基于5次谐波的小电流接地系统故障选线方法仿真与分析(附件)【字数：10653】
摘 要小电流接地系统中，在发生单相接地故障后，由于系统中的故障电流小，三相电压是对称的，不会影响整体供电，所以系统在一至两个小时内可以继续运行。但是故障如果不能够被准确、及时的排除，那么故障很容易扩大发展成多点接地、相间短路。因此小电流接地系统中发生单相接地故障后，应尽快找出故障线路，并将其切除。因为小电流接地系统中故障点的电流非常小，所以常规的方法就难以使用，那么寻找出一种新的选线方法就变得尤为重要。本文为了研究出基于五次谐波的小电流接地系统的故障选线方法，首先对小电流接地系统发生单相接地故障时，对其电流电压的分布特点进行分析。这样就可利用绝缘监视装置，判断出电网中是否发生了故障。然后对发生故障后五次谐波的变化进行分析，得出故障相上五次谐波电流的幅值最大，基本等于非故障相五次谐波零序电流之和。最后用MATLAB仿真进行验证，设置不同的故障点、故障角、过渡电阻，对一个周波进行采样，求出各线路五次谐波零序电流幅值。得出基于五次谐波的选线方法是可行的。
目 录
第一章 绪论 1
1.1引言 1
1.2小电流接地系统故障选线的研究现状 1
1.2.1故障选线的研究现状 1
1.2.2现有故障选线综述 2
1.3本文工作 3
第二章 小电流接地系统 4
2.1小电流接地系统介绍 4
2.2中性点不接地电网的故障特点 4
2.3 中性点经消弧线圈接地电网单相接地时电流、电压的特点 6
第三章 现有故障选线方法讨论 9
3.1基于小波变换法 9
3.2基于零序电流幅值法 10
3.3基于零序电流相对相位法 10
3.4基于五次谐波法 10
3.4.1选线故障特征量的选取与分析 10
3.4.2选线故障特征量的求取 11
第四章 基于五次谐波研究选线方法 13
4.1 故障选线步骤 13
4.2仿真软件简介 13
4.3仿真模型概述 14
4.4仿真结果分析 16
结束语 20
致 谢 21
参考文献 22
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/> 绪论
1.1引言
目前，市面上电力系统中性点的接地方式无非直接接地和不直接接地两种。就中国而言，考虑到安全、成本等综合因素，对于超过110KV的大功率电压，我们选择中性点直接接地的方式。如果线路发生故障，由于单相接地，它所产生的故障电流高，因此大电流接地系统的称号也由之而来。相反，对于那些66KV伏以下6KV以上的小功率系统而言，我们中性点一般是采用不直接接地，因此称之为小电流接地系统。不同于大电流接地系统的单一性，小电流接地系统种类繁多，大致为中性点经消弧线圈接地系统、中性点经电阻接地系统和中性点不接地系统这三大类。
针对目前电网中最普遍的故障形态——单相接地故障，小电流接地系统故障发生时，所产生的电流小，所以对整个正常系统运行的影响小，当故障发生仍能保证三项电压的对称，这样不会引起跳闸导致设备断电，耽误进程。它仍能让设备运行一到两小时，这在保证了生产效率不打折扣的基础上，又给工人留了足够的维修时间，大大提高了供电的稳定性。这是小电流接地系统的优越性。但是，能够带故障运行是小电流接地系统的优点，但这个优点也为设备的安全埋下了隐患。因为，当在故障的情况下运行系统的话，系统所要承受的耐压值是正常工作时的三倍。这对系统的绝缘性能是个巨大的挑战，短时间超负荷工作，是没有太大问题，但要是长期如此，造成的伤害无法估量。它可能由一个小故障发展到多个接地故障，那就真是得不偿失了。所以，一旦发现，小电流接地系统发生单相接地故障，应当立刻找出原因，将故障排除。
经过人类的不断研究与实践，对于小电流接地故障的选线问题，已经有了很多办法。不过，由于实际运用问题，一部分已被采纳，还有一部分还有待完善。
1.2小电流接地系统故障选线的研究现状
1.2.1故障选线的研究现状
小电流接地系统在前苏联应用较为广泛， 所以前苏联对， 并发表了若干论文， 更新了多代装置， 已广泛应用于煤炭和电力供应等领域。日本在钢、电、化学用电中常用中性点不接地或经电阻接地系统，由于这两种系统的选取线路的方法便捷，实际操作起来更加的简单。德国大多采用中性点中心点经消弧线圈接地方式，在1930年研究出在发生故障后线路的暂态，并将这一研究应用于线路保护选线原理简单。法国应用中性点经消弧线圈接地方式则是在使用中性点经电阻接地系统的几十年后。二十世纪九十年代初，国外已经将单相接地保护与人工神经网络原理相结合。
我国早在五十年代起便针对如何进行小电流故障选线开始了初步的探索，经过了一段时间的研究以后也总结出了一些选线方法和研制出了一些操作设备。五十年代初的时候，我国便使用首半波极性对接地系统进行了保护以防故障的发生，而对于选线定位我国采用了五次谐波。随着计算机的出现与发展，逐渐出现了微机型的装置。这些年来又陆续研究出两类研究方法。第一种是依靠发生故障线路上零序电流特点的明显差别进行选线。其中包括五次谐波法，负序电流法等等，第二种是当发生电弧接地故障时会出现一些信号，故障信号就存在于高频暂态信号中，因此这些故障信息可以帮助我们进行故障选线。利用该方法进行选线的主要有：特征频带法、首半波原理、小波分析法等 。
1.2.2现有故障选线综述
故障选线至今没有明确的定义，甚至还没有成为一个术语。对于这个词语有不同的叫法，比如接地选线、小电流接地选线、保护选线等。
参考相关书籍，对故障选线的定义如下：选线保护是针对非有效接地电网单相接地故障，通过某种技术和装置自动地从连接在同一母线的多条线路中识别出发生故障的线路，并给出判断结果的功能。
最原始的故障选线方法是检查每条电路是否有零序电压，虽然在一定程度上能保障其正确性，但是效率低且对供电可靠性有害。最近十几年，研制出多种故障选线方法。大致分为利用注入信号和故障信号两类来进行选线。而利用故障信号选线又包括利用故障信号的稳态量和暂态量进行故障选线。
（1）注入信号选线法
实现故障选线、测距、定位可以通过检测注入信号的传输路径以及特征。在故障后，我们通过TV向故障相注入高频电流信号，为了使故障接地点与TV一次侧中性接地点之间形成注入信号电流回路，我们需要在母线TV二次侧装一个高频电流信号源。我们注入的高频电流在非故障线路不存在，在故障线路中流通。通过在各线路中加装信号电流探测器，检测各条线路是否有高频信号电流，完成故障选线。
（2）故障信号选线法
在一个中性点不直接接地的系统中，当某条线路发生单相接地故障时，此时系统中会出现零序电流和零序电压。其中零序电压是母线TV二次开口三角绕组电压的1/3倍。我们可以测量母线TV二次开口三角绕组的电压，然后实现故障选线。
1.3本文工作
本文为了解决小电流系统的故障选线问题，对其单相接地故障特点及其规律进行分析，本文将基于五次谐波、能量、小波算法、相位研究的方法进行讨论与分析，归纳出基于五次谐波的研究方法相对于其他的研究方法更具备的优越性。利用MATLAB 构建小电流接地系统的模型，，通过求取各个线路的零序电流五次谐波的幅值及其相位，得出利用五次谐波进行故障选线的判断依据。主要思路如下：
目 录
第一章 绪论 1
1.1引言 1
1.2小电流接地系统故障选线的研究现状 1
1.2.1故障选线的研究现状 1
1.2.2现有故障选线综述 2
1.3本文工作 3
第二章 小电流接地系统 4
2.1小电流接地系统介绍 4
2.2中性点不接地电网的故障特点 4
2.3 中性点经消弧线圈接地电网单相接地时电流、电压的特点 6
第三章 现有故障选线方法讨论 9
3.1基于小波变换法 9
3.2基于零序电流幅值法 10
3.3基于零序电流相对相位法 10
3.4基于五次谐波法 10
3.4.1选线故障特征量的选取与分析 10
3.4.2选线故障特征量的求取 11
第四章 基于五次谐波研究选线方法 13
4.1 故障选线步骤 13
4.2仿真软件简介 13
4.3仿真模型概述 14
4.4仿真结果分析 16
结束语 20
致 谢 21
参考文献 22
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1.1引言
目前，市面上电力系统中性点的接地方式无非直接接地和不直接接地两种。就中国而言，考虑到安全、成本等综合因素，对于超过110KV的大功率电压，我们选择中性点直接接地的方式。如果线路发生故障，由于单相接地，它所产生的故障电流高，因此大电流接地系统的称号也由之而来。相反，对于那些66KV伏以下6KV以上的小功率系统而言，我们中性点一般是采用不直接接地，因此称之为小电流接地系统。不同于大电流接地系统的单一性，小电流接地系统种类繁多，大致为中性点经消弧线圈接地系统、中性点经电阻接地系统和中性点不接地系统这三大类。
针对目前电网中最普遍的故障形态——单相接地故障，小电流接地系统故障发生时，所产生的电流小，所以对整个正常系统运行的影响小，当故障发生仍能保证三项电压的对称，这样不会引起跳闸导致设备断电，耽误进程。它仍能让设备运行一到两小时，这在保证了生产效率不打折扣的基础上，又给工人留了足够的维修时间，大大提高了供电的稳定性。这是小电流接地系统的优越性。但是，能够带故障运行是小电流接地系统的优点，但这个优点也为设备的安全埋下了隐患。因为，当在故障的情况下运行系统的话，系统所要承受的耐压值是正常工作时的三倍。这对系统的绝缘性能是个巨大的挑战，短时间超负荷工作，是没有太大问题，但要是长期如此，造成的伤害无法估量。它可能由一个小故障发展到多个接地故障，那就真是得不偿失了。所以，一旦发现，小电流接地系统发生单相接地故障，应当立刻找出原因，将故障排除。
经过人类的不断研究与实践，对于小电流接地故障的选线问题，已经有了很多办法。不过，由于实际运用问题，一部分已被采纳，还有一部分还有待完善。
1.2小电流接地系统故障选线的研究现状
1.2.1故障选线的研究现状
小电流接地系统在前苏联应用较为广泛， 所以前苏联对， 并发表了若干论文， 更新了多代装置， 已广泛应用于煤炭和电力供应等领域。日本在钢、电、化学用电中常用中性点不接地或经电阻接地系统，由于这两种系统的选取线路的方法便捷，实际操作起来更加的简单。德国大多采用中性点中心点经消弧线圈接地方式，在1930年研究出在发生故障后线路的暂态，并将这一研究应用于线路保护选线原理简单。法国应用中性点经消弧线圈接地方式则是在使用中性点经电阻接地系统的几十年后。二十世纪九十年代初，国外已经将单相接地保护与人工神经网络原理相结合。
我国早在五十年代起便针对如何进行小电流故障选线开始了初步的探索，经过了一段时间的研究以后也总结出了一些选线方法和研制出了一些操作设备。五十年代初的时候，我国便使用首半波极性对接地系统进行了保护以防故障的发生，而对于选线定位我国采用了五次谐波。随着计算机的出现与发展，逐渐出现了微机型的装置。这些年来又陆续研究出两类研究方法。第一种是依靠发生故障线路上零序电流特点的明显差别进行选线。其中包括五次谐波法，负序电流法等等，第二种是当发生电弧接地故障时会出现一些信号，故障信号就存在于高频暂态信号中，因此这些故障信息可以帮助我们进行故障选线。利用该方法进行选线的主要有：特征频带法、首半波原理、小波分析法等 。
1.2.2现有故障选线综述
故障选线至今没有明确的定义，甚至还没有成为一个术语。对于这个词语有不同的叫法，比如接地选线、小电流接地选线、保护选线等。
参考相关书籍，对故障选线的定义如下：选线保护是针对非有效接地电网单相接地故障，通过某种技术和装置自动地从连接在同一母线的多条线路中识别出发生故障的线路，并给出判断结果的功能。
最原始的故障选线方法是检查每条电路是否有零序电压，虽然在一定程度上能保障其正确性，但是效率低且对供电可靠性有害。最近十几年，研制出多种故障选线方法。大致分为利用注入信号和故障信号两类来进行选线。而利用故障信号选线又包括利用故障信号的稳态量和暂态量进行故障选线。
（1）注入信号选线法
实现故障选线、测距、定位可以通过检测注入信号的传输路径以及特征。在故障后，我们通过TV向故障相注入高频电流信号，为了使故障接地点与TV一次侧中性接地点之间形成注入信号电流回路，我们需要在母线TV二次侧装一个高频电流信号源。我们注入的高频电流在非故障线路不存在，在故障线路中流通。通过在各线路中加装信号电流探测器，检测各条线路是否有高频信号电流，完成故障选线。
（2）故障信号选线法
在一个中性点不直接接地的系统中，当某条线路发生单相接地故障时，此时系统中会出现零序电流和零序电压。其中零序电压是母线TV二次开口三角绕组电压的1/3倍。我们可以测量母线TV二次开口三角绕组的电压，然后实现故障选线。
1.3本文工作
本文为了解决小电流系统的故障选线问题，对其单相接地故障特点及其规律进行分析，本文将基于五次谐波、能量、小波算法、相位研究的方法进行讨论与分析，归纳出基于五次谐波的研究方法相对于其他的研究方法更具备的优越性。利用MATLAB 构建小电流接地系统的模型，，通过求取各个线路的零序电流五次谐波的幅值及其相位，得出利用五次谐波进行故障选线的判断依据。主要思路如下：
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