C，可忽略消弧線圈對五次諧波產生的補償效果，知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，再利用前述原理（如群體比幅、比相法等），即可解決 NES 的選線問題。但負荷中的五次諧波源、 CT不平衡電流和過渡電阻大小，均會影響選線精度。 5次諧波電流大小隨運行方式的變化而變化，而且故障電流中 5次諧波含量較小 (小于故障電流的 10％ )，受 TA 不平衡電流和過渡電阻的影響，保護裝置難以整定。有些用戶存在諧波，使故障線路和非故障線路都向系統送出諧 波電流，故障線路和非故障線路的 5 次諧波方向可能相同，故障線路中 5次諧波電流不一定總是最大，相位關系也不一定成立，無法區分故障線路和非故障線路。當線路較少或線路較短時，單相接地故障線路 5 次諧波零序電流較小，方向也難判別。由于有的系統中 5 次諧波含量很小，加之TA、 TV 等對 5次諧波造成的附加相移，給選線帶來很大困難。 5． 5 四種選線方法的適用性比較 每一種選線方法都有一定的適用范圍，通過對幾種常用選線方法的仿真研究，可以得出以下結論： 零序電流比幅法：零序電流比幅法概念清楚、原理簡單，但受線路長度、線路回路 本科畢業設計說明書（論文） 第 32 頁 共 36 頁 數 的影響較大，同時受接地弧光電阻的影響較大．相同條件下，對金屬性單相接地故障，系統回路數較多的電纜線路，本方法選線效果較好．由于弧光接地電阻的存在及變化，使零序電流變小，實際應用中受外界影響較大．在實際應用中，由于零序電流互感器誤差的影響，使故障線路和非故障線路的零序電流相差不大，該方法極容易發生誤判或漏判，不能保證長期有效．因而該方法對電流互感器的性能一致性要求較高．由于消弧線圈電感電流的補償作用，零序電流比幅法不適合于經消弧線圈接地系統．由于高阻的存在降低了零序電流，零序電流比幅法同樣不適合于高阻接地系統 ． 零序電流相對相位法： 利用故障線路零序電流與非故障線路零序電容電流流動方向相反特點找出故障線路。但該方法在線路較短、零序電流值較小時受“時鐘效應”影響相位判斷困難，易受過渡電阻和不平衡電流影響，不適用于經消弧線圈接地系統。且受TA不平衡電流、過渡電阻大小、繼電器工作電壓死區及系統運行方式的影響，易誤判，并對 NES失效。 零序功率方向法：單純從數值上看該法優越于零序電流比幅法，但是一個較小的外界干擾信號導致的零序功率也較大，引起誤判．另一方面，實際應用中零序功率的檢測要難于零序電流檢測．因此該方法的局限性與 使用環境同比幅法基本一樣． 五次諧波法：五次諧波法的最大優點是可以用于經消弧線圈接地的系統中，這是它區別于上面兩種方法的最大特點，但對檢測設備的快速性、靈敏性等要求較高．不能用于干擾嚴重的系統中，當過渡電阻較大時，零序電流很小，許多基于穩態量的選線法就失效． 5． 6 尚需解決的問題 我國現有的選線裝置在理論上多采用零序電流高次（以五次為主）諧波原理來實現故障選線，首半波法，有功分量法及其它選線手段均有使用。但是，由于裝置要使用的諧波分量在信號中所占比例較小，難于分離和提取，及負荷的諧波干擾，使基于諧波原理 的裝置在實際運行中出現誤判。首半波原理的前提假設是發生故障時相電壓在最大值附近，但實際運行中，故障時的相電壓有可能出現在零附近，這使該方法的應用受到很大限制。其余多數選線方法都是基于故障后的穩態信號進行分析，但 NUGS穩態時的接地電流很小，使基于幅值比較的保護選線精度降低，基于相位比較的保護因“時針效應”而誤選。 本科畢業設計說明書（論文） 第 33 頁 共 36 頁 結 論 小電流接地系統單相故障時多年來一直未能很好解決的一個難題。 零序電流的出現會增加電流在傳輸過程中的損耗和系統的不穩定性。 本論文主要是利用零序電流及其相關量來進行故障選線。而目前，在 我國，通過獲得零序電流情況下的選線也是比較完善和成熟的。 當小電流接地系統發生單相接地故障時，故障線路和非故障線路的零序電流存在明顯差別，通過對零序電流 5 次諧波進行分析，利用 MATLAB 自帶的傅里葉分析器對零序電流進行分析，比較各線路 5次諧波幅值大小，比較之下，幅值最大的，即為故障線路。通過仿真可得，影響零序電流波形的因素包括：接地方式、故障位置、故障初始角、負載等，通過仿真可得該判據有比較好的抗干擾能力，能正確的選出故障線路。 本文對配電網中性點經消弧線圈接地方式進行了仿真比較。 Matlab 仿真平臺的出現 ，使電力系統工程師從繁瑣的建模、編程中解放出來，其概念清晰，操作簡單，有廣闊的應用拓展空間。通過對小電流接地系統的數值仿真研究，可以克服理論分析上的抽象性，幫助電力系統分析應用人員形象直觀地理解系統的運行特性。 通過建立了一個三回路的小電流接地系統仿真模型，對零序電流比幅法、 零序電流相位法、 零序功率方向法和五次諧波法，四種基本選線方法進行了仿真．從仿真結果可知，配電網系統結構、線路對地電容等因素的不斷變化，使在自動選線裝置中單純應用一種選線方法，選線的成功率是較低的．只有準確區分各種選線方法的作用域，發揮各種選線方法的互補性，才能提高選線的準確率 。 本科畢業設計說明書（論文） 第 34 頁 共 36 頁 致 謝 論文的完成，我的心情是激動的。這篇論文可以說是大四最后一個學期以來，學習和研究成果的總結。腦海里浮現出許多幫助過我的老師和朋友，在這里，要向他們表達最中心的感謝。 首先，要感謝我的指導老師都洪基副教授。當我們這批同學開始涉足畢業設計時，都是一片的迷茫。外加 剛考完研的我們，多少從心理上都有所放松。是都老師教導我不可以松懈，同時通過一次次的交流不斷打開和修正我的思路，最終明確了選題的方向。在寫論文的過程中，無論從課題的確定，進度的把握，還是論文完成 后的修改，都老師都給予了無私的指導、鼓勵和支持。從老師身上，我深深感受到了不斷追求創新的精神；嚴謹求是的治學態度，誨人不倦的高尚品格以及忠厚長者般得關愛精神。 還要感謝張俊芳老師，雖然她不是我的指導老師，但是當我因為 Matlab 以及相關資料搜集匱乏時，張老師都給了我很大的支持。在了解到學校搜集資料有困難時，她主動給我介紹了高年級的學長，從那兒我找到了相關的信息資料。 同學中，最要感謝的是郝越、蔡維維學姐和劉明學長。在剛剛開始涉足如何研究的時候，蔡學姐就很關心我的進度和情況，并時常和我聯系有無困難。在通過和他 討論以后，許多細節的問題都迎刃而解。在我 MATLAB 的仿真出現問題后，郝越同學耐心地幫我調試，調整線路參數的情況。劉明學長也是通過各種途徑幫我搜集資料，給我軟件問題上的答疑解惑。正事因為有他們，我的論文才能夠順利完成。 最后，我要感謝我的父母，感謝他們一直以來對我的支持，鼓勵和肯定 謹以此文獻給所有關心支持和幫助我的老師，親人，朋友們。 本科畢業設計說明書（論文） 第 35 頁 共 36 頁 參 考 文 獻 [1] 賀家李 ,宋從矩 .電力系統繼電保護原理 [M].北京 :中國電力出版社 ,2020. [2] 曾祥君 ,尹項根 ,張哲 ,等 .零序導納法饋線接地 保護的研究 [J].中國電機工程學報 , 2020,21(4):510. [3] 曾祥君 ,尹項根 ,張哲 ,等 .配電網接地故障負序電流分布及接地保護原理研究 [J]. 中國電機工程學報 ,2020,21(6):8489. [4] 楊漢生 ,趙斌 ,姚晴林 ,等 .基于零序功率的小電流選線方法 [J].繼電器 ,2020, 30(11):3032. [5] 曾祥君 ,尹項根 ,于永源 ,等 .基于注入變頻信號法的經消弧線圈接地系統控制與保護新方法 [J].中國電機工程學報 ,2020,20(1):2932. [6] 薛永端 ,徐丙垠 ,馮 祖仁 ,等 .小電流接地故障暫態方向保護原理研究 [J].中國電機工程學報 , 2020, 23(7):5156. [7] 薛永端 ,馮祖仁 ,徐丙垠 ,等 .基于暫態零序電流比較的小電流接地選線研究 [J].電力系統自動化 ,2020,27(9):4853. [8] 肖白 ,束洪春 ,高峰 .小電流接地系統單相接地故障選線方法綜述 [J].繼電器 ,2020,29(4):1620. [9] 張雙平 ,張漢雄 .小電流接地系統單相接地故障選線方法綜述 [J].安徽電力 ,2020, 27(2):7579. [10] 金浩 , 馬 草 原 , 崔 樹 娟 . 煤 礦 電 網 接 地 故 障 仿 真 [J]. 中 國 科 技 信息 ,2020,21(19):3536. [11] 浙江大學張保會 ,尹項根 .電力系統繼電保護 [M].北京 :中國電力出版社 ,2020,55. [12] 邢亞輝 ,王海軍 ,呂艷萍 .基于線路零序頻率特性的小電流接地系統故障選線 [J].電力自動化設備 ,2020,26(4):5962. [13] 劉艷紅 ,張志剛 ,周洋 .MATLAB 在小電流接地系統故障選線中的仿真研究 [J].應用技術與研究 .2020,21(4):5052. [14] 張立華 ,徐立文 .小電流接地系統 單相接地故障選線的一種算法 [J].清華大學學報 ,1998,38(9):7576,81. [15] 賈清泉 ,楊以涵 ,楊奇遜 ,等 .用注入法實現小電流接地系統單相接地選線保護 [J].電力系統自動化 ,2020,27(21):3538,44. [16] 索南加樂 ,薛曉輝 ,高峰 ,等 .小電流接地系統單相接地故障選線的研究 [J].西安交通大學學報 , 008,42(4):7175. [17] WELFONDER T,LEITLFF V,FEUILLET R,et strategies and evaluation of detection algorithms for earth faults in pensated MV distribution systems[J].IEEE Transactions on Power Delivery,2020,15(4):11211128. 本科畢業設計說明書（論文） 第 36 頁 共 36 頁 [18] JOTA P R S,JOTA F detection of high impedance faults in radial distribution feeders[J].Electric Power Systems Research,1999,(49):169174