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小电流接地系统单相接地故障选线研究
摘要:我国配电网中性点大多数采用小电流接地方式,包括中性点不接地方式和中性点经消弧线圈接地方式。为了提取零序电流的故障突变特征和暂态分量,使该故障突变特征和暂态分量更有效地应用于选线,本文研究了一种基于s变换的配电网单相接地故障暂态量选线方法。鉴于模拟电网的局限性, 软件搭建具有10kv 五出线的仿真电网进行大量的单相接地故障仿真实验。并对该方法进行大量不同条件下仿真实验,进一步验证该判据的正确性。
关键词:小电流接地选线;单相接地故障;暂态分量;零序电流;s变换;matlab
中图分类号:tm77
0 引言
电力系统中性点接地方式可划分为两大类:大电流接地方式和小电流接地方式[1,2]。在大电流接地方式中,主要有:中性点直接接地方式,中性点经低电阻、低电抗或中电阻接地方式;在小电流接地方式中,主要有:中性点经消弧线圈接地方式,中性点不接地方式和中性点经高电阻接地方式等。我国6—66kv配电网一般为小电流接地方式。单相接地故障是配电网中发生频率较高的故障,故障发生后,由于大地与中性点之间没有直接电气连接或串接了电抗器,因此短路电流很小,保护装置不需要立刻动作跳闸,从而提高了系统运行的可靠性,特别是在瞬时故障条件下,短路点可以自行灭弧恢复绝缘,有利于减少用户短时停电次数。但如果故障是永久性的,系统仅允许在故障情况下继续运行1—2小时,此时必须尽快查明接地线路,以便采取相应措施排除故障,恢复系统正常运行。因此提出小电流接地系统的单相接地故障选线问题。
s变换是对连续小波变换和短时傅里叶变换做了进一步的发展,它克服了短时fourier变换窗口形状固定,时频分辨率不能调节的缺陷。s变换具有较好的时频分辨率和时频定位能力,能够反映非平稳信号的局部特征,既适合于分析具有突变性质的非平稳信号,又在特征提取方面具有结果直观、物理含义明确的优势。因此,s变换适于单相接地故障信号的时频分析研究。本文将通过单相接地理论分析,仿真电网模拟故障的波形分析,得到小电流接地电网单相接地故障的暂态特性,并验证本方法的正确性。
1 电网单相接地暂态故障特征分析
中性点经消弧线圈接地的系统,当发生金属性单相接地时,由于通常消弧线圈处于过补偿状态,故障线路与非故障线路的基波零序电流在数值和方向上都很难区分[2,3,4]。所以,在中性点经消弧线圈接地的电网中,不能利用基波零序电流的数值大小和方向实现单相接地故障选线。单相接地故障的暂态分量中包含多种频率成分的周期分量和非周期分量,暂态信号特征频段的确定是利用暂态量进行故障选线的关键。当中性点经消弧线圈接地的配电网发生单相接地故障时,可利用图1—1中的等值回路分析流过故障点的暂态电容电流、暂态电感电流和暂态接地电流。
c为非有效接地电网的三相对地电容;l0为三相线路和电源变压器等在零序回路中的等值电感;r0为零序回路中的等值电阻,应为接地电流沿途的总电阻值,包括导线的电阻、大地的电阻以及故障点的过渡电阻;l、rl、l分别为消弧线圈的有功损耗电阻和电感;u0为零序电源电压。对于中性点不接地电网,相当于消弧线圈支路开路。
由于l>>l0,因此实际上消弧线圈暂态电流的计算与电容暂态电流的计算是可以独立进行的。电容暂态电流的计算可以忽略消弧线圈支路的