（电力电子与电力传动专业论文）谐振接地系统中的消弧线圈控制和故障选线.pdf

a b s t r a c t w i t ht h ed e v e l o p m e n to fs o c i e 0 ；t h ee l e c t r i c a la p p l i a n c ea r em o r ea n dm o r es e n s i t i v et ot h e d o w e l 。s u p p l yq a a l i 母 n e u t r a lg r o u n d e dv i aa r cc o i ls y s t e mf n e s ) c a l lp r o v i d e m o r er e l i a b l e p o w e rs u p p l yt h a nt h o s ew h i c h sn e u t r a lg r o u n d e di ns o m eo t h e rw a y t h u s ，i t i sm o r ea n dm o r e a p p l i e di nm a n yc o u n t r i e sa n da r e a s t h i sp a p erd i s c u s s e st i l ec o n t r o 】o ft h en e ss y s t e m ，w h i c hi sm a i n l ya b o u tt h ea r cc o l i a u t o a d j u s ta n dt h ef a u l tl o c a t i o ni nan e ss y s t e ms i n c et h ep r o b l e mi sc a u s e db yt h e c o m p e n s a t i o no f t h ea r cc o i l c h a p t e ro n ed i s c u s s e st h ed e v e l o p m e n to ft h en e ss y s t e m 、t h ei t sa d v a n t a g e ，a n dh o wi ti s a p p l i e di nc h i n aa i s oc h a p t e ro n ei n t r o d u c e st h ep r o b l e mi nn e ss y s t e ma n dt h e nr e s t r i c tt h e s u b j e c t b yp r i n c i p l ea n a l y s i s 、c h a p t e lt w om a i n l yd is c u s st h ec h a r a c t e ro ft h en e ss y s t e mi n d i f f e r e n ts i t u a t i o n ，n o g m a io rf a u l t ，w h i c hc o n s t i t u t et h eb a s i so ft h es o l u t i o n aj s oc h a p t e rt w o g i v e so u ts o n l ef o r m u l aa n dc o n c l u s i o nw h i c hi sv e l wu s e f u i c h a p t e rt h r e ed i s c u s st h ec o m p a r i s o no ft h ed i f f e r e n tw a yt os o l v et h ea r cc o i lc o n t r o la n d t h el ：a u l tl o c a t i o np r o b l e mi nt h en e ss y s t e m ，t h e na p a r t i c u l a rd i s c u s sa n dt h en u m e r i cs i m u l a t i o n a r er a i s e dt os u p p o r tt h ec o n c l u s i o nt h e np a p e rg i v e sad e t a i l e ds c h e m es o l u t i o no ft h e s et w o p r o b l e m s c h a p t e rf i m ra n s w e r st h eq u e s t i o na b o a th o wt or e a l i z et h es c h e m eb o t ho nh a r d w a r ed e s i g n a n dt h es a f t w a r ed e v e l o p m e n t l nt h ee n d 、t h ep a p e rc o n c l u d e st h em a i nw o r ka n dt h ew o r kt ob ec o n t i n u e do fi t 【k e y w o r d s1n e s ，a r cc o i l 、f a u k ll o c a t i o n m a t l a bs i m u l a t i o n d s en u m e r i ca r i t h m e t i c 学位论文独创性声明 禾人声明所旱交的学位, q 文是我个人在导师指导下进行的研究r 作及取得的研究 成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，沦文中小包含其他人已经发 表或撰写过的研究成果，电一j 包岔j , j 获得东南大学或其它教育机构的学位或征书而使用 过的材利。与我同t 作的同志对本研究所做的任伺贡献均已在沦文中作 明确的说明 并表示了崩意。 签名：争牝慨哟护 关于学位论文使用授权的说明 东南大学、中崮科学技术信息研究所、吲家图节馆有权保留本人所送交学位论文的 复印件和电子文档可以采用影印、缩印或其他复制手段保存沧文。本人电子文档的内 容雨纸质沦文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅雨l t l - 阕，町 以公布( 包括刊登) 论文的全部或部分内容。论文的公布( 包括刊登) 授权东南大学研究生 院办理。 簦名 蛳虢盘够帆伊髟+ 岁k 埔沈 尔南凡学u 州一学位沦卫 第1 章绪论 随肴信岜社会的发腱用电设薪列供电质晕的要求越束越高，仵d j 电质最的诸多评价指 杯之巾，f j 电的持续性足极为重要的指标。例如对于园工艺原冈而小能停i f 一生产的自动生 产线而言，仪仪几秒种的供电中断都会造成4 i 可估量的经济损失。如果电嘲供电不能达到要 求就必须外加u p s 等保护监挎设备来保证供电质量。这样就造成t j 建设成本的上升， 小利丁经济的发展。 4 丈际j 。，随簿l u 系统运行经验的刁：断丰富和计算机，通讯水平的1 ；断发展，在中h 系 统一下一嵘障电力系统烘电的持续性已经成为司能，如法国电力公司早在i9 9 5 年就规正l l ：内 祟讣泞电小超过3d , n , j ，其一i ii 舒钟阻上的拧电仝年小超过6 玖，为：查到这样的目标，法国 电山公c 卅采用了择种先进的私- 技措施，其巾最重要的条措施就足：j 所有巾压电刚的中陛 正l ，不l ；爸置：架空线路，电缆恻络抑或是混合网络，全部改造为经由消弧线斟接地。【1 1 2 1 本章升绍小同接地系统运行的发展，中性点经由消弧线圈接地系统( 又称偕振接地系统) 的基本概念，本沦文的上耍研宄对象以及土要结构和主要内容。 1 1 中性点接地方式的发展 在我国乃至于雌群范围内的电力系统发展史上，关于电力系统的中性点接地方式曾有过 多次争议和反复。【4 1 在【b 力系统的发j 琵初期，由 电力系统的容量较小，人们对电力系统的运行经验不足， 认为电力系统发生啦相接地故障后，非故障相稳态电压上升到正常电压的撕倍是绝缘的主 要危害。因而巾性点采用直接接地的方式以避免单相接地的非战障相工频过电压。 随着电力系统容量的4 i 断扩展，系统中传输线的对地电容越来越大，导致单相搂地故障 时，较火的电容电流在故障点产生的电弧j i 能自行熄灭，甚而进步产生过电匿，扩大事故。 极大的影响了供电町靠性。 。其翰、j ，】1 】翠决这一问题有两种方法。一种足在原来的低电阻接地f 1 勺系统中加以快速瓣电 雠护，以列除故障线路，保障供吨质景。荧国是这方法的代表。另种育代表陆的方法就 足将接地方式改为经由消弧线吲接地，使棱地电弧自动熄灭法德等欧洲国家足这一方法的 主要代表。 对丁第一种方法而言，虽然也能保证供电的可持续性，但是，对于馈出线较多的中压配 屯删络而。i ，在每问出线e 加装p t c t 以及保护装置，其成本很可能是大部分用户所不能 接受的。吲此虽然在我国也曾经得到过鞍为r 泛的使h j ，但以逐渐退出了中乐电f i ：4 。 i 阿第种方法0 ：仪以较低的成本解决r 单相接地故障时的持续性拱电问题，还从某种程 度上提葛丁设薪( 如避免p t 的铁融共振等) 与人身的安全问题，降低对通信线路，铁路 信号的干扰程度。虽然在经山消口眭拄斟接地的系统中，故障选线的难度和直接接地系统柑比， 难度较大，但随着微机保护的不断发展，这一难题正逐渐得到解决。 对丁_ 我国而高，中压电刚装备水、l 普遍彳i 高，系统备用容晕不足，为尽快的提高系统的 供电州嚣一，将中压系统改造成经由消弧线吲接地，将是城刚或足农削改造或是新建时龋具 潜j 的技术措施之 1 2 谐振接地方式的基本概念 对 一巾压t l t 力系统而鬲，常见的中性点接地的方式自 ? 舌论 l ，巾性点卣接或者经由小电阻接地方式 2 ，中- 矬点不接地方式 3 ，t p 建点经瀵弧线嘲镬地艟葜器狰改避方式 其他的一些疗式都愚扶3 稀方式的演变而束， 1 、i 宅按地盯式则阿，“要 系统发生币f i g u r e1 柑艨地敞障h ，域地，、_ 的电流值较大f 9 杯z 为凡电流接地系皇觅，反之则为小电流接地系统。这样的定义较为摸糊，+ 义际中叫以认为， 地基需鼗耀新路器端阑沩除单相接地救障的为丈电流接地茉统，反之为小电流接地系统。 由此定炙可强善烈土述接篦方式巾，l 为夫龟藏接避系统，2 ，3 为，l 、电流接迪系统。 图1 1 - a幽ll ，b 对t i 方式1 而萏，系统笈生单相接地故障后，各丰u 屯蔗变化如图1l ，a 所豕，故障孛 ；| 电 压为0 嚣陂逛穗电承正常，二三捌电压不对嚣，接趣电流麓搠逛惩鲶敷接地瞧魁幕l 线路兹电阻， 数值报大对电力系统拜勺运行影响如前所述。 对于方式2 ，3 而苦箨相电压变化如幽12 - b 所面c 一一项电压对称，非故障相电压上升， 形成对绝缘水、r 的考验；如_ ；考虑系统的对地电导和电纳，故障点基本无故障电流。 殳际t 系统的对地电导和对地电纳的存在将会使接地点产生小则数安蟮。火致数西安蟪 的电流，这耪电流饕；之为电容l l 渍。系统笈学擎褶接照竣簿磊。萎变化魏鬓 2 赝夺。 棚电容电流之和纂奉置d 阁1 2 一a f 卜 e t - 补偿毗涮一一 l + v i _ 电释屯流 偿r 皂藏 圈l2 七 强| 2 - c 由暖l2 - & 州阻看出，程f 商雕络中碳地方式对r 正常运哲的区制并，l i 显著，他们的整 要k 别在f 单相拨地故障叫接地点的电流大小。 方式1 中，圈1 2 - b 中虚线的部分为短路，等效电i 中l 不存在，3 c 被短路短路电 流非常戎，冁护爨电器必须立郅动作跳阚。 霹丁窍式二l 两未敬鼯等效电路申的黪抗等于馥歼黠。随考电辫静斑摸上升，对建电察 越术越大系统的对地电纳也随之上升，援地t i ：潜会流过仝系统的电释电流，【邕流的大小书 要取决于【“压等缴和删络中电缆或是架空线的型号和k 度，当刚络规模很大州，该电流的数 值会相应的变得很大，导数接地点的电弧无法自行熄灭。从而使故障扩大，因此，庸羽受到 ， 一 丫；，上 、 ，一 斗 ， 、i一| 一一， 1 哆河 m 刊， 对r 接调弧线斟j 壹她的系统l ：_ ，。1 择抗手感抗捌辞州系统发生电流谐振，罔 i2 - c ) _ ，够f ：抗接连，薤穷太，羧避，t 电流强剩f 用功螽釜秘高玖慧渡。数篮报小，司j t 雯接她电 傩口功熄必罔 汀获得j r 泛的鹿嗣， 田r 缀由消弧线吲接地方式的特征最在单袖_ ! _ 5 障旧发生了电流谐振，闭而该种接地方 式卫钇喈振接地方式，中心点采用谐振接地方式的电力系统称之为谐振搂l 也系统。 坂十 接地方式冉勺塌大城点救是由于接地点故障电流被消弧线黼所补偿，够致继也保护的 t ，& 障特搓夸嘲基，嗣两敞鬻选线菲常翻攀，整罡隧着数：篱号处理技术的飞速茨鹱，这一趣 题已经自斛决的可能，j i 惭使该种接地疗式的啦用更加r 泛 综上所述，谐振接地系统最大的忧 、l 就是在系统中袋生暂态竹= | = | 袋地艘障时，能以鞍小 的接地l u 流使屯弧自仃熄必，从而使故障由愈。专系统披生永久性q j 柏棱地战障时，能“带 病”兽行卜2 巾州，囊垒判坐故障线路_ 滓酾除数跨；城狐艨迁在整个避褥中系统供电小中 断。 i 3 我国消弧线圈的应用背景 我爱避一。电力怒电嘲中莓在莠丈器魏冤法囊动调苟糨静戆潴弧线涮，避线路麓运纷方 式、自然j 沃| 兕或菘其他的外部磬俘发生变化时，无法自动躐踪 i x 容l l 流的蹙化，需要久t t | 算佩帮。 目前圈内已存在多种可调整补偿最的消9 区线剖包括如图l3 的期谰式和随调式两种。 聪 = 一地 露13 - a 3 8 0 v t 三f 0 ，i 【 、 1 可拧j 毡流瓣 _ 墨i 蟊“。善， h ；纛i 。 消 孤 线 崩 奉 体 大地 图l ：j # 。中所示的昆撷嘲式消弧线麟l 的种，在故障发生前就根据系统巾的电存电流嘲 牡消弧线俐的分抽头到仝补偿或者接近仝讣偿：淡态其响腑时1 1 i j 包括巾相接地故障的探删时 州翱阻j l 遮融的刨豫刈蚓，r a 寰主要取决卜执城触r 的动撵州，! l j i jj 、硼、 q 一般疰= 2 f 蛐s 盔 酊：出l ”潲赍线瞄l 为分峻爨秘式，渊謦壤度受到簸矧。夺过般隶说。5 缀、0 缀或璺1 3 绒的分糊头以足够满足蜜埔巾的补偿精度簦求，追求爵高的精度并无靛走的戈际意迎。此外， 、制暂传毓旧冗臼动姒炼删谐功能的消弧线吲改造7 , j 自动峒谐消弧线吲州无需更改消弧线吲 本体、【q 【6 。瓠e 叮i 黧1 3 一b 所“的随涮式消弧线蚓宅体足一种特制的简短路团抗的消弧线矧庄此种 线矧的控制端注入习调带犬小的电流时，消弧线阁的m 抗髓将会随之批线性或接近了线性疗勺 蹙地、限静漶害毳线鹅蓠要疰毅薄磊将线蚓戳抗艇蔼攀判适合拭瑟。由 j _ _ | = = 逮嬉采雳了茏麓患 的结固：畹艇：q 矧l 二m n s 芏右，精度啦眈较高篷是价格茹露赛最小犬，巴f 利_ l 二- 对传 统消孤线【倒进仃改造，h “ 培iu 前我：基仃n ：犬量的传统八r 渊；旨式消弧线蚓这1 兵环睛况，水r 芑文的剐f 究村缘 就是黹搬搂地系统小传统自裁漏匝式消溉线蚓的臼动i j 】! i 黪控制方法的改进以欺：嫂障选线舶 龌 + 窭弱l 。， 1 4 谐振系统中的故障选线简介 由1 j 漪蕊线矧豹 蹬传髯，考谐捉籀她募缆发生荦捌接地趣簿时，接她电流授小，瓣她 发生故障螽战障线路和l | 二陂阵线路鹃零睁电漉分最医势奎嘲蛊，这绘翔裂故障煎置带来j 镁 大的困难，在一定程度上也限制了谐撮接地系统的推j j 和l 、i 用。 日前钏剥这一问题，围内和国际上尚没有非常成熟的解决方法。一种比较一致的意见怒 既然这个州题是由消弧线蚓的 偿作用衙引起晌，那么，“解铃还需系铃人”，i 皆振接地系统 昀选线：鸯能氆斑冀出懑鼹线澍控制嚣宠成，或点剥溥弧线矧控割嚣薤台究成，霸垂跫豫终统 稿壹一样由j 再台净算机舒析舌 芽傲据柬宽成。这也是为 十么将敞障逮线瞧作为本沦文的重要 、部分n 勺驭冈j 刚9 1 0 3 1 2 i 1 ，5 零论文兹主要癍客 本论文主要讲述谵搬系统的消弧线i i n 控装置和接地选线装置的硼靛过稃，试图解决往 谐振接地系统的推1 和、鼙用巾至关重型| | 勺两个向题：消弧线圈的控制以a 乏谐振接地系统q i 利 攘地后列故障线路的判别。其中消弧线隆j 的控制包括正常时对电容电流的 ! 【! 踪调谐，在艘簿 发生前的| ：_ 动投入和故障渍跨磊的蠡动遐搬。 论文的第一章对谐振接遣系统出现擎籀接建短路蔽障之靛幕l 之螽的嗷辨模型遵嚣_ 稳 态分析推导山即时对地电释电流的求解方法。沦文的龋一：章巾利用m a t i a b 软件仿真，剥 l 述公式玎法进行3 - 验证，并干u 其他有栽分匝调节消弧线l 刮的测控方法进俘了比较：住此麓 砒! ，站含吠埔- p 容易出蚬j = f 勺其他一些问翘，给出消弧线酬测控方案。筑章迂弁笫j l 一“! 对蕾摄糍地系境接地选线蕊寿垃，亨手赞对其中的j l 种激r 分辑鞫糖臭，妊靛萋避：给出1 。一 套究黧盼消弧线隆l 测控装盟取 接地选线装莲的功能醚霞和驽本实域崽路。接下米，沦z 桷第 二章给出j 消弧线吲测控装置和接地选线犍置的研发崽鼢和部分剐f 发过群。沱文的翁四带总 结77 预计他用巾可能出现的问题，并针对远些问题对系统的使用进行了优化。最后， 仑文总 结了挚个剐发的流程，并展望了术米继续的丁作的1 土j 套 4 u 抗陵地秦统r 特别垃小按地系统) 鞍之琨棱接地或占小j n _ f 克接地糸筑的优势所在 世垃， = 二| 丁屯缆或辅架空线的绝缘限制，爻际的电缆或肖架空线路】n ，想悬 r 在。笼大小 要巍务m 强酣恕瞪飘。= 。+ 露此专夺拨地累笼q ，鬟羔，尊捌接地战障霸，故羹 螽技地，辫渡 过全藩蜊络巾r 毫对遗电密电漉，、嘲终规镁较大科鄄3 c o 较太h 、 ，其数馥较大，敲蕊睾f = 致瞬 时性故障忑法臼行酞复其产生的接地l 邑弧会弓i 发一系列的j | 乜乐事故，闻此，必须剐接她 i h 流的大小加以限制， 专巾睫j ：架设消掘线蚓硝，相1 - 程t 生点和地之例串连7 - - 个适“j 走_ 、的l 岂感毖缚 蕤电路始瓣2 itb ) 所夺，涮鏊l 主懿蚕。t 天小，使电蕊翱系统封建电器蓑生瞳渡一誊振；矧l 钏钟地 如释c 发生电流谐搬，九夫的谮蜘r 零序阻抗，减小缓地电流，飙晰解决上述闻裁。 傲槲图2b ，可训算的接地电流大小为： ：，。+ ! “曳+ 墨+ j r 。c ；l rl w l 。“ (生+0l+u，j。c)r 、 w l ， 9 。 = 警+ 而uo m c 2 f r + j ( 1 c - - i 。) ，f 式2 - 1 ) i 。( d i v ) 州览巾睫点经消援线黼接地系统的学糊接地电涟出游艇线润对系统电。霹的孙甓挥凌，系 统对地电导+ 以及接地电黼的大小决定。 消，m 线吲w 系统电缚的补偿书! 度用且范谐度v 米表一：v = ( 【，1 ) 门，、，“v = ( ) 叫为余 降偿状惫，接地点仪流过两功电流，数f 照搬小，专v o 时为过 3 、偿状态，搂地电流呈感性， 榴侮滞驻3 “零亭电匿，葳乏鲻为欠羚戆状态，电瀛挚窑性，粕镀踅瓣。系统辩地逛导鹩丈参 用阻尼率戢袭列i ：d = l 。，i ，；如果考虑到消弧线蹦白封的确功损耗则d 出系统输f 匕线的 对地泄漏屯学和消弧线降自身的电阻决定。实际测量表删系统的阻尼率叫救庄l ，5 20 0 4 。二州，绝缘老纯，污垢严燕嗣可上冕至s 。雨后者艘在1 掣6 到2o 赉函。对于接地电 疆两毒，巽犬书决定7 零序宅压的大小。瓣出r 后者远魄蓠学易0 溅象。嗣瓣实嗣申蘧常以 中性点电压取代相电压来避免对接地电阻测量所带来的麻烦。 对于+ 援地电流的降低如何影响接地电弧的熄灭以及屯弧熄灭后的故障捆电压恢复速鹰 的详细分析，可参见文献”，这里仪萌卅l 结论。 电鲻t 性是接入蠡动跟踪补鐾弱消弧装置螽，一方馥天天减少了敛簿是的接地电流：另 一巧囱鞍小的接地电流i 以减缓了电蕊熄火蕊阻 故障嬉隈挺电压t 嚣蘧爱，缦箕小翳发生哇三 弧点燃何利1 设障j - 绝缘的瞅复此外肖接地电流较小l l 猝陛时，埘接地l u 弧的熄火 史为自利。 冈此，消艇装置的作明保证小仪仪体现庄单柏接地故障制系统仍然能够坚持运行卜v 2 士翻，受体王鼙盎鞍，j 、熬接_ | 残瀛在许多褥溅f 戥铩涯经譬翱接蟪敬簿自动经复到正常运行 状态。也就是磁，消弧线峨可以使多数奉可能是永久性的啦榴接地故障变成暂时性c 尊柑接地 1 盘障。剞接地电弧特眺的详细的讨论参蜓疋献“这哩小一：深入介绍。 ! i - 2 多吲出线下的经电阻接地故障稳态分析 本p * 主娶探醋嚣；蠊缓搿接a 后对判羽教簿线跨菇求黔圈罐良壁对她霜难的解决彦法。 小沦中性点经过消弧线嘲接地还是1 ；接地，可以根据零序电压的变化判剐足否存在接地 故障，但尾由于其零序阻抗和中性点直接接地或经小阻抗接地方式相比比较犬接地点电流 数值较小。田此，无法利用拜支路电流的变化将故障线路提墩出来。奠巾山丁消弧线矧对接 6 地j u 流| _ i 勺补偿作用导致披障和非孜漳线路i 由特缸r 别弗小叫显，冈而使褂此种疗。下的战 漳选线成为一个kj l ；| 的难题、 2 2 擎褥搂地教瓣| 巷传统分辑 系统发生瞥相缓地后的电路如图2 2 所求。忽略对池 l 警r 0 f l 可褥； ? 厂c 口啪0 ；c or 0 r7 l t ： o 螂。攫招： 圈2 2 鼓障斑鸵接地电流 3 1 。2 = 一j 3 匕口【v c 。；一v 一1 ) c * 】( 式! 一2 ) 非拽障r l 零序电流 3 1 。、= = j 3 u 。、掰c u i ( 式2 - 3 ) 丌j 见籍孙毖状态的0 ；同故障线路的电流万向电随之变化。故障稳态州v 一般在0 茳矗，闲此葵零序电流方嬲较之非故障线路鞫反。可以 乍为选线的个判蒯。攫| j = 零序功率( 电 流) 蓐疑$ 建判稍法= 零序电流比幅法利粥的是流过故障元件的零序电流在数值上等于所有非故障元件的对 地电容电流之干u 即故障线路f 二的零序电流最大所以只要通过比较零序电流幅值火小就可 以拽出故障线路。但这种方法_ ；能排除r a 不平衡的影响，受线路陡短、系统运行方式驶过 渡电融大小影螭，盈系娩t 可能存在菜条线路的电枣电淹犬3 j 其它赝角线蹲电赛电瀛之鞠 昭睛况，装置勃发生误动，j 适用于经清弧线斟接地的系统。 攀序电流相对柏何 塞是利用故障线路1 攀序电流与非放烯线路零序电流流动方向柑反的 特点，舒剐从线路流同母线或出母线流向线路，就可以找出故障线路。但这种方法在线路较 短。零序电压、零序电流髓较小嗣，, f h 位判断l ! | 难，小能透期：谐振接地】 f j 宠仝补偿、过补 嫠运行肖式。 群体比幅比褶法避踩台利爝零序电流眈【瞄法秘零序电流相对相艇滢，；t 进行零f 电流比 鞍，选山几个较k 的怍为侯选，然后住此撼础上进盯干| _ | 位比较，选向0 “它小司的，即 勾发障线路，成力注一定程度上解决，前两种方法存阻晌蒯越，但例样小能排除丁a 小、卜 蕊发过渡 电阻大小的影蛾，以及扫能判断舱琵甄，安焉r | ；仍白撰动情况麴发生，t “ 鲸上所述“ 故障线懿较篱，嚣饕缓麟线路较i t l 1 ，上述躲零净电流釉张靛昀判据均霄 火效的亓j 陡冈此并个能可靠的运用在巾陂蔓l 经消弧线圈接地盼系统巾， 、l 节利缓地战障时，m 二战障，? h 线路设矫的非线肚骷三蚋，在故障电流巾存荇谐波信 号，乓，p 以5 汉j 皆波为主，经消弧线j 到拨地系统的消弧线蚓是按照基波汁算的，消弧线劁牛u 7 j 处l 开路：状态n 】忽略消弧线吲对5 玖喈波产生的补偿效果坎常采l 制札改l 皆波电流“目 随比较法及方同法接地选线。但敞障电流巾5 次谐波含鞋较小( 小丁故障l 岂流1 0 ) ，且受r a d - i 觎皑e , t ：u 过渡电5 n 的影响，选线的准确度l _ | 王小是很稳定，将3 、5 、7 等二皆波分罱求和 再根猫谐波删沦进行选线。虽然能住一定删度土兜服币玖偕波信号小的缺，、_ ，世小能从根率 j _ i t i # 决问题此类方汪接地选线准确率较低。现场运行实践t _ 卜难以可靠动作。【”1 为j 。找到住稳态情况下对i i 殳障线路干u i 故障线路的明显可牵的区别大景的文献从4 i 同 的角鹱对此加以了分析。以下介绍几种比较新颖的算法蚌汗价其性能，并在第，。章有更加详 细的仿真和性能比较。 2122 能量法 似定二相对称系统发4 - 一* 利接地 - 战障，根据备加原理系统发生战悖，i 。， 线培il 可分觯为正常运仃系鳋：利战罐分鞋系 一u f 统，正常运行系统正零序l 岜r c , l , f u 零芦电 。 n 流，冈此系统占鱼障后的零序电脒电流都 一由其故障分最决定。如图2 3 所q j ： u o 。 线路2 定义零序能景函数如卜 - _ 鹱路j s ( f ) = l ? , l i t ( o i o ( o d t ( 式2 4 ) 。则由丁 闭2 故障分晕h 络足光源嗍络所以“能从 等效电源吸收能量，考虑到电流的参考 方向，非故障线路的能最函数总是大于 零。消弧线吲的能景函数与非故障线路极性相同。网络上的能量都足通过故障线路传送给非 故障线路的，冈l 比故障线路的能量踊数总是小丁零，并且其绝对值等j 其它线路r 包括消弧 线葛) 能转函数的总干u 。住中性点经消弧线蚓接地电l 硎巾战障线路的能最函数等r 所有非 故璋线路能茕函数加上消弧线巨【能量函数之干_ j 的相反值。闻此n j _ 以得到如下判铡： 故障线路的能最函数总是私f 非故障线路相反，且其绝州煞最大，若方向均相同，则为母 线故蟑。 这种方法原理简明清晰，刁j 受负荷谐波源刊暂态过程的影响。但是在存在一定得接地电 i i l lhj ，零手电流和零j 芋电压司能过小，从而影响选线的精度。f o i l ”1 212 3 有功法 庄22 的引并分忻巾忽略r 消弧线i 剖的自身电导把它考虑进上做l u 路分析则自： g1 7 ， 零序电压u 。= _ 立虻= 旦( 式2 - 5 ) 3 9 。+ g 【| + g l + g r 接地电流1 d = - - g 。u ，( g 。一3 9 。) ( ，。 非故障线路零序电流如前3 1 。1 2j 3 u i 、口c 。 ( 式2 - 6 ) f 式! 一7 ) 故障线路的零序电流为l ，= 一g r u 。一，k 。( 3 9 ( 一3 9 。) 】 f 式二一8 ) 一c 中g 。为消恤线蚓的电导：g 。为消弧线陵的感抗的倒数：g ，勾系统对地【乜符的【乜纳 g 。为接地 邯的劂数 8 可见小考：鲁线路奉身的列地电 的情况下，非故障线路小六征白切分毓，i , i ；l 此i 可b 2 , t i j 用此水作为州据其装斧| 】j | j 米ur 非故障线路的对地i 世漏【也岢以及翠i ，覃感嚣的捌霹误开。 时j _ 这种- 慰唑f - 静种小同的。戈f 妣算法、 筇冲 力? 止i 叮称之为零序柯功功率泣，利用公式，= 【， 1 0 s o 训算拜支路的有功j 刃 二铲，选择数值最大的一个为披璋线路。这种疗法庄两门子以及a b b 闩勺，1 、电流接地保护产品 中已经得到戈现和肫用，但是但是接地电阻i 匿，卜h - jt 最一、利 卜j 的仪育无功电流的l 5 0 ) 仍 然白判断火败的可能1 1 6 _ 【1 ”1 故障线路 ，2 ， 非故障线路l 、k 、 i 、 _ - i _ _ 中性点电压方向 图24 d e s i r 选线乃法则法幽电力公州 ( e d f ) 提出h ，分为静态和动态两种 小同的实现方法。从所有线路中提取 零序电流i r e s j ，利用其向最f t l lr e 拍乖 盲线作为参考轴，再对所有馈线的基 波零肾电流往轴i 一的投影进i 玎_ 比较， 此 卜j 坎障馈线的缓地电流的投影与捋 条非l 章馈线零序i u 流的投影小仪相 仿利反而且数值最人，如圈14 所水。 据此便n j 检出故障馈线。此称之为静 态选线方法。该方法避免r 零序电悟 的测量误荠影响，以型沦训算值作为 替代其效果如何值得考患。动态 d r s r 选线力法在静态d e s i r 的基础 l 改进而来，用p 柑接地故障发生刊零序电流的叟化景a 1 0 代替原求的零序电流1 0 ，这种算 法的优、。l 在于，用变化量可以清除小平衡电流刚i 小是由单相接地而带米的所自静态部分的影 岍，罔m 此算法较静态d e s i r 较高。 需要特别指出的是，文献 4 1 1 中错误的将零序电流l r e s ，i 肖成了其有功分最，n n ，对其 的l 0 沦足错误的。 212 4d d a 法 d d a 法足 、固l u j 公百j 采取的种算泣，通过f i i 一尊零序电阻的大小木：爻班选线它也 利甩零睁电流的蹙化嚣i r e sf ，但它小仪与虑j 这些焚化毓，且考啦j 帮个j j 、电流披地系统 的参数。故障支路的零序电流变化鼠台两部分组成： 。j = k t 眦。+ 等( 式2 - 9 ) 式巾直ir e s ，f 为挣条羰线的零序电流的变化最：r ，为全系统的对地导 ；lj n g 为- 千- 忾一、l 电压变化景：o v g 为故障耵的相电压。公式的前一部分由丁m 性z j 、r 电k 的变化而产生， 对故障和1 r 故障线路均盲影啊；后喑 ，仪存在于故障线路巾，对丁正常线路而者，r f 近 乎死穷大，l 面对r 故障线路则可以估算接地电阻的大小，因此一j 以利用上述公式对择条线路 的对地电阻进行汁算= 廿上述分析可见，d a a 本质上是一种以零序导纳泣为判据的选线方法= 卜l 上述四种算法本质上都是利用故障支路的电流的仃功特性为故障信息， l4 - 4 从不同的 角度推导采用个矧的公式加以实现而已。稳态信息对丁重复选线袖装簧的硎发较为向干= 在水久性接地故障下能够获得很好的效粜。对它们性能的详细分析和泔跨庄下章节进行。 但赴+ 对了= _ 暂时性啦相接地敞璋的选掸，这些箨法部攫得往往小够敏感，恙要自更好鞠 专浊 | ：l 瓠 ! 、宠 2 2 谐振系统单棚接地后的暂态电路分析简介 u 涮圈2 5 的电赂，对其作拉布捉斯更换并解其方行可得其暂态电流的性鹱鲥f ：在仆 i 2 s i j t l y i 。； 圈2 5 偿电列申，专发生尊捆接绝放蹬辫闻，l 、c 、r 、 d 骨确定的擞德，芹支路琴序篱志电流足- 时间t 的 函数由小同衰喊速度的感陡钎意分精，存性暂悫 分最干u 稳惫分最组成。1 1 零序暂态电流往襄减过毪；h 接代数和n 疆始 终羹正，也可麓蕊终为叠，还露姥改变符号+ _ 靠 同是不确定的。其物理解释是电路t f t 肯两种不同的 储能兀件暂态过程由两嚣共同决定，遥与单相接地瞬l 剧电源电压的初利角n 有关。若似设 币相接地救障发生在相电压接近最大时，此h | 故障相i b 容i u 荷通过故障棚线路向敞障点放 l ，；搜臻线糟分萄电察和分枣电感具霄衰藏特性，渡电淡l 蚤缝过涟弧线躺，所越暂态龟感电 流的最大德相应r 接地故障发生在梧电压经过零瞬闯，丽敞障发生在褶电压接近于壕大蘧瞬 削时，衡惑l 也感电流为零。此州的暂态电辩电流比电感电流大得多，利用此州的故障线路暂 态零午电流捌也乐阿、卜波的幅值和力向均与正常情况小列的特 ，即可戈现造线标之为前 、f 波拭。这种万魉存垒前溅祭件璺故障霈发生在籼电压搂趣域丈值瞬州，小刺j 盎具体丁张 中安涟。 币榴接地瞬哺电瓣电雁的初相角d 宵确定值，零序暂杰【b 流足时闻t 的函数其侵值和 端一一t = o ) 值足可求的，它们中绝对值嫩夫的定义为零序暂态电流的峰德。计算机仿真褒 删接地够线巾零序暂态电流的峰值比线路中零序暂态电流的峰值大许多至少庄25 借以 ，比较峰遵陶_ 太小可以识删敬障线路。 篓是零枣暂态电流衰躐速度由e 播数舔决定。受接地。陋， 嫠方式群众多嘲誊的影粕+ 其衰减总的米说较陕，闲此嚣耍利用高睫c p u 平| ja d 进行采样，并且要求电流传感器彳i _ f 前 置滤波器往过电流的情况下不失真的输出信号到a dr l - 。 另一个方面，当系统发生故障的一霎邪，在母线及备条线路上将产生电艇、电流的突变。 在母线出 链、玻薄缓臻上饕乎电藐突变的极性与所有菲馥蘧线路上零拳电流突变靛投性矧 腰数值l ：等丁所奇非故障线路零序电流突变之科：这种关系体现i 基尔霍走定律，是随波 的，困奇：对战障干非姨障线路进行奇异，1 分辨可求出战障线路袖故障 别。小波分 干可 列悟号进行精啪分析，特别是刘暂态宠叟赏号刊馓测佶号的蹙化比较敏感能j j 靠毡提墩出 故障特弛。小波变粳避把个绪号分析成q 、同k 发和位置艄小澈之和利捌台适的小波捌小 渡整对暂态零孝电流的耪驻分霉避行小波燮摸磊，墓著出故糖线路上暂态零j 擎电漉符授分象 的档值包强线高丁菲故障线路，且其特征分蔗的棚静电与非故障线路相反这样就构造出剃 用暂态信号进行接地选线的判据。具体而言，小波变换通过选择一系列适当的系数，j 1 = 器条 线路的零序电流原始采样值进干 。莱种舰则的运算，得到一系列的输出值，比较其数值大小可 得照沦。巾波分衙弦构器弹顿率要求夺高，5 k h z 足够满足吱际运算豹霜婴，利故障时刻电 书蘑感：瞧楚露了理场旗况魄币目，可麓镶簦莱瑁夺嗣鹃小渡遗数i t j 莳述解襄薮篮) 穗 加了实用化的) f 住匿1 i i 暂态法的足同的缺点在于，暂态分鞋m 缢接地肟n 勺苒1 j 卜波出现，补会驻现，个易捕干足： 弈易受智悫信号的干扰；衡惑信号频率较高，受技术条件限制，对暂态信号谶= = 二实刑检测比 较到跬：受接地乜! ；1 ir 勺| 坦剖较人_ 蜱娈寸：h j 暂态分艟的镝之白较大的_ 枝减。当。文障住过霉 l l 发牛| | 1 i ，暂志”州 h 短岜增加r 选线堆度。 另一方| 川，对_ r 电力系统1 1 _ 1 的币相接地故章i f j ；j ，瞬h j 肚故障往故障，也流第1 玖过零或 几个刷波后自动消失：间歇性电弧坡障任障消失厉又重燃：稳定性电弧则h 在故障电流过零 h 、】熄火，过零后叉重燃，这是一个稳定的熄、拉弧过程，可能引起系统运行方式的瞬州改变， 宁致电弧能的强烈振荡刊积聚，故障电流巾稳态信号的含肇怍常微弱使得针对稳志信息冉勺 检测方法欠五了理沦基础此时必须利用暂态法加以选线。 冈此白，比露绱台暂态剧稳态方法虻再种情况i ：的敞障进钎选线， 2 3谐振系统正常运行时的稳态电路分析 考察分折谐振接地系统的稳态i u 路，其i _ _ j 的足方血探 、j 消弧线l 剖庄正常运行州给系统 带术的负l 呲# 啊硬解决方洼另一万曲是为了找出系统齐相对地电容的变化对可删的筹物理 1 勺：副问，从而找出u j 常状态下告载分匝式消弧线陪f 的涧帮扦沸| 依据；以f 的分忻均是以此 为目的而展开的。 23 1 电容电流的变化特性 如前所述消弧线圈调谐控制f 内目标参数是由对地电容电流决定的，因此弄清楚对地 电袢电流的变化规律十分亘要。由电力系统稳态分折的知识n j 知，理沦【二的系统对地电容电 流大小山母线上的出线类型( 架空线的参数或首电缆的型号) ，备娄出线的艮熏，系统频二年 以及系统电压决定。实际上，考虑到天气，污垢情况的变化，以及系统运行方式的改变等。 其中曰然影响对架空线路的影u 呵通过对线路的几们尺寸，导线与火地之州的空气和其他介质 的介i u 系数的影响米实现的诸如：导线弧吹的增大与减小，植物的生艮与删刮，职葺与消 融，导线覆冰以及地下水位的升降，风j 雨雪等，闻此史际的对地电锌电流值往往向一个 较人怕叟动范惜爿，h 号祭上述种种蟓斟蜍系统运行方式变化之外，其他原醐均垃缓幔影l 啊对地j 也齐的= f ! 三化。 丽一股而禹泰统运仃方式发生史化的次数电并个频繁，也就足说可以近似认为证一个较短 的测嚣h j 阃h ( 几秒种j 山，对地电容基本小变。这一近似足实现各种跟踪谰谐算法的基本依 掂，一。 i 旨振接地的! 蝌蟓牌舒 1 二3 2负载对消弧线圈运行的影响 匡l26 图26j , j 消振接地系统j l j 常运仃是的电路模刈，利用凯_ 电压法对1 i 列力稃并求解_ = _ 得 式2 - 9 垒2 。15 。 面f z 亡6z u ce ad - z c az c be c + z c az c ce h l 五咕z n j o c + z c a z c bz n + z c c z c bz c 甜斗及( ，z nz c a 五a “f u 2 0 一 u 3 f ) u 4 0 z c cz he b + z c b ? ne “一z c bz ne c + z c hz c ce c t + z c cz he a 、 z c bz z c c4 z c “z c bz n 十z c cz c bz “c 七z c cz wz c d z c bt z c cz ne a z c cz ne bz c az ne b z c az c ce b + z c ( tz ne c 、 z c bz nz c c 十z c t a z c b 西+ z c c z c bz c n 牟z c cz nz c “ 卜z ( ? bz ，te c + z c a 孕譬z c a 垡警= j 婴翟j 擎+ z 曲z ne a l z c c z c bz | z c c + z c “z c hz n + z c cz ( 1 z c ( 1 + z c cz nz c z l a f z l ce b e z l bh & ，z i b + e a z k l z i bz h ：+ z h ：z l o + z i hz l u z l b t e cz l ae bz l a e ( 1 z i c z l ce b 、 l 。c t 文j b1 2u 3 0 l , 5 0 一一j i 话丢；i i 袤i 二- z i 亥i l _ o a d l , t t ：- u 4 0 u 5 一z l cj 鼻秀等豢然鬻譬妒 分析公式可得以f 结论： 当认为系统电源兀穷大的时候小考虑变压器或足发电机等电源的内阻时，负载侧的电 压仪仪平u 电源电压以搜负载阻抗相关，中性点对地电肌与负载的小对称程度无芙 。e 存的小i7 衡度有关。 这个结沦蜕明在对；皆振接地系统的研究中， 方山负载的变化小影响州f 宄对象：消弧线 吲，备柑对地电符技利其籼黄的电压最：另方血小用担心对消弧线吲的操作会埘负载产 生小利的影啊。压l 此，在进一步的电路分析巾，可以在l 匕路模型中去掉负载阻抗，从而简化 分析的过张但罡习= 线l 输山的电流，刚符路馈线始端帕电流互感器所感受到的电流值则显 然要受n 裁的影u | i _ i - 冈此在w 宄中要注意这。条件的约柬。 值得特别沈别的是，由j i 中肚点电压受分布l b 窬的小1 7 衔程度影_ 叭i f f f4 , ：雯负载的小r 衔度的影响冈此在大苹j 文献十提发的系统彳i 对称度或杵小、卜衡度，就足指的系统二相对地 i 件的4 、i7 幽鹱。| 2 33 消弧线j 糊退出运行时的电路分析 0 k l r 一、一一、 r 1 j 一一一一j 罔27 去掉见载i j 系统【：前状态r 的电路模型如倒17 、- = i 弧线川退il 运nh 地。做 u 路分析此时对巾性点0 处的电压如式2 一l6 所“、 ! ! ! ! i ! ! 竺! ! ! ! ! ! g ! j 竺! ! ：! ! ! ! ! j 竺! ! ( 式2 一【6 ) ( g + j c ) + ( gu + j m cd ) 十( g c + j m c f 一般而蒿，电气设衙的二档绝缘情况大效相同，呵以认为系统中的- 二| u 对地电寸总足槲 等的，而电锌则一坡总足不平衡的，详绌地数学分析可参照l 也力系统稳态分忻的推导。冈此 认为：g 、2g b 2 g c2g 。 则仃 l jb ! 竺i 竺：! 竺竺! 。 ! c 一c b + c c l i整l l ”甜( c 。十c 。+ c c ) u 。2 咄。吾丁u ，( 式2 ) 1 一j “0 式巾1 一扣半= 一j 了4 3 舯伽景，u 。 。0。1 。 c + 出二c b + 盘c c a + cb + c c 屯竹小翻称度， 上述分忻定毓的给出了消弧线蚓遐出运行州，系统中性j 囊的电压情况。 般认为系统的 小对称度是一个梢对稳定的量，即其大小和相位摹本周定1 i 变。并类分析均在此基甜 上展开。 薹_。 型、善 支献f ： n r 详钏的舒昕t 脏理 皂捌戈断情况r 的系统小利称艘 个别特；跣f 到达35 、 2 3 4 消弧线瞬投入时的电路分析一 i 到27 1 ，消弧线阁投入运行时，隔离开芙k 闭合 酒弧线鼢的电磬i ， 乜恻的一相对地电器构成电乐枣联糟 舞电路，碰粪参- 善交馘中。对藏状态f 的电黠舒群仪：鼗 t 对其普设f 吐路的分柝如图18 所州出j 一币对称电压 u b d 的存证，u | 路中有器序电流流过，在消弧