五次諧波法對(duì)小電流接地系統(tǒng)的故障定位

1、【摘 要】 在我國(guó)3 66kV 配電網(wǎng)中，廣泛采用小接地電流系統(tǒng)，而此系統(tǒng)發(fā)生最多的是單相接地故障，所以如何快速準(zhǔn)確地檢測(cè)出故障線路一直是電力系統(tǒng)繼電保護(hù)的重要研究課題。小電流接地系統(tǒng)是我國(guó)35kV及以下電網(wǎng)最常用的接線方式，而對(duì)于小電流接地系統(tǒng)的故障定位又有許多方法，有零序電流比幅比相法，有功法，殘流增量法，“S”注入法等等。通過(guò)對(duì)這些方法的分析，總結(jié)了影響接地故障選線準(zhǔn)確性的因素。而本文則是根據(jù)故障點(diǎn)前后零序電流五次諧波大小的不同，設(shè)定一定的門檻值，通過(guò)相鄰兩個(gè)測(cè)量點(diǎn)數(shù)據(jù)比較，就可以判斷故障點(diǎn)的位置，無(wú)須母線端信息采集、分析。是運(yùn)用了五次諧波法來(lái)對(duì)小電流接地系統(tǒng)的故障定位。針對(duì)基于五次諧波

2、電流的單相接地故障選線裝置,由于系統(tǒng)中五次諧波含量不高,以及負(fù)荷中諧波源的影響,整定困難,實(shí)際選線精度不高的問(wèn)題。系統(tǒng)地分析了發(fā)生單相接地前后故障回路、非故障回路中五次諧波電流變化特點(diǎn),提出了基于五次諧波電流變化特征的單相接地故障選線方法,仿真結(jié)果表明,該方法有效可行。 關(guān)鍵字： 小電流接地系統(tǒng)；諧波；相位；無(wú)線；五次諧波；消弧線圈【Abstract】目錄1 引言.12 小電流接地系統(tǒng)的簡(jiǎn)介.2 2.1 小電流接地系統(tǒng)的接地特點(diǎn).2 2.2 小電流接地系統(tǒng)單相接地的概述.3 2.2 故障分析.43 仿真測(cè)試.7 3.1 設(shè)計(jì)原理.7 3.2 判定方法.8 3.3 五次諧波法原理.9

3、3.4 五次諧波選線法基本原理簡(jiǎn)介.9 3.5 仿真實(shí)驗(yàn)及分析.114 總結(jié).17 4.1 結(jié)論.174.2 小電流接地系統(tǒng)的選線技術(shù)與發(fā)展.17致謝.18參考文獻(xiàn).19 1 引言我國(guó)大多數(shù)配電網(wǎng)均采用中性點(diǎn)不直接接地系統(tǒng)（NUGS），即小接地電流系統(tǒng)，它包括中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)（NUS），中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)（NES，也稱諧振接地系統(tǒng)），中性點(diǎn)經(jīng)電阻接地系統(tǒng)（NRS）。近年來(lái)，隨著自動(dòng)跟蹤消弧電抗器的廣泛使用，為解決系統(tǒng)于故障瞬間出現(xiàn)的諧振問(wèn)題，開(kāi)始采用消弧線圈與非線性電阻串（或并）聯(lián)以及與避雷器并聯(lián)的行方式。NUGS 發(fā)生單相接地故障的幾率最高，這時(shí)供電仍能保證線電壓的對(duì)稱性，且故障電流較

4、小，不影響對(duì)負(fù)荷連續(xù)供電，故不必立即跳閘，規(guī)程規(guī)定可以繼續(xù)運(yùn)行1 2 h。但隨著饋線的增多，電容電流也在增大，長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行就易使故障擴(kuò)大成兩點(diǎn)或多點(diǎn)接地短路，弧光接地還會(huì)引起全系統(tǒng)過(guò)電壓，進(jìn)而損壞設(shè)備，破壞系統(tǒng)安全運(yùn)行，所以必須及時(shí)找到故障線路予以切除。由于小電流接地電網(wǎng)發(fā)生單相接地故障時(shí)對(duì)電力設(shè)備和人身危害小，并且三相之間的線電壓基本保持不變。因此可允許電網(wǎng)在此情況下繼續(xù)運(yùn)行一段時(shí)間。小電流接地故障盡管不會(huì)影響電網(wǎng)的正常運(yùn)行，但由此引起的過(guò)電壓會(huì)危害電網(wǎng)絕緣，可能導(dǎo)致短路故障使事故擴(kuò)大。因此，當(dāng)發(fā)生了小電流接地故障后需要盡快選出故障線路，以便運(yùn)行人員及時(shí)采取措施加以處理。但由于此時(shí)產(chǎn)生的故障電

5、流微弱，以及故障點(diǎn)電弧不穩(wěn)定等原因，使小電流接地電網(wǎng)的單相接地故障選線比較困難。我國(guó)配電網(wǎng)，普遍采用中性點(diǎn)不接地或者中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地方式，在這些電網(wǎng)中單相接地故障是最常見(jiàn)的故障之一，故障率最高?？焖贉?zhǔn)確的發(fā)現(xiàn)故障，排除故障，利于電網(wǎng)安全，可靠，經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，利于配電自動(dòng)化的實(shí)現(xiàn)。 小電流接地系統(tǒng)故障定位包括接地故障選線以及測(cè)距兩個(gè)方面的內(nèi)容，一要選準(zhǔn)故障支路，二要測(cè)出監(jiān)測(cè)裝置到故障點(diǎn)的距離。由于配電網(wǎng)節(jié)點(diǎn)和支路繁多，并且呈多級(jí)輻射狀分布，確定故障點(diǎn)到測(cè)量點(diǎn)的電氣距離與找準(zhǔn)故障支路，難度很大，本文通過(guò)比較相鄰測(cè)量點(diǎn)零序電流五次諧波的大小，達(dá)到故障點(diǎn)精確判位的目的。對(duì)于中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地的系統(tǒng)，

6、消弧線圈對(duì)五次諧波所呈現(xiàn)的感抗是基波的5 倍，而線路分布電容對(duì)五次諧波所呈現(xiàn)的容抗卻是基波的1/5，因此消弧線圈基本上不能補(bǔ)償五次諧波的電容電流。所以在消弧線圈接地系統(tǒng)中，對(duì)于五次諧波分量，依然可以近似認(rèn)為，故障線路的電流大小等于所有非故障線路的電流之和，方向與非故障線路的電流方向相反。 五次諧波法的一個(gè)嚴(yán)重不足是故障電流中五次諧波含量?jī)H占基波的10%左右，在經(jīng)過(guò)渡電阻接地的情況下數(shù)值就會(huì)更小，易造成誤判。2 小電流接地系統(tǒng)的簡(jiǎn)介110KV及以上電壓等級(jí)電網(wǎng)屬于輸電網(wǎng)，666KV電壓等級(jí)屬于配電網(wǎng)。輸電網(wǎng)一般采用中性點(diǎn)直接接地運(yùn)行方。配電網(wǎng)采用中性點(diǎn)不接地或經(jīng)消弧線圈接地運(yùn)行方式。由于此系統(tǒng)發(fā)

7、生單相接地時(shí)接地時(shí)電流小，因此配電網(wǎng)又稱小電流接地電網(wǎng)。中性點(diǎn)非直接接地電網(wǎng)中發(fā)生單相接地時(shí)，故障點(diǎn)的電流很小，而且三相間的線電壓仍然對(duì)稱，接地相電壓為零，電源中性點(diǎn)對(duì)地壓升高為相電壓，其它兩相的對(duì)地電壓升高行倍，這時(shí)的電網(wǎng)仍然穩(wěn)定運(yùn)行，但是一旦又出現(xiàn)某點(diǎn)接地，那么就會(huì)引起嚴(yán)重的短路事故。當(dāng)中性點(diǎn)不接地電網(wǎng)發(fā)生單相接地時(shí)，在接地點(diǎn)要流過(guò)全系統(tǒng)的對(duì)地電容電流，如果此電流過(guò)人，就會(huì)和接地點(diǎn)燃起電弧，引起弧光過(guò)電壓，從而使非故障相的對(duì)地電壓進(jìn)一步升高，因此，使絕緣損壞，形成兩點(diǎn)或多點(diǎn)的接地短路，造成停電事故。為了解決這個(gè)問(wèn)題，通常在中性點(diǎn)接入一個(gè)電感線圈，這樣單相接地時(shí)，在接地點(diǎn)就會(huì)有一個(gè)電感分量的

8、電流流過(guò)，此電流和原系統(tǒng)中的電容電流相互抵消，就可以減少流經(jīng)故障點(diǎn)的電流，因此，稱它為消弧線圈。2.1 小電流接地系統(tǒng)的接地特點(diǎn)變電站小電流接地，一般都裝設(shè)有絕緣監(jiān)察裝置。當(dāng)6到10千伏線路單相接地時(shí)，由于線電壓的大小，相位不變，按照規(guī)程規(guī)定，一般可以繼續(xù)運(yùn)行，但不要超過(guò)2小時(shí)，因?yàn)槠渌枪收舷鄬?duì)地電壓相對(duì)要升到約倍，這樣對(duì)電網(wǎng)系統(tǒng)的絕緣薄弱環(huán)節(jié)可能造成威脅。由于單相接地點(diǎn)可能接觸不良，因此會(huì)接地點(diǎn)可能產(chǎn)生瞬間弧光放電，甚至產(chǎn)生諧振電壓，對(duì)整個(gè)6到10千伏電網(wǎng)系統(tǒng)的穩(wěn)定構(gòu)成威脅。因此要求盡快排出故障，確保電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行。6到10千伏線路單相接地的特點(diǎn)：1：當(dāng)6到10千伏配電系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時(shí)

9、，變電站絕緣裝置的警鈴報(bào)警，母線接地光子牌燈亮。2：接地故障相電壓會(huì)降低或者接近零，另外兩相電壓會(huì)大于相電壓或者接近線電壓。如果接地相電壓指示穩(wěn)定，表明線路是穩(wěn)定接地；反之電壓表指針來(lái)回?cái)[動(dòng)，表明線路是間歇接地。3：若6到10千伏線路發(fā)生弧光接地產(chǎn)生過(guò)電壓時(shí)，非故障相電壓會(huì)上升很高，電壓表指針可能會(huì)打至表頭，甚至?xí)龜嚯妷夯ジ衅魅蹟嗥魅垠w。6到10千伏線路單相接地故障的判斷：1：根據(jù)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，若電壓互感器高壓側(cè)熔斷器有一相熔斷發(fā)出接地信號(hào)，另外兩相電壓升高，線電壓不變，則表明是單相接地故障。2: 6到10千伏線路因單相導(dǎo)致斷線，大負(fù)荷單相設(shè)備啟動(dòng)投運(yùn)等也會(huì)因三相負(fù)荷嚴(yán)重不平衡，從而導(dǎo)致中性點(diǎn)電

10、壓升高，此時(shí)絕緣監(jiān)察裝置也會(huì)發(fā)出接地信號(hào)，但電網(wǎng)并沒(méi)有發(fā)生接地。3：在給母線充電合閘時(shí)，由于勵(lì)磁感抗與對(duì)地電抗產(chǎn)生鐵磁諧振而產(chǎn)生過(guò)電壓，也會(huì)發(fā)出接地信號(hào)，而系統(tǒng)并沒(méi)有發(fā)生接地故障。4：因變電站母線或者架空線路的不對(duì)稱排列，線路中有一相熔斷器熔斷等，會(huì)造成三相對(duì)地不平衡，從而造成中性點(diǎn)電壓升高發(fā)出接地信號(hào)，這時(shí)系統(tǒng)并沒(méi)有接地。5：當(dāng)6到10千伏線路遭遇雷擊時(shí)，故障相會(huì)產(chǎn)生弧光接地，而非故障相電壓會(huì)升高，這時(shí)的絕緣監(jiān)察裝置會(huì)發(fā)出接地信號(hào)，實(shí)際電網(wǎng)并沒(méi)有接地。2.2 小電流接地系統(tǒng)單相接地的概述在小電流接地系統(tǒng)中，發(fā)生單相接地故障時(shí)，系統(tǒng)出現(xiàn)零序電壓，線路上有零序電流通過(guò)。對(duì)于中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)發(fā)生單

11、相接地故障，非故障線路上通過(guò)的零序電流在數(shù)值上等于線路本身對(duì)地電容電流,其相位超前零序電壓90°，容性無(wú)功功率的方向是由母線流向線路；故障線路出口通過(guò)的零序電流是非故障元件對(duì)地電容電流之和,其相位滯后零序電壓90°，容性無(wú)功功率的方向是由線路流向母線。對(duì)于中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地的系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障，流過(guò)接地點(diǎn)的電流除了全系統(tǒng)對(duì)地電容電流之和外，還有消弧線圈產(chǎn)生的電感電流，此電流與電容電流相抵消大大減小了流經(jīng)接地點(diǎn)的電流。為防止線路發(fā)生串聯(lián)諧振，補(bǔ)償方式通常采用過(guò)補(bǔ)償，這樣故障線路與非故障線路零序電流方向一致，故障線路零序電流的大小發(fā)生了變化，給選線增加了難度。中性點(diǎn)經(jīng)小電阻

12、接地方式的特點(diǎn)是，一旦發(fā)生單相接地故障，故障線路立即被切除，保護(hù)選擇性好。但由于不能區(qū)分瞬時(shí)單相接地故障與永久性單相接地故障，使瞬時(shí)單相接地故障也跳閘，影響了供電可靠性。同時(shí)，采用這種方式，需具備性能良好的開(kāi)關(guān)設(shè)備及備用電源等條件，否則跳閘停電頻繁，供電可靠性差，開(kāi)關(guān)的維護(hù)工作量加重。對(duì)于架空線電網(wǎng)，該方式將對(duì)通信線路產(chǎn)生電磁干擾。因此，采用中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地的方式具有供電可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，但不足的是在系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時(shí)殘流小，實(shí)現(xiàn)繼電保護(hù)選線較為困難。中性點(diǎn)經(jīng)小電阻接地的方式具有繼電保護(hù)選擇性好的優(yōu)點(diǎn)，可快速切除接地故障線路，但跳閘率五次諧波法對(duì)小電流接地系統(tǒng)的故障定位高，供電可靠性差，

13、對(duì)設(shè)備沖擊較大。2.3 故障分析小電流接地電網(wǎng)發(fā)生單相接地故障后，假設(shè)故障電阻為0，則故障相電壓為0，非故障相電壓升高3倍。小電流接地電網(wǎng)單相接地故障穩(wěn)態(tài)零序等效網(wǎng)絡(luò)圖如下：圖2-1 小電流接地電網(wǎng)單相接地故障穩(wěn)態(tài)零序等效電路 消弧線圈引入前，即中性點(diǎn)對(duì)地絕緣電網(wǎng)的接地電流分布特點(diǎn)如圖1所示。圖1中，、，代表三條支路，分別是安裝在各支路的零序電流互感器。設(shè)每條支路各相對(duì)地分布電容相等，分別以集中參數(shù)，表示。設(shè)支路的A相發(fā)生接地故障。 這時(shí)，電網(wǎng)各故障參數(shù)存在如下關(guān)系：(1)流過(guò)非故障支路零序電流互感器原邊的電流為本支路的電容電流，其相位超前零序電壓90度(表示零序電壓)，可以表示為 式中，i=

14、1,2,3為支路號(hào)，為角頻率。(2) 接地點(diǎn)電流為所有支路電容電流之和。即：式中: 為各支路對(duì)地總電容。 (3)流過(guò)故障支路零序電流互感器的電流流是所有非故障支路電容電流之和，其相位滯后90度，可表示為：式中：k為故障支路號(hào)。圖2-2 中性點(diǎn)對(duì)地絕緣電網(wǎng)的接地電流分布 由于電流之和可能很大，將會(huì)損害電網(wǎng)，所以一般都采用引入消弧線圈得到感應(yīng)電流，用來(lái)補(bǔ)償容性電流。 圖2-3 引入消弧線圈后的接地電流分布接地故障時(shí)，中性點(diǎn)電壓為U0，通過(guò)消弧線圈與地相聯(lián)，產(chǎn)生一個(gè)感性電流，與接地電流疊加，使接地電流變成。且根據(jù)L值不同分為完全補(bǔ)償、過(guò)補(bǔ)償、欠補(bǔ)償三種情況。對(duì)于五次諧波來(lái)說(shuō)，五次諧波電容電流是五次電

15、感電流的25倍，即使消弧線圈過(guò)補(bǔ)償，也遠(yuǎn)不能補(bǔ)償五次諧波電容電流。,所以，裝設(shè)消弧線圈并高阻后，五次諧波分量在電網(wǎng)中的分布規(guī)律也不會(huì)受到影響，這樣，可以相鄰測(cè)量點(diǎn)五次諧波的大小來(lái)判斷故障點(diǎn)的位置。3 仿真測(cè)試 仿真實(shí)驗(yàn)沒(méi)有普通意義上實(shí)驗(yàn)的必備器材，因此用軟件模擬實(shí)驗(yàn)條件就成了可行性非常高的一條路。事實(shí)上，很多仿真實(shí)驗(yàn)軟件早就開(kāi)發(fā)出來(lái)了，在很多大學(xué)、全國(guó)重點(diǎn)高中、初中也已經(jīng)應(yīng)用開(kāi)來(lái)。仿真軟件通過(guò)圖形化界面聯(lián)系理論條件與實(shí)驗(yàn)過(guò)程，同時(shí)運(yùn)用一定的編程達(dá)到模擬現(xiàn)實(shí)的效果。 目前主要包括物理仿真實(shí)驗(yàn)和化學(xué)仿真實(shí)驗(yàn)兩種。我將要運(yùn)用到的是仿真軟件中MATLAB的軟件來(lái)完成五次諧波法對(duì)小電流接地系統(tǒng)的故障定位

16、的仿真。3.1 設(shè)計(jì)原理故障點(diǎn)前的測(cè)量點(diǎn)測(cè)到的零序電流5次諧波為:IK=-jU0(15C-15CK-1/5L),電流滯后零序電壓90度，故障點(diǎn)后或非故障線路的電流為Ii=3jCiU0,超前零序電壓90度。基本上流過(guò)故障點(diǎn)前測(cè)量點(diǎn)的五次諧波電流等于所有非故障線路的電容電流，而故障點(diǎn)后的五次諧波電流等于故障支路的電容電流。除非故障線路的對(duì)地電容比其他線路對(duì)地電容和還要大(這種情猶很少)，那么故障點(diǎn)前后測(cè)到的五次諧波電流將有明顯區(qū)別。而非故障線路測(cè)到的就是本支路的五次諧波電流，前后的差值為中間線路流向地的電流，但是不會(huì)太大。設(shè)定一定的判定條件就可以判斷故障范圍，考慮到不同負(fù)載、不同線路位置會(huì)有不同的

17、諧波，比較相鄰測(cè)量點(diǎn)的諧波電流，通過(guò)幅值以及比例判斷故障范圍，設(shè)置某比例為門檻。仿真僅設(shè)置了2條支路，故障點(diǎn)前后的五次諧波如圖3-1和圖3-2所示。圖3-1 故障點(diǎn)前的五次諧波圖3-2 故障點(diǎn)后的五次諧波3.2 判定方法判定方法：每個(gè)測(cè)量點(diǎn)把本測(cè)量點(diǎn)的零序電流信息用無(wú)線傳到上一級(jí)測(cè)量點(diǎn)，并且結(jié)合下一測(cè)量點(diǎn)的電流信息進(jìn)行分析：(1)如果差值在門檻值以上，就可以判定故障點(diǎn)和本測(cè)量點(diǎn)和下個(gè)測(cè)量點(diǎn)之間，于是向上一級(jí)發(fā)發(fā)現(xiàn)故障的信號(hào)；(2)如果差值在門檻值以下，且收到了發(fā)現(xiàn)故障的信號(hào)，則顯示故障在后面，然后繼續(xù)向上一級(jí)傳遞發(fā)現(xiàn)故障的信號(hào)；(3)如果差值在門檻值以下，且沒(méi)有收到發(fā)現(xiàn)故障的信號(hào)，則不做顯示。

18、 這種方法對(duì)暫態(tài)和穩(wěn)態(tài)的五次諧波都是有效的。有無(wú)消弧線圈對(duì)這種方法影響也不大，暫態(tài)，穩(wěn)態(tài)的現(xiàn)象一致。這個(gè)設(shè)備正常時(shí)侯不工作，當(dāng)發(fā)生故障時(shí)，高頻的零序電流觸發(fā)單片機(jī)工作，保證了設(shè)備的使用壽命工作時(shí)間。通過(guò)無(wú)線向上一級(jí)的測(cè)量點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)。井接受下一級(jí)的測(cè)量點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算。這里采用nRF401無(wú)線收發(fā)芯片并結(jié)合高增益天線用于數(shù)據(jù)交換，有效半徑口J選1km。3.3 五次諧波法原理五次諧波法原理主要用在經(jīng)消弧線圈接地的系統(tǒng)。因?yàn)樵诮?jīng)消弧線圈接地時(shí)，工頻零序電容電流，基本上被消弧線圈補(bǔ)償，采用零序無(wú)功電流難以判斷，但五次諧波不會(huì)被補(bǔ)償，發(fā)生單相接地后，其五次諧波電容電流的分布基本上與中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)中基波電

19、容電流的分布規(guī)律相同。故障線路五次諧波電容電流之和，故障線路五次諧波電容電流方向與非故障線路相反。根據(jù)以上特點(diǎn)可以通過(guò)比較五次諧波電流大小，方向或功率方向來(lái)區(qū)分故障線路和非故障線路。3.4 五次諧波選線法基本原理簡(jiǎn)介中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地的小電流系統(tǒng)原理框圖如圖3-3所示，由于系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，三相系統(tǒng)參數(shù)很難做到完全對(duì)稱，使得系統(tǒng)中總存在一定量的零序電壓，但幅值較小。系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時(shí)（如圖中回路N 的A 相d 點(diǎn)發(fā)生金屬性接地故障）系統(tǒng)的零序電壓將變?yōu)椋菏街校珽A是A 相的相電動(dòng)勢(shì)；UA、UB、UC是各相對(duì)地電壓。圖3-3 消弧線圈接地系統(tǒng)原理示意圖可見(jiàn)，系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障后，系統(tǒng)的零序

20、電壓發(fā)生了明顯改變，導(dǎo)致系統(tǒng)的零序電流也改變。故障前流經(jīng)消弧線圈的電流IK0，故障后由于非故障線路對(duì)地電容電流增大，因而要求消弧線圈的感性電流也要增大以補(bǔ)償電容電流。目前，大多數(shù)應(yīng)用于小電流系統(tǒng)的消弧線圈都采用自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償技術(shù)，做到帶電自動(dòng)在線調(diào)節(jié)自身線圈電感量，使其產(chǎn)生的感性電流與電網(wǎng)的容性電流相補(bǔ)償，極大地減小了系統(tǒng)的接地電流，使接地點(diǎn)僅剩下數(shù)值很小的有功電流。當(dāng)小電流接地系統(tǒng)中發(fā)生單相接地故障時(shí)，由于過(guò)電壓所產(chǎn)生的弧光接地，高次諧波電壓導(dǎo)致產(chǎn)生高次諧波電流，這其中主要為五次諧波分量。它在電網(wǎng)中的分布，與基波零序電流分布情況相同。高次諧波電流中的容性分量是指流經(jīng)線路及中性點(diǎn)對(duì)地電容回路的電

21、流。由于容抗（電容阻抗）是與頻率反相關(guān)的，在對(duì)地電容基本不變的條件下，即容抗幅值是與諧波次數(shù)成反比的，五次諧波頻率增高為基波的5 倍，則諧波容抗減少為基波1/5 倍，進(jìn)而五次諧波電容電流增大為基波時(shí)電容電流的5 倍；而對(duì)消弧線圈而言，盡管消弧線圈可以做到自身在線調(diào)節(jié)，但補(bǔ)償?shù)氖腔ǚ至俊６宕沃C波感性補(bǔ)償電流，由于感抗與容抗剛好相反，前者是與頻率正相關(guān)的，感抗增加為基波的5 倍，感性電流減小為基波時(shí)的1/5，因此感性電流和容性電流兩者不僅不會(huì)互相補(bǔ)償，甚至消弧線圈五次諧波的感性電流補(bǔ)償幾乎可以忽略不計(jì)。因此，不論消弧線圈補(bǔ)償程度如何，情況均與中性點(diǎn)不接地時(shí)幾乎相同：故障線路中的五次諧波零序電流

22、應(yīng)當(dāng)最大，非故障線路中的五次諧波零序電流較小，由此可以實(shí)現(xiàn)故障選線。3.5 仿真實(shí)驗(yàn)及分析我國(guó)配電網(wǎng)中性點(diǎn)廣泛采用不接地與經(jīng)消弧線圈接地這兩種非有效接地方式，習(xí)慣上稱為小電流接地方式，當(dāng)小電流接地電網(wǎng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，其故障電流很小，故稱為小電流接地故障。由于小電流接地故障對(duì)電力設(shè)備、通信和人身危害小，并且三相之間的線電壓基本保持不變，不影響對(duì)負(fù)載的供電，因此可允許電網(wǎng)在單相接地情況下繼續(xù)運(yùn)行一段時(shí)間，以避免供電突然中斷對(duì)用戶的影響1。隨著人們對(duì)供電可靠性的要求越來(lái)越高并且小電流接地系統(tǒng)使配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，故障選線成為一個(gè)公認(rèn)的難題，但由于系統(tǒng)自身的特點(diǎn)，小電流故障選線問(wèn)題一直未能得到很好的解

23、決。目前已有的主要方法：五次諧波法、零序無(wú)功功率方向法、首半波法、PRONY 算法、基于小波變化的零序電流比較法、能量法等選線方法。本文主要通過(guò)已有的零序電流比幅比相法對(duì)仿真波形進(jìn)行暫態(tài)信息的提取、分析比較驗(yàn)證結(jié)論的正確性。應(yīng)用暫態(tài)信息是因?yàn)楣收习l(fā)生時(shí)的暫態(tài)信號(hào)往往強(qiáng)于穩(wěn)態(tài)信號(hào)，特征量明顯，并且基本上不受中性點(diǎn)接地方式的影響。Matlab 環(huán)境下的Simulink 是用于對(duì)復(fù)雜動(dòng)態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行建模和仿真的圖形化交互式平臺(tái)，運(yùn)行于Simulink 下的SimpowerSystem 工具箱是用微分方程刻畫(huà)的電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)過(guò)程的電力系統(tǒng)仿真工具箱。對(duì)于SimpowerSystem 工具箱，國(guó)內(nèi)外許多研究人

24、員都對(duì)其進(jìn)行了拓展。在做完一切準(zhǔn)備之后，接下來(lái)就開(kāi)始做最關(guān)鍵的仿真實(shí)驗(yàn)并分析了，運(yùn)用MATLAB軟件，來(lái)完成以下實(shí)驗(yàn)。首先，先把最基礎(chǔ)的接線圖在MATLAB中畫(huà)出來(lái)，然后在每個(gè)測(cè)量點(diǎn)上安裝各種測(cè)量?jī)x表，以便方便進(jìn)行最后分析時(shí)的測(cè)量。下圖便是利用MATLAB軟件來(lái)繪制的線路接線圖。圖3-4 仿真模型簡(jiǎn)圖根據(jù)上面的分析，建立Matlab 環(huán)境下的Simulink 仿真模型，如圖3-4所示，通過(guò)仿真來(lái)驗(yàn)證分析五次諧波選線法的應(yīng)用范圍。基本思路是根據(jù)系統(tǒng)的接線原理圖，建立了一個(gè)有9條線路的簡(jiǎn)單小電流接地系統(tǒng)仿真模型。假設(shè)斷路器（Breaker1）在t=9.4s 時(shí)刻閉合，系統(tǒng)發(fā)生C 相接地故障。第一種

25、情況： 采用分布參數(shù)模型，選用電纜線路的標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)：正序電阻0.17 /km，電感1.36e-3 H/km，電容6.1e-8 F/km；零序電阻0 . 216 /km，電感3.872e-3 H/km，電容2.276e-8 F/km。模型中3 條線路長(zhǎng)度分別設(shè)置為60 km、50 km、50 km。線路故障發(fā)生在第一條線路C 相的末端。消弧線圈自身電感量可以自動(dòng)調(diào)節(jié)，計(jì)算其電感量使其和線路對(duì)地電容相平衡。接地電阻為100 時(shí)，故障線路和非故障線路五次諧波電流如圖3-5和圖3-6所示。非故障線路在故障剛開(kāi)始，有一個(gè)幅值逐漸減小的振蕩衰減的過(guò)程，穩(wěn)定后的電流幅值很小。如圖3-5所示。當(dāng)接地電阻阻值小于

26、200 時(shí)，故障線路五次諧波電流較大，與非故障線路電流的比值也特別大。這是因?yàn)榻拥刈柚敌r(shí)，由于系統(tǒng)零序阻抗中消弧線圈感抗抵消了容抗，只有接地電阻，因而線路電流較大。當(dāng)接地電阻阻值大于500 時(shí)，故障線路五次諧波電流就變小了，這對(duì)于要求正確檢測(cè)到該電流是比較困難的，盡管它與非故障線路電流的比值仍然較大。圖3-5 故障前五次諧波圖3-6 故障后五次諧波第二種情況： 采用分布參數(shù)模型，選用電纜線路的標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)：正序電阻0.17 /km，電感1.36e-3 H/km，電容6.1e-8 F/km；零序電阻0 . 216 /km，電感3.872e-3 H/km，電容2.276e-8 F/km。模型中3 條

27、線路長(zhǎng)度分別設(shè)置為70 km、600 km、60 km。線路故障發(fā)生在第一條線路C 相的末端。消弧線圈自身電感量可以自動(dòng)調(diào)節(jié)，計(jì)算其電感量使其和線路對(duì)地電容相平衡。接地電阻為100 時(shí)，故障線路和非故障線路五次諧波電流如圖3-7和圖3-8 所示。非故障線路在故障剛開(kāi)始，有一個(gè)幅值逐漸減小的振蕩衰減的過(guò)程，穩(wěn)定后的電流幅值很小。如圖3-7所示。當(dāng)接地電阻阻值小于200 時(shí)，故障線路五次諧波電流較大，與非故障線路電流的比值也特別大。這是因?yàn)榻拥刈柚敌r(shí)，由于系統(tǒng)零序阻抗中消弧線圈感抗抵消了容抗，只有接地電阻，因而線路電流較大。當(dāng)接地電阻阻值大于500 時(shí)，故障線路五次諧波電流就變小了，這對(duì)于要求正

28、確檢測(cè)到該電流是比較困難的，盡管它與非故障線路電流的比值仍然較大。圖3-7 故障前五次諧波圖3-8 故障后五次諧波第三種情況： 采用分布參數(shù)模型，選用電纜線路的標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)：正序電阻0.17 /km，電感1.36e-3 H/km，電容6.1e-8 F/km；零序電阻0 . 216 /km，電感3.872e-3 H/km，電容2.276e-8 F/km。模型中3 條線路長(zhǎng)度分別設(shè)置為60 km、50 km、25 km,25km，如圖3-6所示型電路分別在一根線路上。線路故障發(fā)生在第一條線路C 相的末端。消弧線圈自身電感量可以自動(dòng)調(diào)節(jié)，計(jì)算其電感量使其和線路對(duì)地電容相平衡。圖3-9接地電阻為100 時(shí)

29、，故障線路和非故障線路五次諧波電流如圖3-10和圖3-11 所示。非故障線路在故障剛開(kāi)始，有一個(gè)幅值逐漸減小的振蕩衰減的過(guò)程，穩(wěn)定后的電流幅值很小。如圖3-10所示。當(dāng)接地電阻阻值小于200 時(shí)，故障線路五次諧波電流較大，與非故障線路電流的比值也特別大。這是因?yàn)榻拥刈柚敌r(shí)，由于系統(tǒng)零序阻抗中消弧線圈感抗抵消了容抗，只有接地電阻，因而線路電流較大。當(dāng)接地電阻阻值大于500 時(shí)，故障線路五次諧波電流就變小了，這對(duì)于要求正確檢測(cè)到該電流是比較困難的，盡管它與非故障線路電流的比值仍然較大。圖3-10 故障前五次諧波圖3-11 故障后五次諧波第四種情況： 采用分布參數(shù)模型，選用電纜線路的標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)：正序

30、電阻0.17 /km，電感1.36e-3 H/km，電容6.1e-8 F/km；零序電阻0 . 216 /km，電感3.872e-3 H/km，電容2.276e-8 F/km。模型中3 條線路長(zhǎng)度分別設(shè)置為70 km、60 km、30 km,30km。線路故障發(fā)生在第一條線路C 相的末端。消弧線圈自身電感量可以自動(dòng)調(diào)節(jié)，計(jì)算其電感量使其和線路對(duì)地電容相平衡。接地電阻為100 時(shí)，故障線路和非故障線路五次諧波電流如圖3-12和圖3-13 所示。非故障線路在故障剛開(kāi)始，有一個(gè)幅值逐漸減小的振蕩衰減的過(guò)程，穩(wěn)定后的電流幅值很小。如圖3-3所示。當(dāng)接地電阻阻值小于200 時(shí)，故障線路五次諧波電流較大，

31、與非故障線路電流的比值也特別大。這是因?yàn)榻拥刈柚敌r(shí)，由于系統(tǒng)零序阻抗中消弧線圈感抗抵消了容抗，只有接地電阻，因而線路電流較大。當(dāng)接地電阻阻值大于500 時(shí)，故障線路五次諧波電流就變小了，這對(duì)于要求正確檢測(cè)到該電流是比較困難的，盡管它與非故障線路電流的比值仍然較大。圖3-12 故障前五次諧波圖3-13 故障后五次諧波4 總結(jié)4.1 結(jié)論 針對(duì)小電流接地系統(tǒng)中的故障問(wèn)題，本文主要選用了五次諧波法來(lái)解決。本文總結(jié)分析了小電流接地系統(tǒng)的故障，五次諧波法的介紹，分析及原理。通過(guò)上面的分析，五次諧波選線在接地電阻較小時(shí)，故障線路和非故障線路的五次諧波電流對(duì)比明顯，選線效果還是很有效的。只是由于接地電阻的

32、影響，限制了該方法的適用范圍。接地電阻增大時(shí)，系統(tǒng)的諧波電流比較小。如果能夠在系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，通過(guò)現(xiàn)代控制方法或者靈敏傳感器技術(shù)及時(shí)捕捉到系統(tǒng)的五次諧波電流變化，由于故障線路和非故障線路的諧波電流比值較大，仍然可以實(shí)現(xiàn)正確的選線。 由于現(xiàn)代電力電子技術(shù)的發(fā)展，配電網(wǎng)系統(tǒng)會(huì)包含有“節(jié)能燈”、不間斷電源UPS 等電力電子裝置，這些裝置一方面增加了系統(tǒng)的無(wú)功功率損耗，同時(shí)也是系統(tǒng)的諧波源。當(dāng)單相接地故障接地電阻較大時(shí)，五次諧波電流較小，會(huì)淹沒(méi)在系統(tǒng)諧波源所產(chǎn)生的諧波中，使得故障五次諧波無(wú)法正確檢測(cè)，導(dǎo)致選線判據(jù)失效。這也是目前實(shí)際應(yīng)用五次諧波分量進(jìn)行故障選線的裝置效果不理想、選線正確率低的主要原因。 經(jīng)過(guò)分析比較發(fā)現(xiàn)，采用兩兩測(cè)量點(diǎn)間的運(yùn)算方法，可以迅速直觀地方便巡線員找到故障點(diǎn)。故障信息就地運(yùn)算，不需要匯總到配電母線，節(jié)省了成本。4.2 小電流接地系統(tǒng)的選線技術(shù)與發(fā)展我國(guó)635kV配電網(wǎng)中性點(diǎn)廣泛采用小電流接地方式。由于小電流接地電網(wǎng)發(fā)生單相接地故障時(shí)對(duì)電力設(shè)備和人身危害小，并且三相之間的線電壓基本保持不變。因此可允許電網(wǎng)在此情況下繼續(xù)運(yùn)行一段時(shí)間。小電流接地故障盡