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淺析小電流接地選線現狀研究
電力系統由于變壓器、線路設備等的非線性影響，線路電流中存在著諧波分量，以下是小編搜集整理的一篇探究小電流接地選線現狀的論文范文，供大家閱讀參考。
【摘 要】通過對目前國內小電流接地選線原理的分類和選線裝置的使用現狀研究，闡述了單相接地后系統中零序電流的流向特征，小電流接地選線中存在地問題和今后的研究方向。
【關鍵詞】小電流接地;選線;五次諧波法
1.引言
在我國低電壓等級(6～66kV)電力系統中，配電系統的中性點一般采用不接地或經消弧線圈接地兩種方式，統稱為小電流接地系統.有關規程規定小電流接地系統發生單相接地故障時可以繼續運行1～2 h.但由于發生故障時非故障相的電壓上升至線電壓，長時間運行會使單相接地變成多點短路，弧光接地還會引起全系統的過電壓，損壞設備，破壞系統的安全運行。
如何快速準確地檢測出故障線路是小電流接地保護系統的關鍵。
現有的選線原理可以分為：基于穩態分量的選線方法、基于暫態分量的選線方法和外施影響法的三大類.
國內主要的小電流接地選線技術：對中性點不接地系統，采用基波零序電流方向判別法;對中性點經消弧線圈直接接地系統，采用5次諧波判別法;對中性點經自動跟蹤消弧線圈及阻尼電阻接地系統，采用有功分量判別法。
1.1選線啟動方案
配電網發生接地故障時，零序電壓升高，故可采用零序電壓幅值大于門檻值作為啟動條件。
(1)
式中：U0(k)―當前的零序電壓幅值;Uzd1―零序電壓整定值，取絕緣監視電壓，根據系統不對稱度等參數來選取，一般為12～15V。
也可采用零序電壓突變量作為啟動元件。
(2)
式中 Uzd2―――零序電壓突變量整定值，一般可取Udz2=3V。在選線裝置中，可同時采用上述2種方案，即同時滿足式(1)、式(2)時，開放選線裝置的正電源。
1.2故障相的確定
在其它兩相電壓超過設定的高門檻值的同時，自身電壓低于設定的低門檻值的相即為故障相.由于單相接地時，接地相電壓為零，而其它兩相的對地電壓抬升至√3倍，故容易確定用于接地選相的2個電壓門檻值。
2.選線方法
2.1零序電流比幅比相法
在中性點不接地系統中，故障線路零序電流的大小等于所有非故障線路的零序電流之和，方向與非故障線路的零序電流方向相反.比幅比相法就是依據這個特點檢測故障線路.零序電流比幅比相法是目前應用最為廣泛的一種方法，在不接地系統中，這種方法的應用效果較好，但是在消弧線圈接地系統中會失效。
單相接地故障大多發生在相電壓接近峰值時刻，會產生強烈的暫態過程.此時，暫態零序電流幅值與未補償的工頻零序電流之比近似等于暫態信號主頻率與工頻之比.即使在相電壓過零時故障，暫態零序電流的幅值也接近未補償的工頻零序電流.單相接地故障暫態過程等效為整個網絡在故障點突然加入的虛擬電源激勵下，各線路自身或多條線路之間的諧振過程.考慮到系統阻尼，暫態零序電流應該由若干個指數函數或按指數衰減的正弦信號組成.由故障線路從故障點到母線區段和所有健全線路之間串聯諧振產生的零序電流(稱為主頻信號)、在故障線路和所有健全線路的暫態零序電流中均占主要成分.可以證明，對于任何系統主頻信號頻率均小于X′且大于XL′.因此，SFB頻帶內包含了暫態零序電流的主要能量，可保證檢測可靠性和靈敏度.間歇性接地故障的電弧不穩定，將持續產生高頻暫態過程，直到故障消失。
2.2五次諧波法
電力系統由于變壓器、線路設備等的非線性影響，線路電流中存在著諧波分量，其中五次諧波含量最大，發生單相接地故障時，諧波分量還會有一定程度增加。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，實際運行中較多地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ωL≈1/ωC和5ωLμ1/5ωC，可忽略消弧線圈對五次諧波產生的補償效果，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。
2.3基于小波變換模極大值的選線方法
中性點經消弧線圈接地系統的母線上一般接有多條饋線.這些饋線不僅存在電磁耦合，而且在A，B，C各相間也存在電磁耦合.故障線的故障相會出現故障行波分量，同時在非故障相由于相間電磁耦合亦會引起電流行波分量.故障線路的故障電流行波能量大于非故障線路，這是由于其他非故障線路上出現的電流行波分量都是由故障線路透射過去的，是故障線路行波分量的分流.由此，結合小波變換模極大值理論，給出基于非故障相暫態電流的模極大值比值的選線方法.實現方法如下：
使用ATP(AlternativeTransientsProgram)來模擬小電流接地系統單相接地故障，仿真所采用的系統結構模型如圖1所示.線路參數為：
正序電阻為0.125/km，正序感抗為0.302H/m，正序容抗為0.266nS/m，零序電阻為0.97/km，零序感抗為5.062H/m，零序容抗為0.266nS/m.4條10kV饋線長度分別為10km，15km，8km，12km.值K取為1.4時便能完全滿足選線要求.假設線路1在距母線5km處A相發生接地故障，采樣頻率為200kHz.數據窗為故障前20ms至故障后60ms共80ms.ATP仿真后得到的4條出線的非故障相B相的暫態電流如圖2所示。
故障后的暫態電流中包括暫態電流分量和負荷電流分量，為了準確地提取故障后的暫態分量，仿真中采用故障后的電流和故障前的電流之差作為選線的依據.理論證明，小電流接地系統單相接地故障絕大多數發生在相電壓的峰值附近.對于架空線路其能量主要集中在300～1500Hz;對于電纜線路其能量主要集中在1500～3000Hz。
應用MATLAB中的小波工具箱，編制程序對線路1至線路4的B相暫態電流(故障后的電流減去故障前的電流)進行分析，得到在最高尺度上的分解結果。可以看出，線路1模極大值為8.5445，線路2模極大值為3.4768，線路3模極大值為3.5101，線路4模極大值為3.2117.顯然線路1B相暫態電流的模極大值遠遠大于其他線路B相暫態電流的模極大值，并且滿足M=M1/M31.4，因而能夠準確選擇故障線路。
對仿真結果的分析表明，各出線非故障相暫態電流具有以下明顯特征，可用于選線。
線路發生單相接地故障時，故障線路非故障相的模極大值遠大于非故障線路非故障相的模極大值，并且滿足一定的比值關系。
母線發生單相接地故障時，母線所有出線的模極大值相差不大，如果線路參數和長度完全相同，各出線相與非故障相的模極大值均相等。
3.結論
綜上所述，得到以下幾點結論：
小電流接地選線技術是保護中的難點，迄今為止，接地選線的課題并未解決.目前，小電流接地的準確動作率比較低，尤其是對中性點經消弧線圈接地系統，其準確動作率一般不超過75%。
目前，國內的選線裝置多采用零序電流及其高次諧波原理實現故障選線，首半波法、有功分量法等其他方法均有采用.但是基于諧波原理的裝置在實際運行中易造成誤判。
單相接地時接地電容電流的暫態分量利用能對突變的、微弱的非平穩故障信號進行精確處理的小波分析理論，可以很好地分析電力系統電磁暫態過程并提取出故障特征，所以小波理論必將被越來越多地應用于故障選線。
小電流接地選線裝置，僅僅依靠一種原理實現百分之百正確故障選線是不可能的。只有根據系統的運行工作情況有機地將各種理論完美地結合起來，揚長避短，才能達到滿意的效果。
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