配电网接地故障选线方法研究-毕业设计.doc

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1、配电网接地故障选线方法研究 毕业设计毕业设计 题 目 配电网接地故障选线方法研究 学生姓名 学号 所在院(系) 电气工程系 专业班级 电气工程及其自动化 指导教师 2011年 5 月 15 日 陕西理工学院 毕业论文,设计,任务书 院(系) 电气工程及其自动化 专业 班 学生 电气工程系一、毕业论文,设计,题目 配电网接地故障选线方法研究 二、毕业论文,设计,工作自_2011_年_ 3_ 月_ 7 日 起至2011年 6 月_30_ _日止 三、毕业论文,设计,进行地点: 501楼继电保护实验室 四、毕业论文,设计,的内容 1.研究意义 或经消弧线圈接地， 在35kV及以下配电网中，中性点运行

2、方式通常采用中性点不接地由于其中性点非有效接地或不接地，在单相接地时接地电容电流不大，又由于其线电压仍保持对称，可以带接地点连续运行1,2小时，但相对地电压上升为线电压。为避免单相接地时可能产生的弧光过电压、谐振过电压对线路绝缘的损坏，必须准确地判断出发生接地的线路(选线)，以便运行人员及时处理，这样既可以防止单相接地演变为两相短路接地，又可以减轻对绝缘的威胁。本设计主要针对35kV及以下配电网的接地故障选线方法及选线装置的原理、构成、配置进行初步研究。 2.主要设计内容: 1)配电网中性点运行方式及各自特点，配电网单相接地故障分析; 2)配电网单相接地故障选线研究现状及难点分析; 3)对目前

3、配电网应用的各种故障选线方法进行分析比较; 4)分析中性点不接地配电网选线装置的原理、构成、配置; 5)分析中性点经消弧线圈接地配电网选线装置的原理、构成、配置。 3设计成果: 1)毕业论文一份，要求内容充实，格式规范。 2)选线装置选型和配置的相关资料和说明。 指导教师 教 研 室 教研室主任(签名) 批准日期 接受论文 (设计)任务开始执行日期 学生签名: 配电网接地故障选线方法研究 (陕西理工学院 电气工程系 电气工程及其自动化专业 电气073班，陕西 汉中 723003) 指导老师: 摘要 电力系统中性点的接地方式对于电网的运行至关重要。目前主要的接地方式有中性点不地、中性点直接接地、

4、中性点经电阻接地、中性点经消弧线圈接地。我国中、低压配电网中性点大多数采用小电流接地方式，即中性点不接地，经高电阻接地或者经消弧线圈接地。在配电网中，单相接地故障率最高，尽快选出故障线路，对于系统的正常运行具有重要意义( 通过对配电网单相接地故障暂态过程的深入分析得知:线路存在串联谐振过程和并联谐振过程，线路发生谐振时，故障线路的阻抗时而呈容性，时而呈感性，其特性受系统出线数、各线路长度等因素的影响较大，此时故障线路零序电流与所有非故障线路零序电流关系较为复杂。 大量仿真实验的结果表明:本文提出的选线方法受故障点位置、故障时刻、过渡电阻等因素影响较小，具有可靠性高、抗干扰能力强的特点，适用于中

5、性点不接地和经消弧线圈接地的配电网。该方法具有重要的理论意义和一定的实用价值。 关键词 小电流接地系统;相频特性;单相接地故障;暂态信号 Ground fault location distribution method research Guo Yongji (Grade07,class3,Major Engineering & Automation, Electronic engineering Dept, Shaanxi University of Technology,Hanzhong 723003,Shaanxi) Tutor: Li Yingfeng Abstract Power

6、system for grid neutral grounding method of operation is very important. At present the main grounding method, a TV ferro-resonance neutral grounding, neutral directly by the resistance grounding, neutral grounding of arc extinction coil. China, low voltage distribution network in the small current

7、grounding most use neutral way, namely ferroresonance, via high resistance grounding of arc extinction coil or from the ground. In distribution network, the highest rate in single-phase earthprotection fault line, as soon as possible to choose the normal operation of the system has important signifi

8、cance. Through the distribution network phase-to-ground fault transient process of in-depth analysis of network (that lines exist and parallel resonant process, process in resonance circuit, the fault line in the impedance sometimes capacitive, sometimes by a perceptual, its characteristics, number

9、of each line system to qualify the length of the factors such as larger I now zero sequence current fault line fault line with all the zero sequence current relationship is more complicated. Simulation results show a location method of: in this paper, the fault point, failure moments, etc. Influence

10、 of interim resistance smaller, has high reliability and anti-interference ability, applicable to the characteristics of ferroresonance and the distribution of arc extinction coil grounding. This method has the important theoretical and practical value. Key words: the small current grounding system;

11、 Phase frequency characteristics; Phase-to-ground fault; Transient signal 目 录 引言 第1章 绪论 1 1(1国内外研究状况1 1(2各种选线原理的分析2 1(3论文的主要工作6 第2章 小电流接地系统单相接地故障过程分析8 2(1小电流接地系统单相接地故障时的稳态过程8 2(2小电流接地系统单相接地故障时的暂态过程14 2(3暂态电流相频特性分析及SFB的选取22 2(4本文基于MATLAB的系统建模及仿真25 2(5本章小结30 第3章 故障选线仿真分析31 3(1线路发生瞬时性单相接地故障313(2线路发生永久性

12、单相接地故障31 3(3线路发生弧光接地故障38 3(4各线路能量最大频带一致时的分析39 3(5各线路能量最大频带不一致时的分析41 3(6故障发生在相电压过零点时的分析45 3(7本章小结47 第4章 结论和展望48 4(1主要研究结论48 4(2待解决的问题和展望48 参考文献 致谢 引 言 电力系统是由生产、输送、分配、消费电能的各种用电设备组成的统一整体。电能由发电厂发出后，通过各级变电所经高压输电网送到电力用户侧，然后经配电网供给用户。一般来说，1IOKV及以上电压等级网络属于输电网，6,66KV电压等级属于配电网。在我国，配电网一般采用中性点不接地或者中性点经消弧线圈接地的工作方

13、式，因其发生接地故障时，流过接地点的电流小，一般称之为小电流接地系统或者中性点非有效接地电网。 配电网容易发生单相对地短路故障。小电流接地系统在发生单相对地短路故障时，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，保护装置不需要动作跳闸，从而提高了系统运行的可靠性。尤其在瞬时故障条件下，短路点可以自行灭弧恢复绝缘，这对于减少用户短时停电次数具有积极意义。但是，系统发生间歇性弧光接地或者单相永久接地故障对电网设备的绝缘产生破坏作用。因此，虽然规程规定单相接地后系统可以带故障运行l,2小时，但是多数供电部门都要求在30分钟内切除故障线路。 长期以来，国内外电力领域的专家学者

14、对小电流接地系统单相接地故障选线问题进行了大量的研究。以往选线采用的检测原理大多基于故障时产生的稳态信号(但是由于稳态信号比较微弱，受外界因素及运行方式影响大，致使在实际的工程应用中难以提取出有效的故障信号(尤其在发生电弧接地故障时，非故障线路与故障线路零序测量电流在某些条件下稳态工频电流几乎为零，某些条件下是稳态工频电流和暂态电流的叠加。由此可见，单纯基于稳态分析的选线方法准确率受到限制。而且，配电网络故障条件复杂多变，如系统中性点补偿度、各条出线长度、故障点位置、过渡电阻大小、短路点电弧的发展等，这些条件的组合使得在一种故障情况下工作良好的装置，在另一种情况下可能失效。因此，小电流接地系统

15、单相接地保护看似简单易行，但实践证明是十分复杂的，这也是一些国家不采用中性点非有效接地方式的主要原因之一。但毕竟小电流接地系统有着得天独厚的优越性，并在我国及其它国家被广泛采用，探索一种故障判别准确率高的计算方法成为当务之急。 小电流接地系统发生单相接地故障时，由于系统对地电容与故障点之间的充放电，将产生振幅比稳态基频大许多倍的高频暂态分量，此过程包含有丰富的故障信息。当系统发生电弧接地故障时，每起弧一次均有暂态分量出现且其零序高频衰减电流幅值很大，容易被测量。随着小波理论在电力系统中的广泛应用与信号处理技术的发展，使得基于暂态信号的检测方法成为研究的热点(第 1 页 共 38 页 1 绪论

16、1(1国内外研究状况 1(1(1国内外发展状况回顾 在原苏联，小电流接地系统获得了广泛应用，并对其保护原理和装置的研究给予了很大的重视，研制了几代装置，在供电和煤炭行业中得到了应用，保护原理也从过流、无功方向，发展到群体比幅;装置由电磁式继电器、晶体管发展到模拟集成电路和数字电路，而微机构成的装置则较少。 在日本，小电流接地系统在供电、钢铁、化工用电中应用较为普遍，小电流接地系统多是中性点不接地系统和中性点经高电阻接地系统，因此，选线原理较为简单，采用了基波功方向继电器(近年来，在如何获取零序电流信号以及接地点分区段方面投入了不少力量，利用光导纤维研制的架空线和电缆零序互感器OZCT试验获得成

17、功。 在欧洲和美国，小电流接地系统中单相接地保护被认为难于实现，且引起的过电压严重，因此他们宁愿在供电网架结构上多投资以保证供电可靠性，也不采用此种接地方式，但是近年来IEEE的专题报告中也认为应当加强小电流接地系统的保护研究。 德国多使用中性点经消弧线圈接地系统，并于30年代就提出了反映故障暂态过程的单相接地保护原理，研制了便携式接地报警装置阿;而挪威一公司则利用测量空间电场和磁场的相位，反应零序电压和零序电流的相位，研制了悬挂式接地指示器，分段悬挂在线路和分叉点上.。 上世纪90年代以来，随着法国、波兰等欧洲国家逐濒将中压电网由中性点经低阻接地方式改为谐振接地方式，国外多家电力公司对小电流

18、接地保护装置进行了深入研究和现场实验。如法国电力公司(EDF)应用有功电流法开发出DESIR保护装置;波兰某电力公司应用零序导纳法研制了导纳接地保护装置。这些保护装置已在国内推广应用，到1996年为止，已有多套投入中压电网运行。 1(1(2国内研究现状 国内对于小电流接地系统单相接保护原理和装置的研究自1958年以来从未间断，保护方案从零序电流过流保护到无功方向保护，从基波方案发展到五次谐波方案，从步进式继电器到微机群体比幅比相以及近期出现的注入法和人工智能方法等。 随着选线理论的发展，各种选线装置也相继问世。50年代末，我国就利用接地故障暂态过程研制成功了选线装置。70年代后期，上海继电器厂

19、和许昌继电器厂等单位研制生产了反跃中性点不接地系统零序功率方向的ZV-4型保护装置和反映经消弧线圈接地系统五次谐波零序功率方向的zD一5，ZD一6，ZI)-7型保护装置。80年代中期，我国又研制成功了微机型小电流接地系统单相接地选线装置。近几年来，随着选线理论和微机技术的不断发展，又出现了一批新的选线装置，如基于“S注入法”的选线装置、残流增量法微机选线装置等。 目前人们意识到单一的选线方法无法满足实际需要，因此选线装置的研究都趋向于综合选线方法，即利用各种选线方法的优点，如暂态、稳态、谐波等综合分析方法来提高选线精度。虽然小电流接地选线装置已经历了多次的更新换代，选线算法不断改进，但在实际应

20、用第 1 页 共 38 页 中效果都不甚理想，所以此问题还有待于进一步研究( 1(2各种选线原理的分析 现有的选线方法有稳态分量法、暂态分量法、注入信号法、综合法等方法。其中基于稳态分量的选线方法包括零序电流比幅法、零序电流比相法、群体比幅比相法、五次谐波分量，法、有功分量法，能量函数法、最大,Isin办原理等方法;基于暂态分量的选线方法包,括零序暂态电流法、首半波法、小波法、暂态能量法;基于注入法的选线方法包括S注入法、注入变频信号法等方法;综合法包括模糊神经网络法、基于小波包变换的模糊神网络法、模式识别和多层前溃神经网络法、证据理论法、粗糙集理论法等方法。 1(2(1基于稳态分量的选线方法

21、 (1)零序电流比幅法 当中性点不接地系统发生单相接地故障时。流过故障线路的稳态零序电流在数值上等所有非故障线路对地电容电流之和。故障线路上的零序电流最大，通过零序电流幅值大小比较就可以找出故障线路。在以往实现上，采用“绝对整定值”原理，利用零序电流与整定I0II值做比较，整定值一般大于系统内任一条出线的电容电流值，如果小于整定值IZZ0II，极化继电器不动作;如果大于整定值，极化继电器动作，信号显示该回路的编号，IZZ0选线完成。但是由于系统可能存在某条线路的电容电流大于其它线路电容电流之和的情况，当这条线路发生接地故障时，就会出线拒动的情况(现在使用较多的是群体比幅法，应用微机技术采集并比

22、较接地母线所有出线上的零序电流，将幅值最大的线路选为故障线路，由于不需设定门槛值，群体比幅法提高了检测可靠性和灵敏度，但是在母线故障时会出现误判断，并且一旦故障点出线间歇性拉弧现象，没有一个稳定的接地电流，也会导致选线失败。对于谐振接地系统来说，由于谐振接地系统中消弧线圈补偿电流的存在，往往使故障线路电流幅值小于非故障线路，因此零序电流比幅法不适用于谐振接地系统。 (2)零序电流比相法 当中性点不接地系统发生单相接地故障时，流经故障线路的稳态零序电流的方向是从线路流向母线;流经非故障线路的稳态零序电流的方向是从母线流向线路。通过比较零序电流的方向就可以找出故障线路。这种方法在故障点离互感器较近

23、、线路很短、高阻接地等情况发生时，测量到的零序电压和零序电流较小，相位判别较困难，可靠性低。对于间歇性接地故障来说，零序电流畸变严重，难以计算相位，容易出线误判。对于谐振接地系统来说，因为在过补偿或完全补偿状态下。故障线路的零序电流方向于非故障线路相同，因此零序电流比相法不适用于谐振接地系统。 (3)群体比幅比相法 这种方法多用于中性点不接地系统，使用幅值大、波形稳定的零序电压作为参考正方向，监视零序开口电压，当零序开口电压大于电压闭锁设定值时，启动采样，进行快速傅立叶分解，按基波或五次谐波排队，取幅值较大的前三个零序电流进行比相，如果其中某个与其它两个相位相反，则为故障线，否则为母线故障嘲。

24、选择幅值较大的零序电流迸行相位的比较，在一定程度上避免了系统因受过渡电阻大小及电流互感器不平衡等因素影响面导致的选线第 2 页 共 38 页 错误。但是当线路较短或者遇到故障点经过高阻接地等情况发生时，零序电流较小，其相位误差将很大，可能导致选线错误。 (4)五次谐波法 对于中性点经消弧线圈接地系统，基波零序电流的比幅比相法由于消弧线圈的补偿作用丽失效。必须寻找其它的选线方法，五次谐波分量算法的提出在一定程度上解决了中性点经消弧线圈接地系统单相接地故障的选线问题。电力系统由于变压器、线路等设备的非线性影响，线路电流中存在着谐波分量其中五次谐波含量最大发生单相接地故障时谐波分量还会有一定程度的增

25、加。对于中性点经消弧线圈接地的系统，消弧线圈对五次谐波所呈现的感抗是基波的5倍，而线路分布电容对五次谐波所呈现的容抗却是基波的1,5，因此消弧线圈对五次谐波的补偿作用很小，可以忽略其影响。因此，故障线路的五次谐波零序电流幅值比非故障线路大且方向相反，由此可以选择故障线路。为了进一步提高灵敏度，可将各线路的3，5，7次等谐波分量的平方求和后进行幅值比较，幅值最大的线路选为故障线路。但是五次谐波的含量占基波的比例很小，且考虑到负荷中的五次谐波源、电流互感器的不平衡电流和过渡电阻的大小，都会在一定程度上影响选线的准确性。多次谐波平方和法虽然能在一定程度上克服单次谐波信号小的缺点，但并不能从根本上解决

26、问题。 (5)有功分量法 由于消弧线圈不能补偿零序电流有功分量，当发生单相接地故障时，提取各条线路的零序有功分量，非故障线路的零序有功分量方向是由母线流向线路，大小等于线路本身的有功损耗电流值;故障线路的零序有功分量方向是由线路流向母线，大小等于非故障线路的零序有功分量和消弧线圈的零序有功分量之和。 当母线故障时所有线路的零序有功分量都等于线路本身的有功损耗电流值，方向是由母线流向线路。利用各条线路零序有功分量的相对大小和相位关系就可以确定故障线路或者母线故障。从原理上可见，有功分量方法有效地克服了消弧线圈补偿带来的影响;并且，在消弧线圈存在的情况下，故障线路的零序有功分量的大小比中性点不接地

27、时更大，故障特征更明显，更利于选线。但是，由于线路的有功损耗相对较小，因此有功分量算法的故障信息同样不够突出;受cT不平衡、线路长短、过渡电阻大小的影响也较大(为了提高灵敏度，有的装置采用瞬时在消弧线圈上并联接地电阻来加大故障电流的有功分量，这种做法带来的问题是接地电流增大，加大对故障点绝缘的破坏，很可能导致事故扩大，对电缆线路来说，这一问题尤为严重。 (6)能量函数法 当中性点经消弧线圈接地系统发生单相接地故障时，由于消线圈的补偿作用，故障线路的零序电流方向和非故障线路的方向相同，不易选线。，但是由于电感和电容只是存储能量，在整数倍工颏周期内能量差为零，只有线路的电阻和对地导纳才消耗能量，零

28、序电流中的阻性分量与补偿无关，可得零序能量函数判据:定义中性点电压与线路的零序电流乘积IU00的积分为该线路的零序能量函数。根据零序电流的参考方向和零序阻性电流的特点，可得故障线路的能量为负，非故障线路的能量为正，且故障线路的能量绝对值最大(以中性点电压U与线路的零序电流乘积的积分为该线路的零序能量函数没有反映出故障相电压的变化I0情况。当发生金属性接地故障时，故障相电压降为零，中性点电压上升到相电压，此时零序能量函数法有较高的分辨率;但是当接地电阻很大时，故障相电压下降不多，中性点电压幅第 3 页 共 38 页 值较小，线路零序电流也很小，此时零序能量函数法不能很好的判别故障线路。改进的零序

29、能量函数法采用中性点电压与故障相电压的差替代中性点电压来求零序能量函数，以能量曲线的斜率来判断故障线路，如果各条线路的能量曲线斜率符号相同则无故障或者发生母线接地故障，此时如果中性点电压幅值超过相电压的15,则为母线接地故障;如果有线路能量曲线斜率与其它线路的能量曲线斜率符号不同，那么该线路为故障线路。零序能量函数法和改进的零序能量函数法都没有考虑到测量误差和电流互感器不对称引起的零序不平衡电流，选线正确率受到限制。 (7)最大原理 最大原理14是:把所有线路故障前、后的零序电流都投影到故障线路零序电流方向上，计算出各线路故障前、后的投影值之差，然后找出差值的线路。这种方法的本质是寻求最大零序

30、无功功率突变量的代数值，从理论上基本消除了cT不平衡的影响，但也有两个缺陷:计算过程中需选取一个中间参考正弦信号。如果该信号出现问题，如发生PT断线、交流电源失压等，将造成该算法失效;此外，这种算法在计算过程中需求出有关向量的相位关系，计算量很大( 1(2(2基于暂态分量的选线方法 (1)零序暂态电流法 对于放射形结构的电网，暂态零序电流与零序电压的首半波之间存在着固定的相位关系。在故障线路上两者的极性相反，在非故障线路上两者的极性相同，由此可以检测出故障线路“”。这种方法可用于经过渡电阻接地、弧光接地等情况。但在电压过零短路时，暂态过程不明显，此法不适用。 (2)首半波法 当故障发生在相电压

31、接近于最大值瞬间时。暂态电容电流比暂态电感电流大很多，所以说故障初期，电感电流和电容电流是不能相互补偿的，其暂态接地电流的特征主要是由暂态电容电流的特征所决定(零序电流和零序电压首半波之间也存在着固定相位关系，对于放射性结构的电网而言，故障线路两个零序量极性相同，在非故障线路上两者极性相反。首半波法的原理基于接地故障发生在相电压接近最大值瞬间这一假设。发生接地后的第1个半周期。故障线路零序暂态电流与正常线路零序暂态电流极性相反。但当单相接地故障发生在电源电压过零时，电流的暂态分量值很小时，易引起极性误判。 (3)小波法 小波变换是一种信号的时间一频率分析方法，是一种窗口大小固定不变但形状可以改

32、变，时间窗口和频率窗口都可以改变的时频局部化分析方法。小波交换的极大值检测法是多尺度边缘检测，多尺度边缘检测是在不同尺度上先对信号进行平滑，再由光滑信号的一阶导数检测信号突变点。由小波变换的极大值检测法可知，当信号出现突变时，其小波变换后的系数具有模极大值，而且极性与信号的突变方向相同。应用小波变换对采集到的故障信号进行数据处理，求得各线路上零序电流的小波变换模极大值特征、选择合适的小波系数阈值，如果某线路Li上零序电流的小波模极值大于其它线路上零序电流的小波模极值，并且同一时刻线路Li上零序电流的小波模极值极性与其它线路相反，可判断Li为故障线路;如果各线路上零序电流的小波模极值极性都相同，

33、则为母线故障。小电流接地电网单相接地故障等值电第 4 页 共 38 页 路是一个容性通路，故障的突然作用在电路中产生的暂态电流通常很大;特别是发生弧光接地故障或间歇性接地故障的情况下暂态电流含量更丰富，持续时间更长。小波选线方法对中性点不接地和中性点经消弧线圈接地的电网都适用;特别适应于故障状态复杂、故障波形杂乱的情况，与稳态量选线方法形成优势互补。 (4)暂态能量法 为了有效减小测量误差和电流互感器不对称等因素的影响，定义每条线路的零序暂态能量增量为单相接地故障前后的中性点电压和线路零序电流的差值乘积在一个工频周期内的积分。监视中性点电压发现单相接地故障发生后，分别计算各条线路的暂态能量增量

34、。如果某一条线路的暂态能量增量为负数，并且绝对值最大，则这条线路为故障线路;如果所有线路的暂态能量增量均为正，则判断为母线故障。由于暂态过程持续时间较短，实现起来对硬件的要求较高。 1(2(3基于注入信号的选线方法 (1)S注入法 入法选线原理不利用单相接地故障产生的信号。而是向系统注入外部信号进行选 S注线。通常从电压互感器二次侧注入电流信号，其频率取在各次谐波之间，从而保证不被工频分量及高次谐波分量干扰。注人电流信号沿接地线路的接地相流动，并经接地点入地，用信号探测装置对每一条出线进行探测，探测到注入信1号的线路即故障线路。S注入法利用处于不工作状态的接地相电压互感器注入信号，不增加一次设

35、备，不影响系统运行。但是注入信号法也存在着一些问题:注入信号的功率不够大。变换到高压侧的注入信号非常微弱，很难准确测量;经高阻按地对。注入信号微弱面不易检测;弧光接鲍时谐波含量丰富，注入信号极 易受到干扰。 (2)注入变频信号法 注入变频信号法根据故障后位移电压大小的不同，选择向消弧线圈电压互感器副边注入谐振频率恒流信号还是向故障相电压互感器副边注入谐振频率恒流信号，如果位移电压较低，则从消弧线圈电压互感器注入谐振频率恒流信号，如果位移电压较高，则从故障相电压互感器注入谐振频率恒流信号。监视各条出线上注入信号产生的零序电流功角、阻尼率的变换，比较各条出线阻尼率的大小，再根据线路受潮及绝缘老化等

36、因素得出选线判据。但是当接地电阻不太大时，信号电流大部分都经故障线路流通，导致非故障线路上阻尼率误差较大。 1(2(4综合法 (1)模糊神经网络法 模糊神经网络具有模糊信息处理能力，采用相对成熟的零序电流群体比幅比相法和能量函数法的结合，对其作算法上的改进并取得样本，通过模糊神经网络中的极大一极小神经网络进行训练，利用多层训练的收敛结果作为选线的判据。这种方法对电网结构和系统运行方式没有依赖性，而且比较特征量明显，选线准确率高。 (2)基于小波包变换的模糊神经网络法 利用小波包分解教薄暂态信号，将信号分解成不同频带约信号，根据这些频带信号激励模糊神经网络，利用经过接地后零序电流训练的模糊神经网

37、络来判别接地线路。这种方法不第 5 页 共 38 页 受负荷谐波、暂态过程、故障点过渡电阻等因素的影响。 (3)模式识别和多层前溃神经网络法 用统计模式识别中基于最小错误的贝时斯决策方法和入工神经网络方法进行选线(这种方法将故障后各线路零序电流看作某类故障的一个模式，通过人工神经网络的训练与学习来判断故障模式，实现故障选线。 (4)证据理论法 采用多重故障信息融合选线，利用单相接地故障在电网中表现出的多方面的特征，构造多个选线判据，对多判据提供的故障信息进行融合，得到准确的选线结果。文献25对故障量进行特征提取，并按一定的算法进行计算，最终给出各条线路可能是故障线路的支持程度，即故障测度，选线

38、结果由证据理论对这些判据提供的故障信息进行综合与决策而得出。 (5)粗糙集理论法 应用粗糙集理论对故障样本集进行数据挖掘和知识发现，确定各种选线方法的有效域。这种方法以决策表为主要工具，对故障样本数据的信号特征进行离散化处理，对冗余信息进行知识简约，最终获得故障信号特征与选线方法之间的决策规则;对于不协调决策规则通过概率的表达形式进行有效处理。粗糙集理论能准确得到各种选线方法的有效域，?为选线方法的智能融合奠定了良好的基础。 1(3论文的主要工作 针对目前小电流接地系统故障选线装置普遍存在的缺陷和需要解决的问题，本课题对小电流接地系统单相接地故障选线方法进行研究。目的是为选线装置地研制提供理论

39、依据和技术支持。 本文研究配电网发生单相接地时，如何确定故障线路。配电网发生单相接地故障时，由于系统对地电容与故障点之间的充放电，将产生振幅比稳态基频大许多倍的高频暂态分量，此过程包含有丰富的故障信息。小波变换能对信号不同的频域成分采用逐步精细的采样步长，聚焦到信号的任意细节，特别适合分析奇异信号。近年来，小波由于其时频窗口的灵活性在电力系统故障信号处理中得到广泛应用。利用小波分析配电网发生单相接地时产生的暂态突交信号，能弥补基于稳态信号选线原理的不足，更好的解决小电流接地系统单相接地故障选线问题。 本文主要研究内容包括: (1)在了解国内外配电网故障选线研究工作的基础上，对各种方法存在的问题

40、进行了探讨，为本文提出新的选线方法奠定了必要和可靠的研究依据。 (2)在分析小电流接地系统发生单相接地故障时的暂态和稳态过程电气量特征的基础上，利用Matlab Simulink建立小电流接地系统单相接地故障的模型，研究系统在不同运行方式下发生单相接地故障时零序电流的特征; (3)提出剔除线路谐振状态的频带，利用小波包良好的分频特性，以适当带宽对故障后线路的暂态零序电流进行分解，得到其在不同频带下的输出。然后，按照能量最大的观点确定线路故障特征最明显的频带。根据故障线路暂态电容电流的极性与非故障线路不同的原理，当各条线路特征频段一致时，通过比较各线路暂态零序电流在该频段下小波包分解结果的极性来

41、实现故障选线;当各条线路特征频段不一致时，依次选取各线路的特征频段，比较各线第 6 页 共 38 页 路零序电流在此频带下模极值的大小和极性，最后综合各频带的比较结果来实现故障选线。此方法针对各线路故障奇异量频率分布的不同情况，在有效频带内自适应地选择故障特征最 明显的频带进行分析和比较，因而能够更加有效的利用故障奇异信息i解决了奇异量选线判据中频带选择盲目性问题，提高了奇异量故障选线的准确性。 (4)如果故障发生在相电压过零点附近，暂态过程不明显，则在低频段下对各线路的零序电流进行小波重构，通过比较重构后的信号来实现选线。 (5)通过选择不同故障时刻、过渡电阻、故障点进行仿真，结果表明该方法

42、受故障点位置、过渡电阻等因素影响较小，具有可靠性高、抗干扰能力强的特点，适用于中性点不接地和经消弧线圈接地的配电网，具有重要的理论意义和一定的实用价值。 第 7 页 共 38 页 第二章 小电流接地系统单相接地故障过程分析 2(1小电流接地系统单相接地故障时的稳态过程 在对小电流系统进行故障分析前，为了突出主要问题并简化分析，提出合理的假设; (1)不计磁路饱和、磁滞的影响。此时系统中各元件的参数恒定，可以应用叠加原理。 (2)系统是三相对称系统。不对称仅存在故障处。所以可应用对称分量法将各序的网络用单相等值电路分析。 (3)各元件序参数的阻抗角可认为相等，进而认为系统综合阻抗角相等。 (4)

43、在进行短路电流大小计算时，一般可略去各元件的电阻。 (5)负荷只作估计或作为恒定阻抗，或当作临时附加电源，视情况而定。当然，任何一条假设都是相对的，有条件的，在一种场合下不大起作为的因素，在另外一种情况下则可能显示重大的甚至是决定性的影响。在考虑小电流接地系统的线路模型时，为了精确，就要考虑系统线路的对地电容，而且用集中电容代替分布电容。 2(1(1中性点不接地系统单相接地故障的稳态分析 图l中性点不接地系统单相接地故障时的电流分布图 如图l所示的中性点不接地系统，有2条馈出线。正常运行时，各相对地电压是相对电压且对称的，中性点对地电压为零，电网中无零序电压。由于各相对她电容相同，在相电压的作

44、用下，各相电容电流相等并超静相电压。因此，线电流中不存在零序分量。这时相电压和零序电流的向量如图2所示。 第 8 页 共 38 页 图2中性点不接地系统向量图 当发生单相接地故障后，三相电路的对称性受到破坏，故障点就出现明显的不对称，如当A相发生单相接地故障后，A相对地电压变为零，其对地电容被短接，而B相和C相的对地电压升高，对地电容电流相应增大。流过接地点D的电流为所有线路电容电流的总和，系统电容电流的分布如图l所示，向量图如图3所示。 图3中性点不接地系统单相接地故障向量图 当发生会属性接地(既过渡电阻)故障时，从图2和图3中可以看出: 1 各相电压和故障点的零序电压分别为: ,(1)A相

45、(故障相)电压: (2,1)U,0A(1),0,j150B相电压: (2,2)U,E,E,3EeAABB(1),0j150C相电压: (2,3)U,E,E,3EeCAAC故障点的零序电压: (1)(1)(1),0013,j150j150U,(U，U，U),E(e，e),E (2,4)AA0ABC33第 9 页 共 38 页 2(各线路非故障相电容和流过接地点的电流分别为: 线路1非故障相的电容电流: (1)(),0j90 I,I，I,3U,Ce(2,5)011B1C001线路2非故障相的电容电流: (1)(1),0j90 I，I,3U,Ce(2,6)2B2C02流过接地点的故障电流为: (1)

46、(1)(1)(1),090j I,(I，I)，(I，I),3U,e(C，C)(2,7)1122DBCBC0102因此，可以归纳出当有行条出线时，流过故障点的电流为 n,090j (2,8)I,3U,eCD,0jj其中，第j条线路的对地电容， j,1,2,n.C,0j,而在故障线路2上，故障相A相要流回全系统接地短路电流，因此，从A相流出的ID(1),I,I电流可表示为:。因此，线路2的零序电流则为: 2AD(1)(1)(1)(1)(1),oj90 I,I，I，I,(I，I),3U,Ce (2,9)022A2B2C1B1C001当有n条线路时: n,0,j90I,3U,e(C,C) (2,10)

47、 020,0j02j于是，此时的零序向量如图4所示。 第 10 页 共 38 页 图4单相接地时的零序向量图 由此可见:当中性点不接地系统中发生单相接地故障时，整个系统产生零序电压，大小0为正常时的相电压;非故障相电压升高到原来的倍;接地电流超前零序电压。并由903090线路流向母线;非故障线路的零序电流为本身对地电容电流，相位超前零序电压，电容性功率的实际方向为由母线流向线路:故障线路的零序电流为所有非故障元件对地电容电流090之和，相位滞后零序电压，电容性无功功率的实际方向为由线路流向母线，与非故障线路相反。可用此特征来选线。 图5中性点不接地系统单相接地等值电路 然而，在实际小电流接地故障中，大部分接地故障都是过渡电阻接地，假如设接地电阻为，利用赫尔姆斯一戴维南定理，可将图1等效成图5所示的等值电路。由于线路阻抗L0比对地电容R小得多，故可忽略不计。由图5所示的等值电路可见，单相接地电流为: ,EfI,E (2,11)Df1R，DjCR3,0D零序电压为: ,11,U,(,I),