毕设翻译：中性点非直接接地电力系统中单相接地故障的自适应反相时间延迟特性的零序电压保护的鉴定.doc

中性点非直接接地电力系统中单相接地故障的自适应反相时间延迟特性的零序电压保护的鉴定摘要：在一个中性点非直接接地的电力系统中，正确识别和隔离发生单相接地故障的故障线路始终是一项艰巨的任务。为了提高配电自动化的水平，对于负序电流自适应补偿的零序过电压保护，本文提出了新的方法。在对于瞬态负序电流的分析的基础上，可以知道，故障线路的负序电流比在任何配置的分支网络和中性点补偿模式的健全线路要高的多。因此，基本的零序过电压保护采用了自适应反相延迟的特性。通过乘以模最大并且设置了补偿电抗器的线路的负序电流得到补偿电压，然后结合零序电压的幅度组成了复合补偿电压。利用该补偿电压修改反向限延时特性。通过这种手段，零序过电压保护具有自适应的选择性。该方法通过理论分析和仿真结果已经被证实为有效的。关键词：非直接接地系统；故障线路选择；自适应零序过电压；负序电流补偿引言作为分支网络的中性点是非直接接地的，发生单相接地故障时故障电流非常低。因此，这种电力系统被称为中性非直接接地系统1。低故障电流在短时间内不会对供电设备造成严重危害，但另一方面，它也会导致一种致命的后果，如果不及时的隔离出故障线路。检测和隔离故障馈线对于配电自动化和供电可靠性是非常重要的2 3。尽管研究人员已经在单相接地故障检测等方面有许多经验，但是准确识别故障线路仍需要进行深入研究，在中压电网中这始终是一个争议的话题（特别是在故障电阻不能忽略不计的情况下）。为了提高配电自动化的水平，提出了一些基于幅度或相位比较的方法，但这些方法有一些缺点，如接线复杂；在野外作业时可靠性低。随着小波分析和其他新的信号处理工具的出现，基于特定频段上的瞬态电流的一些方法被用来检测故障线路4。然而，当发生单相接地故障时，瞬态电流的频率成分的影响因素有很多，尤其是故障发生在中性点是通过谐振线圈接地的网络。这些方法还需要通过现场试验证明。通过分析负序电流在单相接地故障的情况下的分布，参考文献5提出了一系列关于负序电流的新的保护原则。这些原则提供了一个新的思路来实现基于在线测量的线路保护。但是，这些原则在具体实施时有以下一些问题：对于负序过电流保护，设定值必须比最大正常工作线路的负序电流要大，所以保护设置是非常困难的，因为线路负荷是彼此不同的，从而导致了保护的灵敏度低。作为负序方向的保护，需要系统的负序电流以及故障相电压的相位，但系统的负序电流是很难获得的，对于固体接地故障，故障相电压接近为零。此外，当电弧抑制线圈设置在谐振状态时，故障线路电流为零。在这种情况下，负序电流也几乎为零，因为它是三分之一的总故障电流。据了解，由于PT和CT的线性范围的限制，ADC的精度以及其他的原因，零电压（电流）或低电压（电流）的相位是很难被精确地测量的。因此，这两个标准有一定的局限性。通过使用故障相电压和分支电路负序瞬时功率可以弥补上述两个条件的短缺，但这个标准的制定工作相对困难。参考文献6提出了接地故障保护方案，当基频零序电流的幅值和负序基波频率电流的幅值大于根据准确工作电流设置的固定阈值时，接地故障保护就开始工作。在这个方案中，由于其具有反时限延时特性，接地故障保护有一定的适应性。但是如果电弧抑制线圈工作于谐振状态的附近，分布式的负序电流将远小于准确的工作电流，保护的灵敏度将减小或者不足。撤消修改此外，由于实际的系统在不同的补偿模式下具有不同的零序和负序电流，固定的设置值不能满足实际系统的要求。因此，基于负序的单相接地故障保护需要大量的研究，以适应不同的操作模式和故障模式。为了解决上述问题，基于瞬态负序电流补偿的线路故障检测在这项研究中提出了一个自适应的标准。负序电流自适应补偿的零序过电压保护从故障点产生的负序电流流向源和母线7。在母线的电流将会重新分配，然后分别流向源和支路。在分支网络中，由于各支路线路的负荷相对较轻以及大部分的分支网络是辐射状结构，源的等效负序阻抗非常小，各支路线路的负序阻抗很大。当发生单相接地故障时，大部分的负序电流都是由故障点产生的，电流由源流向故障点，只有很少一部分的负序电流流过正常工作支路。换句话说，故障线路的负序电流的幅值最高。因此，我们可以通过比较每条支路的负序电流的幅值来找出故障馈线。但是这种方法很难与线路保护相结合。此外，这种方法是可取的，在严重故障（金属接地故障）时它可以用来迅速的跳闸，而且适当的时间延迟保证了在轻微故障情况下的选择性。显然，零序电压完全适合于作此用途。反时限延时特性（如图1所示)可以被应用于实现上述目的。（注： 图1 零序过电压保护的反时限延时特性）根据图 1可得，零序电压超过阈值时，保护的跳闸特性如曲线1所示，曲线1表示为： 是零序过电压保护的设定值；是被测参数；参数,是根据以下原则确定：首先，的情况下，跳闸时间应该是60s。其次，时，跳闸时间应该是5s。第三，时，跳闸时间是等于5s。从理论上说，的情况是不可能发生的。然而，一般来说阈值是根据额定电压来设置的。在这种情况下，分支网络的负载较轻时，相电压可能比额定电压要高。在本文中，我们假设等于，曲线1就是根据这一假设拟定的。根据上述原则，和可分别确定为16.824和0.552。只要单相故障发生，各线路的保护就会检测出相同的零序电压。可以定义和使用补偿电压，来达到保护的选择性，如下： 是负序电流的大小，是补偿电抗。所有连接到相同的母线的线路都有相同的补偿电抗器。称为预补偿电压。基于上述分析，预补偿的故障线路电压大大高于正常工作的线路，所以我们可以使用补偿电压以确保保护的选择性。基于这一执行标准，复合补偿电压和补偿系数定义如下：显然，故障线路的补偿系数小于正常工作线路。我们可以使用修订的标准反时限延时特性中定义的补偿系数：如图1中曲线2所示，具有相同零序电压的线路，补偿系数较大的线路跳闸时间就会比较长。相应地，补偿系数较小的线路跳闸时间也较短，如图1中曲线3所示。因此，故障线路的保护肯定会首先跳闸。故障线路正确分离后，故障就会消失，所有正常工作线路的保护将会重置。此外，故障电流和零序电压越大，线路保护的跳闸也会越迅速。按照这样说，这种保护是适用的。 根据上述分析，发生单相接地故障时，各线路的稳定负序电流非常低。如果低电流没有办法识别，基于稳定负序电流的保护就可能失去了选择性。因此，我们可以使用瞬态负序电流，如补偿模式。瞬态负序电流的采样序列可以表示如下：其中k是最新的采样系数，N是每个周期的采样数，、分别为A、B、C三相的相电流。在高频瞬时状态下，灭弧线圈的补偿功能可能会被忽略。但是故障线路很有可能会有很大的瞬时电流，并且分布在负序网络中。该瞬态过程可以看做是一个复杂的波过程。在波过程的初始阶段，故障线路的入射波会前往母线和传输到系统和正常工作的线路，故障线路的幅值和极性与正常工作的线路都是不同的。故障线路中波的幅度最高，并且其极性与正常工作线路相反。事实上，经过多次反射、折射和叠加后，除了最初的入射波，其他的是很难得到极性信息的。但是初始的入射波的极性信息是不记录的。通常在继电保护中的采样率较低，因此对于单相接地故障，极性信息是没有什么用的。在这个瞬时过程中，连续波的大小是由最初的波决定的。因此，即使在高频振荡过程中，负序的大小信息也是可靠的。所以建议使用这种基于补偿的新的自适应保护方案。故障（零序过电压）发生后，可以检测每条线路的三相电压和三相电流，并将负序电流和零序电压记录在一个时间窗口（4周期）中。然后可以计算出基波零序电压的大小。应将负序电流的最大采样值代入（2）来计算出补偿电压。时间窗口应该包含负序电流最大的时刻。仿真结果表明，在故障后的第一或第二周期获得负序电流的最大值是可行的，所以本文中适当的时间窗口是四个周期。与基于基波分量的保护相比，基于最大瞬时负序电流的保护是不依赖于的高精度的CT（电流互感器）。在数字化保护，如果线路只有两相有CT以及一个零序CT，零序电流与两相电流可以计算出负序电流。通常相CT在额定工作点测量相电流，因此，补偿电流高于稳定工作电流，并且测量范围更大。即使实际的负序电流非常低，该系统的测量精度依然很高。设置多大的补偿电抗器并不是很重要，只要所有线路都有相同的固定值。根据理论分析和仿真结果得出，高频瞬时负序电流与零序暂态电流的大小相类似。因此，我们可以将零序容抗器视为补偿电抗器参数来设置。仿真结果证明，此设定值可以是适用于识别不同的工作条件下的各种故障。仿真实验为了验证该算法，我们使用EMTP软件设立了分支网络，如图2所示。相应的系统参数如下：电源：110KV；负序阻抗：；变压器：Y /连接，110kV/10.5kV；配电变压器：10kV/6.3kV；线路：零序容性电抗；负载：。每条线路的长度如图2所示。（注： 图2 中性点非直接接地的10kV配电网）根据分支网络的参数可以得出，相电压应该是6kV，总线路的等效容性电抗是4244。在这种情况下，我们可以判断出，电抗设置为4244，跳闸的阈值电压是600V。在各种故障模式（如不同的故障位置，成立以来的角度，接地方式和故障电阻）进行了实验，并且记录下了数据。由于空间的限制，只显示了一些数据（图3）和波形（图4）。典型的仿真方案：电弧抑制线圈运作在过补偿模式，这一比例为8；故障电抗等于；在线路1中，故障点和保护之间的距离是；故障相电压的初始角为50度。在上述方案的条件下，每条线路的三个相电流都可以得到。凭借（6），可以计算出各线路的负序电流，并记录在图3。故障线路的负序电流和零序电流之间的比较如图4。此外，保护的测量和计算参数都列在表1的第一行。（注： 表1 在各种不同的补偿方式和故障条件下的运行情况）从图3和表1可以得出，故障线路的最大负序电流明显比正常工作线路要大。故障线路的跳闸时间是2.287s，正常工作线路的跳闸时间最快是4.117s。1.83s的时间差，可以保证断路器有足够的时间跳闸，隔离故障馈线。零序过电压元件的复位确保了正常工作线路保护不跳闸。图4表明，在故障初始阶段的瞬态，零序和负序电流具有类似的可比关系。这证明，使用零序容性电抗取代瞬时负序电流的补偿电抗器是合理的。(注： 图3 线路1发生单相故障时，各线路的负序电流)（注： 图4 线路1的负序电流和零序电流之间的比较）如表1所示，在谐振补偿并且故障电阻为的情况下，故障线路和正常工作线路之间跳闸的最短的时间差是360ms，其他的时间差超过1s。如今，断路器可以在几十毫秒之内跳闸。因此，360ms的时间差可以使保护有足够的时间以提高选择性。此外，为了突出时间差和提高选择性，我们还可以调整反时限延时特性。当母线发生故障时，可怕的是母线与地之间有非常高的电阻，不能确定任何正常工作线路的负序电流，导致补偿失败。结论 本文中指出，非直接接地系统发生单相接地故障时，故障线路的瞬态负序电流大于正常工作线路。即使有很大的故