小电流选线方法的分析研究

西安交通大学论文小电流选线方法的分析研究申请人：**学科（专业）：电力系统及其自动化指导教师：赵**教授2012年03月西安交通大学网络教育学院毕业设计(论文)任务书专业班级电力系统及其自动化层次本科姓名**学号：200909605003一、毕业设计（论文）题目小电流选线方法的分析研究二、毕业设计（论文）工作自2011年12月21日起至2012年3月26日止三、毕业设计（论文）基本要求：指导教师：西安交通大学网络教育学院毕业设计(论文)考核评议书指导教师评语：建议成绩：指导教师签名：年月日答辩小组意见：负责人签名：年月日答辩小组成员毕业设计（论文）答辩委员会意见：负责人签名：年月日论文题目：小电流选线方法的分析研究学科（专业）：电力系统及其自动化申请人：**指导教师：赵**教授摘要近年来，随着我国市场经济的迅速发展，城市化建设的不断加快，第二产业的迅猛发展，越来越多的行业使用电力设备。小电流在日常生活与生产中应用的比较广泛，我国大多数配电网采用中性点不直接接地系统（NUGS），即小电流接地系统。小电流接地选线装置对提高供电可靠性起着重要的作用，小电流接地选线方法研究及新的高性能选线装置具有较大的潜力和挑战性。为了让小电流选线问题得到解决，能够很好地运用于日常生活与生产之中，让小电流选线问题的解决为我国经济发展带来前所未有的贡献。关键词：小电流；选线方法；分析；研究论文类型：理论研究ABSTRACTInrecentyears,withtherapiddevelopmentofmarketeconomyinChina,citytochangeconstructioncontinuestoaccelerate,theswiftandviolentdevelopmentofthesecondindustry,moreandmoreindustriesuseelectricalequipment.Smallcurrentindailylifeandproductionintheapplicationrange,themajorityofourdistributionnetworkwithneutralpointindirectgroundsystem(NUGS),namelythesmallcurrentgroundingsystem.Smallcurrentgroundinglineselectiondeviceforimprovingpowersupplyreliabilityplaysanimportantrole,smallcurrentgroundinglineselectionmethodandanewhighperformancelineselectiondevicehasalargepotentialandchallenges.Inordertoletthesmallcurrentlineselectionproblemsaresolved,canbeusedindailylifeandproduction,makesmallcurrentlineselectionproblemforourcountryeconomydevelopmentbringshithertounknowncontribution.KEYWORD:Methodoffaultlineselectionforsmallcurrent,analysis,research目录前言………………………………………………………………………………………71、小电流选线的含义、特点、装置设备、应用…………………………………81.1、零序功率方向原理„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„91.2、谐波电流方向原理„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„91.3、外加高频信号电流原理„„„„„„„„„„„„„„„„„„101.4、首半波原理„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„102、小电流选线的方法„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„102.1、零序电流比幅比相法„„„„„„„„„„„„„„„„„„„102.2、五次谐波法„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„112.3、有功法„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„112.4、小波法„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„112.5、残流增量法„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„122.6、“S”注入法„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„123、小电流接地系统方法分析研究的结果与讨论„„„„„„„„„„„133.1、小电流接地电网单相接地故障选线新方法„„„„„„„„„„133.1.1、故障选相法„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„143.2、小电流接地电网单相接地过渡过程的特点„„„„„„„„„„15结论„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„16参考文献„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„17致谢„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„18前言小电流选线全称小电流接地选线装置，简称小电流，是一种电力行业使用的保护设备。该设备适用于3KV－66KV中性点不接地或中性点经电阻，消弧线圈接地系统的单相接地选线，用于电力系统的变电站、发电厂、水电站及化工、采油、冶金、煤炭、铁路等大型厂矿企业的供电系统，能够指示出发生单相接地故障的线路。研究小电流选线方法，有利于日常生活生产中的广泛运用，把小电流选线装置运用到实处，小电流接地选线装置解决了TV断线时乱选线的问题，具有失电报警功能：装置内装有报警继电器，掉电后，继电器接点即刻返回闭合，使外接音响自动报警（接点容量：AC110V，0.5A）；故障报警功能：装置具有自检功能，装置出现故障时，可通过继电器接点自动接通报警线路报警（接点容量：AC110V，0.5A）；消除谐振功能：可以彻底有效地消除各种频率的铁磁谐振（用户可选配）；自命名功能：用户随时可以自己编写或修改线路名称。装置配有SD卡，用户可在自己的计算机上将编好的内容拷贝到SD卡中，再放入装置的SD卡读口，装置可自动读入；通讯功能：可提供RS232、RS485和以太网（用户选配）与上位机通讯；硬件时钟功能：采用硬件时钟，装置掉电后不影响走时。小电流选线装置还可以解决以下问题：(1)全面认识小电流接地系统单相接地故障的特点,研究更有效的单相接地故障原理,制造出效果更好的选线装置;(2)研究适合配电网的故障测距原理,制造出效果更好的测距装置;(3)利用现代信息技术、计算机技术、信号处理技术及网络技术,提高在线故障定位的自动化水平和准确性。目前为止，小电流选线还有更多的有效方法没有被大众所知晓与采用，小电流选线装置的实用性还有更大的上升空间。本论文对小电流选线方法从其装置、设备、应用与作用等进行研究，证明小电流选线方法的科学性与其在实践上的不足。让小电流选线装置更好的运用于实际，将其科学性与现实生活生产结合起来，顺应社会经济生活的发展，为社会生产提供便利的条件，让我国经济发展迅速，核心产业不断提高，构建社会主义和谐社会。1、小电流选线的含义、特点、装置设备、应用小电流选线全称小电流接地选线装置，简称小电流，是一种电力行业使用的保护设备。我国3KV－66KV配电网大多采用小电流接地方式即中性点非有效接地方式，包括中性点不接地系统和中性点经消弧线圈接地系统。中性点非有效接地系统的优点在于，发生单相接地时多数情况下能够自动熄弧并恢复绝缘。但是发生永久性接地故障时，为了防止因非故障相电压升高而导致故障扩大，必须尽快确定故障线路并予以切除，这就提出了单相接地故障选线问题。这个问题很长时间以来没有得到很好的解决，制约着配电网自动化的发展。小电流接地选线装置按选线原理可分为零序电流电压法和激励法（外加信号法）。零序电流电压法通过接地时系统零序电压、零序电流的特征选线，即利用接地时系统自身的信号特征确定接地线路。激励法（外加信号法）通过在系统中外加一特殊信号，该信号通过电压互感器二次侧输入，耦合到一次侧，再从母线流向接地线路，最后流入接地点，接地线路有信号流过，非接地线路无信号流过。根据上述原理，在每条线路的起始端安装一信号检测器，当信号检测器检测到特定信号时判定该线路为接地线路，未检测到特定信号时判定该线路为非接地线路。在我国10~35kV电网中，普遍采用中性点不接地或经消弧线圈接地的方式，这两种方式统称为小电流接地系统。小电流接地系统单相接地故障是电网最常见的故障之一，当发生单相接地故障时，虽然在高压侧发生了故障相电压降低和非故障相电压升高，引起中性点位移，但线电压仍然是对称的且故障电流小，对供电设备不致造成危害，用户仍可继续工作。但单相接地故障有可能发展成为两相接地短路故障或其他形式的故障，为保证设备及人员安全，应及时找出接地故障线路以便迅速处理。对于单相接地故障的检测，传统的方法是采用副二次绕组接成开口三角形的三相电压互感进行检测。为了寻找故障线路，值班员通常采取轮流拉闸的办法来确定具体的故障线路。这种方法，会给安全运行及用户的生产造成一定的影响，降低了用户的供电可靠性。随着微机技术的发展，出现了微机型的小电流接地选线装置，这种装置可以在不对线路拉闸停电的情况下找到故障线路，因此与传统检测方案相比有很大的优越性。小电流接地选线装置的原理有以下几种：（1）、零序功率方向原理我们知道中性点不接地系统在正常运行时，各相对地电压是对称的，中性点对地电压为零，电网中无零序电压。如果线路各相对地电容量相同，在各相电压作用下各相电容电流相等并超前于相应相电压90°。单发生单相金属性接地时，经过分析可得出几点结论：a、故障相对地电压为零，非故障相对地电压为电网的线电压，出现零序电压，大小等于电网正常的相电压；b、非故障线路零序电流3I0等于本线路的充电电流，其相位超前于零序电压90°；c、故障线路零序电流3I0等于全部非故障线路充电电流的总和，其相位滞后于零序电压90°；d、接地故障处电流的大小等于全部线路接地充电电流的总和，其相位超前于零序电压90°。所以，故障线路与非故障线路出现零序电流相差点180°。零序功率方向原理的小电流接地装置就是利用在系统发生单相接地故障进，故障与非故障线路零序电流反相，由零序功率继电器判别故障与非故障电流。在实际应用时，由于零序电流互感器（或三相电流互感器构成零序电流滤过器）二次侧波形畸变，电流互感器测量误差，信号干扰，线路长短差别悬殊，接地电阻的影响以及电压互感器的非线性特性等影响，将造成零序方向继电器存在死区。虽然装置本身都设置了排序法和采用相对相位法概念，在现行运行方式下取前三个最大的进行比较鉴别，但误判断总是难免的，对装有消弧线圈的中性点不接地系统更为明显。（2）、谐波电流方向原理当中性点不接地系统发生单相接地故障进，在各线路中都会出现零序谐波电流。由于谐波次数的增加，相对应的感抗增加，容抗减小，所以总可以找到一个m次谐波，这时故障线路与非故障线路m次谐波电流方向相反，同时对所有大于m次谐波的电流均满足这一关系。这种判断谐波电流方向原理构成的接地选线装置不受系统运行方式变化及过渡电阻的影响，谐波电流相位关系与幅值无关，只要计算机能识别即可。对相位容差大，即相位大于90°即认为反相，小于90°则认为同相。这种原理适用于已装有三相电流互感器或装有零序电流互感器的变配电所。（3）、外加高频信号电流原理当中性点不接地系统发生单相接地时，通过电压互感器二次绕组向母线接地相注入一种外加高频信号电流，该信号电流主要沿故障线路接地相的接地点入地，部分信号电流经其他非故障线路对地电容入地。用一只电磁感应及谐波原理制成的信号电流探测器，靠近线路导体接收该线路故障相流过信号电流的大小（故障线路接地相流过的信号电流大，非故障线路接地相流过的信号电流小，它们之间的比值大于10倍）判断故障线路与非故障线路。高频信号电流发生器由电压互感器开口三角的电压起动。选用高频信号电流的频率与工频及各次谐波频率不