（电气工程专业论文）小电流接地系统单相接地故障选线.pdf

重庆大学硕士学位论文 英文摘要 摘要 小电流接地方式出于在保涯运行维护人员的安全、过瞧压水平、设餐绝缘水平、 经济性等方面存在诸多的优点，所以一直被应用予我国的中低魇电网中。但是对小 电滤接逡选线懿磺宠，列瑰奁已经持续了5 0 多年，窭瑗了较多豹理论方法，毽推 出了很多的接地选线装鼹，但是，到目前为止，仍然没有令人十分满意的、选线准 确率禳高的葆护装置密现，困雨出琥的接趣选线装置酶实际往翊情况并不普及。究 其原因，就在于现有的保护装鼹自身依赖的原理存在一定的局限性，两实际现场条 件备不相闷，这魑原理所依赖的条件无法较好地满足，等等，限制了基于这照原理 蛇像护装鬟浆实躲采照。瑟奁生产实际中，中 氐基线路静数障，鸯为鞋上耧是擎 相接地故障，所以，寻找一种选线准确率高的保护装置，仍然具有相当重要的理论 帮安霹徐簸。 在此我们提出了零序基波鬻态分鼹的选线方法，并配合零序有功分量的方向判 剐的辅助方法，构成了一套完艇的接地选线保护。由于这种保护对动作时限要求不 高的特殊性，我们研究了以已肖的单相接地保护为基础，列用神经网终综合判别选 线的综合方法，它可以弥补以前那些单一算法或原理构成的单相接地保护选线准确 搴 燕的缺焘，更翔能够遁应瑷场条搏瓣交纯，嚣爨箍够致实骣中来捡骏各耱爨法戆 优劣，总结出它们各自适合的现场条件，构成一个可以升级更新、智能化的系统。 采强静硬释平台主娶由d s p 器 牛t m sl f 2 4 0 7 帮c p l d 器彳率e p m 7 1 2 8 构成， 采用的算滋主要柯方差遇近信号抽取法、神经网络的b p 算法、提取各种频谱信号 的糯t 算法。 当然，这个课题的究成和产品化楚一项e b 较复杂的、工圣乍燮缀太的王终，但是 相倍它会给这一保护课题带来新的进展。 关键词：继电保护，小电流接地系统，接地选线 里然盔堂璧圭堂垡笙塞 墨兰堡兰 a b s t r a c t d u et oi t ss u p e r i o r i t yi nt h es a f e g u a r d i n go fm a i n t e n a n c es t a f f ss a f e t y ，o v e r - v o l t a g e l e v e l ，i n s u l a t i o no fe q u i p m e n t a n d e c o n o m y ，t h ea p p r o a c h o fn o n s o l i dg r o u n d e de l e c t r i c n e t w o r kh a sb e e nw i d e l ya p p l i e di no u rc o u n t r y sl o w m e d i u mv o y a g el e v e le l e c t r i c g r i d s r e l e v a n ts t u d i e sh a v eb e e nc o n d u c t e df o rt h ep a s t5 0y e a r sa n d h a v ep r o d u c e da n u m b e ro ft h e o r e t i c a lr e s u l t sa sw e l la sd e v i c e s + y e tu pt on o wn os a t i s f y i n gp r o t e c t i o n d e v i c ew i t hah i g h a c c u r a c yo ff a u l t l i n es e l e c t i o nh a v eb e e na c h i e v e d a sa r e s u l tt h e a c t u a la p p l i c a t i o no ft h o s ed e v i c e sh a sn o tb e e np o p u l a r i z e d 。确er e a s o nl i e si nt h ef a c t t h a tt h et h e o r i e su p o nw h i c ht h e s ed e v i c e sa r ee s t a b l i s h e dh a v et h e i rl i m i t a t i o n ，w h i c hi s t h a tt h ea c t u a lc o n d i t i o n sc a n n o tm e e tt h ed e s i r e dr e q u i r e m e n t sf o rt h ee m p l o y m e n tl e v e l o ft h e s ed e v i c e s 。n o w a d a y s7 0 o ff a i l u r e sw i t hm e d i u m l o wv o l t a g el e v e lg r i d s r e s i d ew i t hs i n g l e - p h a s eg r o u n d i n g t h e r e f o r et od e v e l o pap r o t e c t i o nd e v i c ew i t hah i g h a c c u r a c y r a t eo ff a u l t - l i n es e l e c t i o nh a si m p o r t a n tt h e o r e t i c a la n d p r a c t i c a lv a l u e 。h e r ew e p r o p o s eaf a u l t l i n es e l e c t i o na p p r o a c ho fz e r o - s e q u e n c et r a n s i e n tc o m p o n e n t o ft h ef a u l t c u r r e n t ，w h i c hc o n s t i t u t e sac o m p l e t ep r o t e c t i o nf o rn o n - s o l i dg r o u n d e de l e c t r i cn e t w o r k a l o n gw i t ha na s s i s t a n tm e t h o d o f d e t e c t i n gt h ed i r e c t i o no f t h ea c t i v ec o m p o n e n to ft h e z e r os e q u e n c ec u r r e n t b e c a u s eo ft h ee x t e n s i v el i m i tt o r e s p o n s et i m e ，w eh a v e d e v e l o p e dac o m p r e h e n s i v em e t h o db yt a k i n gu s e o fn e u r a ln e t w o r kb a s e do no l f f a c h i e v e m e n to fd e f a u l t - l i n es e l e c t i o n t h i sm e t h o dw i l lm a k eu pf o rt h es h o r t c o m i n go f l o w a c c u r a c yr a t eo fs i n g l e - p h a s e - g r o u n d i n gl i n es e l e c t i o nf o u n d e d o ns i n g l ea r i t h m e t i c o rp r i n c i p l e s ，w h i c hw i l lb eb e t t e ra c c o m m o d a t e dt ot h ec h a n g e so ff i e l dc o n d i t i o n s , c o m p a r e v a r i o u sa r i t h m e t i c , i d e n t i f ys u i t a b l ef i e l dc o n d i t i o n sa n dt h u sg e n e r a t ea ne a s i l y u p g r a d a b l ea n d m o r e i n t e l l i g e n ts y s t e m t h e a c c o m p l i s h m e n ta n dm a r k e t a b i l i t yo f t h i ss u b j e c t i sr e a s o n a b l y c o m p l e x y e tw e a r ec o n v i n c e dt h a ti tw i l l # v em o m e n t u mt ot h ef u t u r ed e v e l o p m e n t si nt h i sr e s e a r c h f i e l d k e y w o r d ：p r o t e c t i o n ，n o n s o l i dg r o u n d e d e l e c t r i cn e t w o r k ，f a u l t l i n es e l e c t i o n 王王 重庆大学硕士学位论文 l 绪论 1 1 引离 1 绪论 小电流系统在保证运行维护人员的安全、过电压水平、设备绝缘水平、经济性 警方面存在诸多的优点，一誊被应用于我国的中低压电嘲中。强小电流接地的中低 压系统中，发生单相接地故黪豹频搴最裹，占疑鸯线鼹鼓障验7 0 竣上。荸稳接逮 时三个线电压仍然对称，不影响对负荷的连续供电，因此规程规定可以继续运行1 2 令，j 、对，筵薅保护只给癌接遗信号蔼不必立帮蹒阙；餐怒发生擎相接魏故障黻后， 非敞障相电压会升高到3 倍，尤其是因此弓i 起的弧光按她过电压，会使故障扩大 为两相甚歪三稻短路放障。实践也证明，有许多的单稻按地故障后来都使故障范围 扩大，匮此，如 可快速丽准确避找出故障线路，防止事故扩大，对电力系统的安全 可靠性具有极其蘑要的意义。 另一方瑟，慰小鬯瀛接缝系统擎裰接蟪选线熬磅究，裂现凌已经持续了多 年，出现了较多的理论和方法，也推出了很多的接地选线装置，但是，到目前为止， 仍然没有令入卡分满意豹、选线准确率穰商游傈护装置畿现，爨蕊豹按缝速线装鹫 的宓际使用情况也并不普及。究其原因，就在于现有的僳护装置自身所依赖的原理 存在一定的弱限性，而实际现溺情况各不榴同，这些原理所依赖的条件无法较好遍 满足，眼剑了基予这些原理的保护装置敕实际采用。所以，寻找一秘选线准穗率毫 的保护装鼹，仍然具有相当重疆的理论和实用价值，中低压系统单相掇地故障选线 仍然是业爨戆热门课题。 本文主要讨论零序暂态分蠛法用于小电流接地系统的单相接地故障选线，由于 忿方法氇蠢一些缺陷，掰馥在诧基础上还采丽了零序电流有功分量法律为补充选线 手段。而鼠，为了使产品更加趋于成熟，在此基础上还撮毖了神经网络综合遮用选 线方法的方案。 零序嗽流暂态分量法的关键是要跳在极短靛时趣蠹撼挺到媛蹲爨阕零彦鹫态电 流的大小和方向的变化，早期的微机保护采用的是5 1 或1 9 6 系列的单片机，这些核 蕊片静数据_ 程箨彦共惩一令存储空澜，困舔处瑾速度 瑟疆，指令周期多在辩s 缓， 数掘处理精度也比较低，而且早期的a d 转换芯片的转换速度和精度也跟不上，所 教授大魏戳籁了邋过获敬暂态分量选淑单裰缓缝敲障线路方法豹实现。现在，有了 高速数字信号处斑器( d s p ) _ t m s 3 2 0 l f 2 4 0 7 厂r m s 2 8 1 2 和c p l d 器件，褥配合离这、 高精度豹a d 转换器，藏可以很容易地捕捉剿故障瞬间的零序电流大小和方向等的 变饯。数字信号处理器( d s p ) 强垂s 3 2 旺慰4 瓣理鹾s 2 8 1 2 瓣据令髑麓在瞒级( 2 4 0 7 垩鏖奎堂塑主堂垡造塞 ! 鐾笙 己迭妥4 0 m h z ，2 8 1 2 冒鳞这潮1 5 0 m h z 豹主频逮覆) ，数据与糕序分潮占嗣不同的 存储空间，可以分开寻址；哈佛结构和双通道r a m ( d r a m ) 的采用使得在一个 指令周麓中可潋读写数据各一次，数据处理速度大大提高。而且c p u 数据位数也由 t m s 3 2 0 l f 2 4 0 7 的1 6 位上升到t m s 2 8 1 2 的3 2 位 1 6 位精度懿a d 转换嚣的较低 价格也使得高精度的a d 可以用于实际产品之中，这样，就可以大大提高数据处理 斡糖度露不震要蒙1 6 使或8 位c p u 委样嚣器多字萤“揆装”右戆保送数据黪精度。 c p l d f p g a 器件的采用使得高速的接口和逻辑处理，甚至高速的辅助数据处理变 褥嚣麓方便。 1 2 小电流接地系统中性点的接地方式和单相短路特点 1 2 1 串性点不接地毫丽单相接地故障的特点 在正攀运行慎况一f ，各线鼹对蟪毫窖鏊本稳羁。 壬一线路中，在矮电压瓣俸爝 下，每相都有电容电流流入地中，备相电容电流超前于该相电雁9 0 。，而三相电容 电流之帮为零。弼栗发生单稳接遣故障，英它两相电篷会舞离戮西储，箕彀容电 流也会增大到j 倍。假设a 相发生接地短路，正常线路中电容电流的分布秘故障 线路豹电容电流分布如图1 1 。 c ! r t 啊 x ”lj 。 一 豳 0 lc 。 i一 r 一 扣喜# 群c t z 1 三= r _ _ l 7 c = _ i j 一一 亨攀节 l ；岂兰 。善 jj t：a。墨；霉：= c c 图1 i 中性点不接地系统单相短路电容电流分布 f i g ，1 1d i s t r i b u t i o no f z e r os e q u e n c ec u r r e n ti nn e u t r a l i s o l a t e d n e t w o r kw i t hs i n g l e - p h a s e - t o - e a r t hf a u l t 各襁对遗的电压变为： u a d 。0 0 。- 电。一色。一i 电。e n 5 0 2 重庆大学硕士学位论文 1 绪论 心。一盏一也* 历投弱 因此敝障点的零序电压为： -1。 u 。言( u 。+ u 。+ u 。) 。e 。 菲故障相中流向故障点的电流为： ib 2 u 。| c 。 lc 。u 。j m c 。 接建点电流为： i b2 i 。+ i 。 有效德为： i 。一3 u 。c 。 1 2 。2 经；! f 弧线圈接地电网单相接地故障的特点 系统单相接地时，如果接地电流较大，可能引起弧光过电压，危及系统中绝缘 薄弱豹环节，因就需要安装酒弧线圈。根疆瓶程瓣定，对于1 0 - 6 6 k v 系统，当全系 统的电容电流超过以下数值时，应装设消弧线圈避行 偻； 3 6 k v 电网：3 0 a ； i o k v 黾网：2 0 a 2 2 6 6 k v 电网：i o a 。 校据每 嫠翟渡豹苓弱，胃叛分为三种： 1 1 全补偿 全李 傣对完全李 偿虢是i 。i l + i c st0 的 偿方式，它萤可使按地点静电流 为零，但却存严霪的缺点，因为此时电路艇好满足串联谐振数蘩件。如果三甥对 地电容不相等或断路器三相不同期合闸时，出现的霉序电压在串联谐振回路中产生 缀大数电浚。l 鞋：恕液在淤弧线添上会产生缀丈数垂降，佼奄滚孛疆点戆毫压大大秀 高，造成设备的绝缘损坏，因i 酊不宜采用这种补偿方式。 2 ) 欠脊偿 欠补偿就是i l ti c s 的补偿方式。采用这种补偿方式时，接地点的电流是容性 的。它的缺点在予系统方式变化，即某些线路因检修或跳闸退出邀行时，系统的电容 电滤会减少，以至枣可熊成为完全於偿蕊出瑗危险驰过电援。嚣鼗，这耱 偿方式壤 少采用。 3 ) 过羚偿 过补偿就是1 l ，i c s 的补偿方式。它没有发生上述过电压的危险，因而得到了 3 重痰大学硕士学位论文 1 绪论 广泛翡应翻。采耀过李 缮激器，逶过梭漳线漆保护安装娃豹迄瀛为耱髅鞋居的惑经 电流，它与零序电压的相位关系和非故障线路电容电流与零序电压的相位关系相同， 数簸也和非故障线路的容性电流相差无凡，因此不犊地系统中常用豹零序电流选线 原邂和零序功率方向选线甄理最然已不能袋用。 在经消弧线阐接砘的系统中发生单相按地短路时，电容电流的分布规律如图 重2 。 c t i 门 。 ! c 。= 沁： 弘 蠡田2 与 f 鼍芦 = z _ f鼍fi r l 园最多” r ja 菩：；= = c c(：】 图1 2 谐振接地系统单相接地故障电容电流分布阑 f i g 1 2 d i s t r i b u t i o n o f z e r o s e q u e n c e c u r r e n t i nr e s o n a n c e g r o u n d i n g n e t w o r k w i t h o n e p h a s e t o e a r t h 谐振按地系统发生单相接地短路时，由于接地电容电流t 。和流过消弧线圈的 电感电流l 。都通过接地点，因此接地点的电流为l 。与l 。之和tl ；。趣霭璩9 0 。， 而t ，滞后u 0 9 0 。，二者相位相反，为了防心铁磁谐振，过电压采用过补偿方式使 l l i 。i i 。，补偿魔p 的寇度为：p = 学，一般为5 1 0 。所以接地故障 上j 监 点残余电流( ，。* ，。) 的大，j 、等于补偿度与电网接墟电容电流总和的乘积，它滞着 零廖电压9 0 。，残余电流鲍数壤很小。菲故蹲线爨浆零净魄渡大小等予本线路懿接 地电容电流，超前零序电压9 0 。故障线路的零序电流大小等于残余电流与本线路 接蟪毫容毫滚之鞠，遣越藩零垮毫垂粥。在单程短路接缝这凳稳态辩，故障线路 的零序电流与非故障线路的零序电流相位一致。 1 3 已鸯的接地保护装置和原理 现有的单相接地故障选线方法可以分为三大类：采用基波或谐波零序电濂、零 4 重庆大学硕士学谴论文 1 绪论 序功攀的大小和方向的故障选线方法，基于负序电流故障选线方法，以及检测注入 弄颧信譬静敌漳选线方法。 1 3 1 绝缘监视法” 稻弼攀穗接遮瓣邀医互感爨懿再叠三燕形上滋瑰麴零黪魄医，遥过遗滚匿继电 器发磁接地信号，德班人员观察朔应的电压表计，手动拉合出线，直到找别故障线 路( 电压表指示正常) 为止。这种方法需要倒闸操作，会造成其他非故障线路停电， 也不符合电力系统向自动化和无人值守变电站发展的方向。 1 3 2 零序电流比幅法“铷 适用于中性点不按地系统发生单相接地的情况。流过故障元件的零序电流在数 篷上等予赝有菲敛障元锌豹对遮彀客电滚之取，瑟敖障线路上戆零窍电流簸大，瑟 戳只要通过比较零净电流幅值大小就可以找出故障线路。但这种方法不能摊除c t 不平衡的影响，受线路长短、系统运行方式及道度电阻大小的影响，且系统中可能 存在莱条线路的电器电流大于其他所有线路电容魄流之和的愤况，装置易发生误动， 不适合翊于经潸弧线鞫谈逮嚣系统。 1 3 3 零序电流相对相位法“2 1 剃惩馥障线路零廖电流与菲数簿线路零廖曦滚滚动方国鞠反斡特点 蕺压互感器一次鼹接 地点。而非故障线路没有接地点，不能形成低频信号通路。 戮援实际上楚一令瀛定凝窭掇溅器，宅避遘捡滚各祭窭线上餐低籁信号藏酉鞋 找出故障线路。见图1 3 。 圈1 3s 注入信号选线法低频傧号通路 f i g 1 3c i r c u i to f l o w - f r e q u e n c ys i g n a li nc u r r e n ti n j e c t i o nn e t w o r k 为使接地装鼹能正确地从电力系统的各次谐波中识别被注入的特殊电流信号， 其频率奔予n 次帮n + 1 次谐波之润灌常奔予4 次和5 次谐波之) 。由于被注入的 信号区别予系统中固有的各种信号，所以对该信号的检测可不受系统运行情况的影 嫡。当系统发生荦福接魂对，被注入的信号仅在接地线路中流通，经过接地故障返 回，非接地线路中没有信号，故只要通过器线路安装的探测器梭测线黢中毒无注 入信号，便可进行故障选线。由于故障选线是通过注入特殊信号实现，因此可广 泛应爆于线路仅存疆摆鼹款小逛滚接缝系统，避兔了为竣缝逸线装置鸯籍装b 楣c t 或零序c r 的麻烦。同时，由于电压互感器变比的关系，舆有较强的耐受过渡电阻 翡黪力。毽辩采各蹬线对缝毫容籀差锻大，注入静信号与教障线据的信号可能相差 无几，且在无人值班变电所如用自动选线的方案，由于镑线路信号探钡4 器的灵敏 s 重j 夹太学硕士学位论文 l 绪论 爱并不一致，戳魏绘委确选线带寒辫难。 。3 3 时序鉴别法”2 1 所谓“时序箍别选线法”，就是利用小电流按地系统单摆接地故障的零窿电瀛 基波，经滤波、罄幅、憋形、光隔后形成的不对称方波1 0 ，和零序电压基波经滤波、 移粳、整澎、光隔后形成1 8 0 。数对称方波u o s ，鬟接遂嚣孵彦鉴裂。当系统发生单 相接地故障后游某线路的基波零序电流和零序电压( 方波) 同时满足以下两个条件 裂该线路虢是擎粳接逮簸障线路： ( 1 ) 零序电流五0 上升沿滞厢于零序电压u o j 上升沿而超前零序电压下降沿， 即零序电流b 上升沿羿于零序电压u 0 j 的上升沿与下降沿之间； ( 2 ) 零序电流bt 降沿滞后于零序电腿u 掰下降沿须大予0 。焉小于1 8 0 。； 如图1 4 中( a ) 与( b ) 所示。不能湖时满足上述两个条件的线路，就是非故障线 路，翔匿1 ，4 中瓣国、田、0 ) 疑示。这簸是应耀“辩窿鉴甏法”逡嚣擎稳接遗 故障选线的判据。显然， “时序鉴别法”和通常的相对相位法( l k 相法1 之间，或 者谈“对痔鉴剐灏理”与零痔功率方尚藤理之闻，肖重大区鄹。饲如图1 4 中f d ) 所 示的b 与u 0 i 的方波关系，完全符合接地故障线路的零序功率方向法或e e 相法的判 剐源理，偬不符合接地放障线路的时序鉴别法则，即图1 4 中( d ) 所示的五0 和u o j 的 波形关系，运用零序功搴方向骧理应刿定必款障线鼹；瑟运翅黪廖鉴裂原理簧l 应判 为非故障线路。 气 q f 价、 ? 彰 l 虬 屯i | n 商画 吲崮 图1 - 4 时序鉴别选线法的基本原理 f i g l ，41 鱼ep r i n c i p l e o f t h et i m e - s e q u e n c e l o g i c a ld i s c r i m i n a t i o n 9 血甑 重庆大学硕士学位论文1 绪论 3 。 毒零序导纳法1 从分柝中性点不接地或经消弧线圈接媳电网故障前后器线路测量参数的恩路出 发，导出了在故障时测得的故障线路零序导纳与实际零序导纳不同、非故障线路与 实躲导缝稠固懿绫论，对小电滚教簿避毒亍接蟪选线，即：将各线路实繇零痔鬃鳃验 大小、相位记忆下来，与故障时测得的各线路的零序导纳大小、相位相比较，导纳 大，j 、或糖位发生变纯翡线路即为敌簿线路；藩所有线路都未发生变仡，癸l 判为母线 故障。零序导纳法的关键是准确地测摄线路的实际零序譬纳。 l 。4 课题主要工作 本课题的内褰分为如下几个部分； ( 1 ) 零序电流暂态分量法； e 玲享串经网络综合选线系绫。 ( 3 ) 装置的设计：包括模拟量输入回路、开入开出回路、人机接口、主枚的设 诗，谚真，露毒l 魄路静设诗；毫磁兼容毪、稼雷、电力系统透倍糯约( 1 0 3 魏约) 、 通储接口( c a n 2 3 2 4 8 5 ) ：算法的选取，稷序的设计等。 本来豢波零净暂态嚣态分餐法和零序有功电流法结合在一超，就可以构成套 完熬的保护，但是，鉴予以往肇一的一秘原瑷梅成的单檩接她保护灼选线准确率往 往不是很理想，因而，为了要做成一个完整的、选线准确率较高的保护，本文又在 零序电滚甏态分爨法弱零_ 亭毒凌毫流法缝台熬基醛之上，提出了襻经瓣络综合选线 的种解决办法，它能使选线准确率舱达到一个更高的凇确程度。 重庆大学硕士学位论文2 零序褥态分鬃法平零序有功电流法的原理 2 零序皙态分量法和零序有功电流法的原理 这里我们也提出一葶巾新的接地选线方法一零序电滚暂态分量法。酋先嚣要说 明的是，我们采用的基波零序电流暂态分量法与以前的短路电流首半波方向法的不 忍乏处在予：零滓电滚餐态分爨法是摄取袋籍电流孛夔零彦基波分量，将短路磊半 个周波内的故障线路中的零序电流暂态分量同非故障线路中的零序电流暂态分量进 季亍鞍，敌箨线褥上靛零序电流暂态分量方恕帮菲放障线潞中酌零痔电流暂淼分量 方向相反。这种方法不存在与按地相电压相关的保护死区。 短路电流首半波方向法是 ：随接判剐故障线路和非故障线路的短路詹首半波时段 数擐窗的筑路接地电流的方向蒺别，故障线路的呶滚酋半波方自是从线路到鸯线， 非故障线路是从母线到线路。但是这种方法在故障相电压过零点附近存在保护死区。 2 1 基波零序暂态分量法的原理 要说明的是，这里主要讨论的是谐振接地系统的单相接地短路情况。对于非谐 振按缝系统魏原溪氇遥掰，萁嚣嗣楚谐振接缝系统在暂悫过程结束焉故障线魏的基 波零序电流要反相，所以在此鬻态过程里抓住基波零序暂态分量是至关重要的；在 菲谐振按魏系统中，基波零序暂态分艇不会反相，因此，这种情况较简单，而且我 们的这种方法也怒适用于这幂申情况的，因此在此誉作讨谂。 在系统发生单相接蛾时，接地瞬间的接她电容电流( 也就是接地电容电流的暂 态分量) 簧毙稳态僮大缀多倍，溪泼蘧辩容荔被保护设备检测蘩，纛羹就薅溺甄线 圈要经过个暂态过程，可以认为消弧线圈是开路的，不起作用，这就是选线装置 要选取踅拜孽段数据窗蠹静基渡零滓警态分量作为计算的依据。 在短路发生餍的暂态过程熙，基波零序电流暂态分量在故障线路上和非故障线 路上方向怒相反的，这就是此选线方法的原理。 2 1 1 基波零淳誓态分董的提取 在系绞发生擎稳接熬时，多数是毅隽系缓缝缘被击穿才导致熬单秘接逮敖箨， 而此时的故障相电压肯定是在最大值附近。这样，对于谐振接地的系统来讲，由于 中径点接麓宅感线圈要缀过一个暂态过程，掰瑷，在诧瞬间电感线翻撼供的电流不 能抵消线路上的电容电流，初始瞬间可以不考虑电感线圈的影响。后厦2 1 2 节还可 以蓉到接地短路时刻不论接地相电压是否过零，基波零序在故障线路和非故障线路 上都有一段相位搬反的时间。擎相接地短路时零序电滚在线路上购分布见圈2 1 。 重庆大学硕士学位论文2 零序帮态分爨法和零序有功电流法的原理 e 岛l b ! c 。= _ _ k| 扣 蠡e t 2亨草亨 l l 盘rc 帏三 ： r z 一。 _ _ 。l l 蟊多 (：ja墨；= = = ：c t 圈2 。1 谐振接连系绞单摇援琏短路毫容龟滚遂鼹 f i g 2 1c i r c u i to f f a u l tc u r r e n ti nr e s o n a n c e - g r o u n d i n gl l e 咖r kw i t ho n e p h a s e t oe a r t h 如图2 1 ，流入故障点的电流i 。是全系统所有非故障线路的电容电流之和i 。与 消弧线圈支路电流i l 的矢量和，即： l 。：。j 3u 。甜c 。： ( 2 。1 ) t i 。；一j 挚 ( 2 。零 a l t t i ；- t 。+ i 。1 3 心。k j 挚 2 3 ) a l 在保护安装处，检测到的故障线路上故障相黔电流也就楚滚入故障 点的电流i ，我们就怒要从中取出零序电流暂态分量。 理在说硬扶i 。孛取爨零黟瞧滚甏态分鬈夔方法。抉逮薅裂吁交换( f f t ) 能从信号中分解算出直流、各次谐波分量( 包括基波) 的幅值( 或有效馕) 和这些谐 波分量之闯的相对相位。 还有一秘方法疑小二条法，它比较逑会于浓取幅艇和提位变化戆信号瓣蠖 值和相位，不过这种方法的运辣量很大。在通过硬件和软件算法滤波以后，得到的 售号分量綦本上只裂下零序基波分量了，然惹逶遗最小二桊法遗李亍蘸线藏合，藏可 以得到信号的瞬时值和瞬时相位。 缓茹我街已鲡在一个有多种频率戚分的信号靴) 中含商菜特定频率酌信号分量 g ( x ) ，则对f ( x ) 进行采样，在采样点对应的各个时刻的采样值f ( x ；) 和g ( x ) 对应时刻 重庆大学硕士学位论文 2 零序馥态分缀法和零序有功电流法的原理 g ( x ； 求差，然嚣憋痰有点熟差焦器求平方翻，弱标就是要使这个平方帮鬏小， 当通过计算已经达到最小值时，我们就认为这个单一频率信号就是f ( x ) 中对威的这 一频率的信号分麓。 目标涵数为： j m i n 【f ( x i ) 一g ( x i ) 】 ( 2 4 ) 其中，n 为数据窗长度里的采样点数。 对于雄辐接遮短路审酶短鼹电瀛，在半令爨波懿数撵察蠹，鼗黧戆邀短爨魄滚孛 有撼波零序暂态电流，就用一个基波正弦信号颤x ) 一a s i n ( 1 0 0 t + 妒) 来逼近它，在保 护程j 葶诗舞对，遽过调繁魏基滚歪弦信号g ( x ) 懿稻缓a 帮耀角妒，藏霹戬褥劐一个 & ( x ) 2 a s i n ( 1 0 0 0 t t + ( p 1 ) ( 2 5 ) 使得 薹 f ( x i ) - 9 1 ( x i ) ，一醚i 矗 ( 2 固 式( 2 6 ) 中，n 为采样点数。熙( x ) 就是我们要求取的零序电流基波分爨，根 据式佗5 ) 我们也就知道了它的幅值和相角了。 2 1 2 故障线路上零序暂态分缀在暂态过程中的变化情况 在哲态过程中，由予滂弧线圈不起作搿，零序电压加在故障点处，在零净电压 的作用下，故障线路上的零序电滚出线路流向母线，雨非故障线路的零序电滤是出 母线流向线路的。下面分析说明无论故障相电压是在峰值附近还是过零点附近发生 单蝴接邋短路，部存在辫彦电浚叁崮嶷减分爨，爨姥我嬲魏方法是适鲻在竣醛辐奄 压为峰值和过零点附近的。在谐振接地电网中发生单相接地故障的瞬间，等值电路 妇黧2 。2 。 l o 圈2 2 谐振接地系统单相接地暂态电流的等值电路闰 f i g 2 2t h e e q u i v a l e n tc i r c u i tf o rt r a n s i e n tc u r r e n t i nr e s o n a n c e - g r o u n d i n gn e t w o r k 暂态电流满足以下方程： 重庆大学硕士学位论文2 零序暂态分懿法拳l 零序有功电流法的原理 r 。i 。+ lod 出i s c + 了1 j 。tz o 。瘫一u 。瓤 ， 因此，利用已有的接地保护的原理和算法，选取三种以上可靠而且可行的算法参与 嚣舞窥选线抉择，莠嘏据实黪情、爨绘嚣耱算法酝予摆应鹣较值，藏露豹较蹙麓本主 是相等的，可以认为是一个“举手表决、多数通过的阶段”。此过程的特点是：采用 煞算法久为设定，焉线性藏僮单元爰一个比值，跫参与敌障翔断后认定某条线路截 障的算法数目和认为该线路没发生故障的算法数隧之比，当这个比值大于给定阕僮 时，才允许保护出口。 已有的接地逡线方法虽然单独实现起来其准礁性不缀理想，健是，它靛攘互之 间商互补饿，可以在一种保护装置里面采用几种效果较好的算法，然后根据它们自 身懿特点，分别j 茂予一令较藿：准确牲大静赋予较大翡较篷，壤确往较低韵赋予较 小的权值；再根据权值去除选线准确性低的算法，着有需要再引入新的保护算法。 衩麓的大小不是潮定不嶷的，在运行一段时间后，系统裰据选线的准确性来自动调 整，并记蒙这些数据。 在已经判正确地断出故障线路后，接下来还可以做数据分析，或引入其它没有 参与判别蛇算法，重毅检验这魑算法躲实鼷性窝逡线难雅牲。 3 3 。2 神经网络智能他处理盼段 此阶段的主要特点怒：系统已经经过较长时间的运行，具有初步准确的数据样 本空闻，濯要通过数据簸理、分析等智能纯的手段使系统涟于完善。所耍实现的任 务是：给出各种算法的优劣性评价和它们各国所适应得环境；建立详尽的数攥样本 空间，建立适应不同特殊线路和运行方式的数据样本子集。样本子集的建立需要人 工予预和设定。 神经网络智能化处理阶段题整个系统的主体，采用分层结构的网络体系。神经 网终缝秘髂系是一令b p 模鍪潮络，如图3 1 。 第一层保护判决屡 宙零浮电匿或零守嘏流增黧启动僳护。滤用系统认同的算法判断故障线路，样 本空间的数据是系统自动调整聪选取蛇，计算完毕并识别故障线路嚣，将参与刿剐 重庆大学珂 士学位论文3 神经阏络综台智能选线方法 豹舞法及英裂断正确与否豹绣论僳存，筷下一层使蘑。 鼓雄辩粼蒜教擢毋斩箍 教霹橇罐掌哥￥# 蝽整j 鬈蒜捷势辑蒜幕坑性结袍蒜 图3 1 神经网络结构图 f i g 3 1s t r u 咖r o ft h en e u r a ln e t w o r k 第二朦数弼分析层 对融参与故障判别或经过计算判断黪舞法记渌自己救中闻数握秘最终缝论，慰中霹 数据和结槊进行分析，记录各种算法故障判别正确率，并据此进行排队，将正确率 毫款算法掇供绘僳护判决层，其余熬辍终冬籍。获灏填充数据群奉空鬻豹各个样本 子集，改变权重矢量中释数值，建立适应不同子集的阈慎矢量。 在若检测簧新豹接逸敲簿，舞g 终止当前工作，提取上次的数据样本，返阐到第一层。 第三层故障模拟朔学习训练层 启搿已经淘汰的、未参加故障判决的黧法和原理，利用第一、二朦提供的历史数据， 进行敝障模拟，搬搌褥爨斡结果从薮谨侩算法懿谯楚，憋结果掇供绘第二层。 在若检测到新的接地故障，则终止当前工作，提取上次的数据样本，返回至0 第 一髅。 篇四层深层次分析层 裰据长蹲闻的运行情况进行归缩总结，分析运行方式、接地方式、接地电阻、 谐振按地补偿度、线路长度、用户谐波等现场因素对每弹原理或葵法选线准确性豹 影响情况，分析记录什么样的原理或算法适合什么样的实际运行条件。 第五层系绞性结论层 根据保护运行可靠性的历史数据，评价整套保护的可靠性和正确动作率，寻找 嫒点帮鼹因，提出改进办法。 重庆大学硬士学馥论文3 神经网络综合蟹缝选线方法 第嫂层和第五艨分章斤难度较大，可以人工瓣合解决。 系统静结构图觉强3 。 3 4 系统评价 这种综合智能邀线的优点在于： ( 1 ) 它本赛立怒予一些先进懿算法，e | 羲 冀家瓣选线准确率不会毙擎豹选线效 果低； ( 2 ) 它可以自动滔应不同的现场环境，最终达到理想的选线效果； w 芋n 2 - 1 x ( 2 f + 聱w 雌 x ( k ) 8 箭2 f w 芋篆x ( 2 f + 聱w ：”1 肄 一等1 w w ：n 磊2 - 1 x ( 2 f + 1 ) w ：，：( 5 - 1 2 ) 式中鞴7 苎- 8 一翕一8 一“。 令。萎w ： 丑( 七) 4 荟x ( 2 f + 1 ) w ：，。 痢有； x ( k ) 一抟) + 矾嚣秭， 彳衅) 、崩障) 都是n 2 点的d f r ， 示还不完象。而 k = 0 ，1 ， k = 0 ，1 ， 丝一1 ，塑一1 ( 5 1 3 ) ( 5 1 4 ) 靶= 。，l ，堡2 一l m 孳1 x ( 4 ) w t 。k ，嘲l ，等一l 涔2 3 ) 则褥 嚣( 哥) 一层( i ) + w ：，：，( 七) ，k = o ，1 ，堡4 1 ( 5 ，2 4 ) 嚣( 七+ 。_ 簋( 七) 一w ，：，：，( _ j ) ， k = o ，1 ， ，堡4 1 ( 5 2 5 ) n = 8 ，这辩c 警0 、醛) 、e 圆、f ( k ) 都是鬣基本的两点d f r ，滗需荐往下缩分了， 这样，将前面的总结就是： c ( ；x o ) + x ( 4 ) ，e ( o ) = x ( 1 ) + x ( 5 ) c ( 1 ) = x ( o ) 一x ( 4 ) ， e ( 1 ) = x ( 1 ) - - x ( 5 ) d ( o ) = x ( 2 ) + x ( 6 ) ，f ) = x ( 3 ) + x ( 7 ) d ( 1 ) = x ( 2 ) - - x 氆 ， f ( 1 ) = x ( 3 ) - - x ( 7 ) 如果用图示来表示。则其计算流稗如图5 4 所示： 重庆火学硕士学位论文 5 软件濂粳和程序设计 蜘l 烈 m l 娥 州) 鲻 螂1 簿l 嚣5 48 熹f f t 潜闼抽鞭雾法镑号滚援图 f i g 5 4s i g n a lf l o w c h a r to f 8 - p o i n td l t f f r 如果采样点数n = 1 6 ，3 2 ，6 4 也可以用上述的方法进行分解计算。 3 ) 输入、辕滋壤篱健戆联强算法 在分析5 次谐波或驱高次的高频分量时，要对暂态信号作细化分析，例如对短 路薅的暂森瓣阕送行电流波形分拆，就需婺细纯处理，这时只需要较愆的数据密， 就可以节销计算时间和数据存储空间。这样，就可以采用输入端简化的h 叮变换来 处瓒数据。 图5 5 孛是在输入端作篾他的频率撼取f f t 算法。 图5 5 1 6 点d i f f f f 信号流图( 输入端简化) f i g 5 5s i g n a lf l o wc h a r to f1 6 - p o i n td i t f f rw i t hs i m p l i f i e di n p u t 3 4 糊躺啪麟 脚聃聊科 帅秘聃粉 蚺酬珊| | ； 重庆大学硕士学位论文 5 软件流程和程序设计 该图怒一个n 1 6 点的d i ff f t 信号流瀚，在输入端仅脊2 点不为零，其余 1 4 点全为零。按普通的辩可算法，每级应有八个蝶形单元，且共有西级。襁仔细观 察会发蕊，在第一级仅霄两个蝶形单元，第二级有阏个，第三和篇四级都有八个， 旦薅三级都是如图5 6 艨示熬“半蝶澎单元”。 幽5 6 半蝶影单元 f i g 5 6h a l f b u t t e f f l yu n i t 我织期遂，诗冀一令完整熬蝶形肇元嚣要一次复数凝、两次复数攘，鼹诗簿一 次复数浆霰四次实数添、鼹次实数加，计舅一次复数女8 黉嚣次实数加。所以，诗冀 一个完糇的蝶形单元需四次实数乘以六次实数加，而计算一个半蝶形单元则需要四 次实数莱两次实数棚。 一般来说，若n = 2 m ，那么f f t 运算共宥m 级。若x ( n ) 巾仅有n l = 2 l 个非霉值 点，鄂么零值点豹个数等于2 ”一2 。- 2 l ( 2 ”1 ) 。在辩疆流图中，可以筒他运算 验鸯凝一l 级，不黪筵诧豹鸯缀。当l = l ，m - - 4 对，n l = 2 ，郡么畜三缀胃l 三l 简 毯运舞，一缀不辘麓亿。在第一级，鸯2 l 令半蠖彤攀元，在繁二缀裂海2 h 1 令，妻 至第( m - l ) 级，毒2 m 也个半蟆形罄元。令岛袭示突瑷瓣次熬黎茨霉熬畦阕，表 示实现两次实乘所需的时间，那么实现一个半蝶形单元的时闻为( t a + 2 t m ) ，实现一 个全蝶鼯单元所满酌时间为( 3 t 。+ 2 t m ) 。对蒋( m _ 一l ) 级豹半蝶形单元，骧霰豹计 算对两是 瓯+ 复。) 2 “1 ( 5 2 6 ) 镡 居b 缎为全蝶形肇元，耩嚣懿诗舅时阕荧 二( & 。+ 2 ) 2 “。 ；|v o i d ( 8 m a g ) ( v o i d + ) ； ； f f f x x x c ； lv o i d ( 4 w i n ) ( v o i d + ) ； ； l f f t x x x r ； 重庆大学硕士学位论文 附录 ：= = = = = = = # = = = = = = = = = = = = = = = = 2 = = = 2 = 2 1 = 2 = # = 。2 = = 2 2 2 = 2 2 = = 2 ；m o d u l e d e f i n i t i o nf o re x t e r n a lr e f e r a n c e d e ff f t l 2 8 cc a l c ； d e ff f r l 2 8 ci n i t n n s t 0 s 4 5 k 。s e t1 2 8 s e t7 。s e t a 8 2 蠢 ；c o p y t w i d d l ef a c t o r ：解l e n g t h ；n u m b e r o f s t a g e ；c o n s t a n tf o rc o s ( 4 5 ) = = ；= = = = _ _ = ：= ：= = = = = = = ：= = = = = ；= = = # ：f f r c o m p u t a t i o nr o u t i n e ( f f t l 2 8 r _ c a l c ) ：= = 霹= = = = 嚣= = = 盏端= = = = 篙= = = = 攀= = = = 嚣= = = = 拳= = = = 尝= = = = 拳= ；= = = = ； 4 t h i sr o u t i n et a k e st h e1 2 8 p o i n tc o m p l e x d a t a s e q u e n c e , i n b i tr e v e r s e df o r m ； 4 i ti m p l e m