畢設(shè)翻譯中性點(diǎn)非直接接地電力系統(tǒng)中單相接地故障的自適應(yīng)反相時(shí)間延遲特性的零序電壓保護(hù)的鑒定

1、中性點(diǎn)非直接接地電力系統(tǒng)中單相接地故障的自適應(yīng)反相時(shí)間延遲特性的零序電壓保護(hù)的鑒定摘要：在一個(gè)中性點(diǎn)非直接接地的電力系統(tǒng)中，正確識(shí)別和隔離發(fā)生單相接地故障的故障線路始終是一項(xiàng)艱巨的任務(wù)。為了提高配電自動(dòng)化的水平，對(duì)于負(fù)序電流自適應(yīng)補(bǔ)償?shù)牧阈蜻^(guò)電壓保護(hù)，本文提出了新的方法。在對(duì)于瞬態(tài)負(fù)序電流的分析的基礎(chǔ)上，可以知道，故障線路的負(fù)序電流比在任何配置的分支網(wǎng)絡(luò)和中性點(diǎn)補(bǔ)償模式的健全線路要高的多。因此，基本的零序過(guò)電壓保護(hù)采用了自適應(yīng)反相延遲的特性。通過(guò)乘以模最大并且設(shè)置了補(bǔ)償電抗器的線路的負(fù)序電流得到補(bǔ)償電壓，然后結(jié)合零序電壓的幅度組成了復(fù)合補(bǔ)償電壓。利用該補(bǔ)償電壓修改反向限延時(shí)特性。通過(guò)這種手段，

2、零序過(guò)電壓保護(hù)具有自適應(yīng)的選擇性。該方法通過(guò)理論分析和仿真結(jié)果已經(jīng)被證實(shí)為有效的。關(guān)鍵詞：非直接接地系統(tǒng)；故障線路選擇；自適應(yīng)零序過(guò)電壓；負(fù)序電流補(bǔ)償引言作為分支網(wǎng)絡(luò)的中性點(diǎn)是非直接接地的，發(fā)生單相接地故障時(shí)故障電流非常低。因此，這種電力系統(tǒng)被稱為中性非直接接地系統(tǒng)1。低故障電流在短時(shí)間內(nèi)不會(huì)對(duì)供電設(shè)備造成嚴(yán)重危害，但另一方面，它也會(huì)導(dǎo)致一種致命的后果，如果不及時(shí)的隔離出故障線路。檢測(cè)和隔離故障饋線對(duì)于配電自動(dòng)化和供電可靠性是非常重要的2 3。盡管研究人員已經(jīng)在單相接地故障檢測(cè)等方面有許多經(jīng)驗(yàn)，但是準(zhǔn)確識(shí)別故障線路仍需要進(jìn)行深入研究，在中壓電網(wǎng)中這始終是一個(gè)爭(zhēng)議的話題（特別是在故障電阻不能忽略

3、不計(jì)的情況下）。為了提高配電自動(dòng)化的水平，提出了一些基于幅度或相位比較的方法，但這些方法有一些缺點(diǎn)，如接線復(fù)雜；在野外作業(yè)時(shí)可靠性低。隨著小波分析和其他新的信號(hào)處理工具的出現(xiàn)，基于特定頻段上的瞬態(tài)電流的一些方法被用來(lái)檢測(cè)故障線路4。然而，當(dāng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，瞬態(tài)電流的頻率成分的影響因素有很多，尤其是故障發(fā)生在中性點(diǎn)是通過(guò)諧振線圈接地的網(wǎng)絡(luò)。這些方法還需要通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)證明。通過(guò)分析負(fù)序電流在單相接地故障的情況下的分布，參考文獻(xiàn)5提出了一系列關(guān)于負(fù)序電流的新的保護(hù)原則。這些原則提供了一個(gè)新的思路來(lái)實(shí)現(xiàn)基于在線測(cè)量的線路保護(hù)。但是，這些原則在具體實(shí)施時(shí)有以下一些問(wèn)題：對(duì)于負(fù)序過(guò)電流保護(hù)，設(shè)定值必須

4、比最大正常工作線路的負(fù)序電流要大，所以保護(hù)設(shè)置是非常困難的，因?yàn)榫€路負(fù)荷是彼此不同的，從而導(dǎo)致了保護(hù)的靈敏度低。作為負(fù)序方向的保護(hù)，需要系統(tǒng)的負(fù)序電流以及故障相電壓的相位，但系統(tǒng)的負(fù)序電流是很難獲得的，對(duì)于固體接地故障，故障相電壓接近為零。此外，當(dāng)電弧抑制線圈設(shè)置在諧振狀態(tài)時(shí)，故障線路電流為零。在這種情況下，負(fù)序電流也幾乎為零，因?yàn)樗侨种坏目偣收想娏?。?jù)了解，由于PT和CT的線性范圍的限制，ADC的精度以及其他的原因，零電壓（電流）或低電壓（電流）的相位是很難被精確地測(cè)量的。因此，這兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)有一定的局限性。通過(guò)使用故障相電壓和分支電路負(fù)序瞬時(shí)功率可以彌補(bǔ)上述兩個(gè)條件的短缺，但這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的制

5、定工作相對(duì)困難。參考文獻(xiàn)6提出了接地故障保護(hù)方案，當(dāng)基頻零序電流的幅值和負(fù)序基波頻率電流的幅值大于根據(jù)準(zhǔn)確工作電流設(shè)置的固定閾值時(shí)，接地故障保護(hù)就開始工作。在這個(gè)方案中，由于其具有反時(shí)限延時(shí)特性，接地故障保護(hù)有一定的適應(yīng)性。但是如果電弧抑制線圈工作于諧振狀態(tài)的附近，分布式的負(fù)序電流將遠(yuǎn)小于準(zhǔn)確的工作電流，保護(hù)的靈敏度將減小或者不足。撤消修改此外，由于實(shí)際的系統(tǒng)在不同的補(bǔ)償模式下具有不同的零序和負(fù)序電流，固定的設(shè)置值不能滿足實(shí)際系統(tǒng)的要求。因此，基于負(fù)序的單相接地故障保護(hù)需要大量的研究，以適應(yīng)不同的操作模式和故障模式。為了解決上述問(wèn)題，基于瞬態(tài)負(fù)序電流補(bǔ)償?shù)木€路故障檢測(cè)在這項(xiàng)研究中提出了一個(gè)自適

6、應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)。負(fù)序電流自適應(yīng)補(bǔ)償?shù)牧阈蜻^(guò)電壓保護(hù)從故障點(diǎn)產(chǎn)生的負(fù)序電流流向源和母線7。在母線的電流將會(huì)重新分配，然后分別流向源和支路。在分支網(wǎng)絡(luò)中，由于各支路線路的負(fù)荷相對(duì)較輕以及大部分的分支網(wǎng)絡(luò)是輻射狀結(jié)構(gòu)，源的等效負(fù)序阻抗非常小，各支路線路的負(fù)序阻抗很大。當(dāng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，大部分的負(fù)序電流都是由故障點(diǎn)產(chǎn)生的，電流由源流向故障點(diǎn)，只有很少一部分的負(fù)序電流流過(guò)正常工作支路。換句話說(shuō)，故障線路的負(fù)序電流的幅值最高。因此，我們可以通過(guò)比較每條支路的負(fù)序電流的幅值來(lái)找出故障饋線。但是這種方法很難與線路保護(hù)相結(jié)合。此外，這種方法是可取的，在嚴(yán)重故障（金屬接地故障）時(shí)它可以用來(lái)迅速的跳閘，而且適當(dāng)?shù)臅r(shí)間

7、延遲保證了在輕微故障情況下的選擇性。顯然，零序電壓完全適合于作此用途。反時(shí)限延時(shí)特性（如圖1所示)可以被應(yīng)用于實(shí)現(xiàn)上述目的。（注： 圖1 零序過(guò)電壓保護(hù)的反時(shí)限延時(shí)特性）根據(jù)圖 1可得，零序電壓超過(guò)閾值時(shí)，保護(hù)的跳閘特性如曲線1所示，曲線1表示為： 是零序過(guò)電壓保護(hù)的設(shè)定值；是被測(cè)參數(shù)；參數(shù),是根據(jù)以下原則確定：首先，的情況下，跳閘時(shí)間應(yīng)該是60s。其次，時(shí)，跳閘時(shí)間應(yīng)該是5s。第三，時(shí)，跳閘時(shí)間是等于5s。從理論上說(shuō)，的情況是不可能發(fā)生的。然而，一般來(lái)說(shuō)閾值是根據(jù)額定電壓來(lái)設(shè)置的。在這種情況下，分支網(wǎng)絡(luò)的負(fù)載較輕時(shí)，相電壓可能比額定電壓要高。在本文中，我們假設(shè)等于，曲線1就是根據(jù)這一假設(shè)擬定

8、的。根據(jù)上述原則，和可分別確定為16.824和0.552。只要單相故障發(fā)生，各線路的保護(hù)就會(huì)檢測(cè)出相同的零序電壓。可以定義和使用補(bǔ)償電壓，來(lái)達(dá)到保護(hù)的選擇性，如下： 是負(fù)序電流的大小，是補(bǔ)償電抗。所有連接到相同的母線的線路都有相同的補(bǔ)償電抗器。稱為預(yù)補(bǔ)償電壓?；谏鲜龇治?，預(yù)補(bǔ)償?shù)墓收暇€路電壓大大高于正常工作的線路，所以我們可以使用補(bǔ)償電壓以確保保護(hù)的選擇性?；谶@一執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)，復(fù)合補(bǔ)償電壓和補(bǔ)償系數(shù)定義如下：顯然，故障線路的補(bǔ)償系數(shù)小于正常工作線路。我們可以使用修訂的標(biāo)準(zhǔn)反時(shí)限延時(shí)特性中定義的補(bǔ)償系數(shù)：如圖1中曲線2所示，具有相同零序電壓的線路，補(bǔ)償系數(shù)較大的線路跳閘時(shí)間就會(huì)比較長(zhǎng)。相應(yīng)地，補(bǔ)

9、償系數(shù)較小的線路跳閘時(shí)間也較短，如圖1中曲線3所示。因此，故障線路的保護(hù)肯定會(huì)首先跳閘。故障線路正確分離后，故障就會(huì)消失，所有正常工作線路的保護(hù)將會(huì)重置。此外，故障電流和零序電壓越大，線路保護(hù)的跳閘也會(huì)越迅速。按照這樣說(shuō)，這種保護(hù)是適用的。 根據(jù)上述分析，發(fā)生單相接地故障時(shí)，各線路的穩(wěn)定負(fù)序電流非常低。如果低電流沒(méi)有辦法識(shí)別，基于穩(wěn)定負(fù)序電流的保護(hù)就可能失去了選擇性。因此，我們可以使用瞬態(tài)負(fù)序電流，如補(bǔ)償模式。瞬態(tài)負(fù)序電流的采樣序列可以表示如下：其中k是最新的采樣系數(shù)，N是每個(gè)周期的采樣數(shù)，、分別為A、B、C三相的相電流。在高頻瞬時(shí)狀態(tài)下，滅弧線圈的補(bǔ)償功能可能會(huì)被忽略。但是故障線路很有可能會(huì)

10、有很大的瞬時(shí)電流，并且分布在負(fù)序網(wǎng)絡(luò)中。該瞬態(tài)過(guò)程可以看做是一個(gè)復(fù)雜的波過(guò)程。在波過(guò)程的初始階段，故障線路的入射波會(huì)前往母線和傳輸?shù)较到y(tǒng)和正常工作的線路，故障線路的幅值和極性與正常工作的線路都是不同的。故障線路中波的幅度最高，并且其極性與正常工作線路相反。事實(shí)上，經(jīng)過(guò)多次反射、折射和疊加后，除了最初的入射波，其他的是很難得到極性信息的。但是初始的入射波的極性信息是不記錄的。通常在繼電保護(hù)中的采樣率較低，因此對(duì)于單相接地故障，極性信息是沒(méi)有什么用的。在這個(gè)瞬時(shí)過(guò)程中，連續(xù)波的大小是由最初的波決定的。因此，即使在高頻振蕩過(guò)程中，負(fù)序的大小信息也是可靠的。所以建議使用這種基于補(bǔ)償?shù)男碌淖赃m應(yīng)保護(hù)方案

11、。故障（零序過(guò)電壓）發(fā)生后，可以檢測(cè)每條線路的三相電壓和三相電流，并將負(fù)序電流和零序電壓記錄在一個(gè)時(shí)間窗口（4周期）中。然后可以計(jì)算出基波零序電壓的大小。應(yīng)將負(fù)序電流的最大采樣值代入（2）來(lái)計(jì)算出補(bǔ)償電壓。時(shí)間窗口應(yīng)該包含負(fù)序電流最大的時(shí)刻。仿真結(jié)果表明，在故障后的第一或第二周期獲得負(fù)序電流的最大值是可行的，所以本文中適當(dāng)?shù)臅r(shí)間窗口是四個(gè)周期。與基于基波分量的保護(hù)相比，基于最大瞬時(shí)負(fù)序電流的保護(hù)是不依賴于的高精度的CT（電流互感器）。在數(shù)字化保護(hù)，如果線路只有兩相有CT以及一個(gè)零序CT，零序電流與兩相電流可以計(jì)算出負(fù)序電流。通常相CT在額定工作點(diǎn)測(cè)量相電流，因此，補(bǔ)償電流高于穩(wěn)定工作電流，并且

12、測(cè)量范圍更大。即使實(shí)際的負(fù)序電流非常低，該系統(tǒng)的測(cè)量精度依然很高。設(shè)置多大的補(bǔ)償電抗器并不是很重要，只要所有線路都有相同的固定值。根據(jù)理論分析和仿真結(jié)果得出，高頻瞬時(shí)負(fù)序電流與零序暫態(tài)電流的大小相類似。因此，我們可以將零序容抗器視為補(bǔ)償電抗器參數(shù)來(lái)設(shè)置。仿真結(jié)果證明，此設(shè)定值可以是適用于識(shí)別不同的工作條件下的各種故障。仿真實(shí)驗(yàn)為了驗(yàn)證該算法，我們使用EMTP軟件設(shè)立了分支網(wǎng)絡(luò)，如圖2所示。相應(yīng)的系統(tǒng)參數(shù)如下：電源：110KV；負(fù)序阻抗：；變壓器：Y /連接，110kV/10.5kV；配電變壓器：10kV/6.3kV；線路：零序容性電抗；負(fù)載：。每條線路的長(zhǎng)度如圖2所示。（注： 圖2 中性點(diǎn)非直

13、接接地的10kV配電網(wǎng)）根據(jù)分支網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)可以得出，相電壓應(yīng)該是6kV，總線路的等效容性電抗是4244。在這種情況下，我們可以判斷出，電抗設(shè)置為4244，跳閘的閾值電壓是600V。在各種故障模式（如不同的故障位置，成立以來(lái)的角度，接地方式和故障電阻）進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，并且記錄下了數(shù)據(jù)。由于空間的限制，只顯示了一些數(shù)據(jù)（圖3）和波形（圖4）。典型的仿真方案：電弧抑制線圈運(yùn)作在過(guò)補(bǔ)償模式，這一比例為8；故障電抗等于；在線路1中，故障點(diǎn)和保護(hù)之間的距離是；故障相電壓的初始角為50度。在上述方案的條件下，每條線路的三個(gè)相電流都可以得到。憑借（6），可以計(jì)算出各線路的負(fù)序電流，并記錄在圖3。故障線路的負(fù)序電流

14、和零序電流之間的比較如圖4。此外，保護(hù)的測(cè)量和計(jì)算參數(shù)都列在表1的第一行。（注： 表1 在各種不同的補(bǔ)償方式和故障條件下的運(yùn)行情況）從圖3和表1可以得出，故障線路的最大負(fù)序電流明顯比正常工作線路要大。故障線路的跳閘時(shí)間是2.287s，正常工作線路的跳閘時(shí)間最快是4.117s。1.83s的時(shí)間差，可以保證斷路器有足夠的時(shí)間跳閘，隔離故障饋線。零序過(guò)電壓元件的復(fù)位確保了正常工作線路保護(hù)不跳閘。圖4表明，在故障初始階段的瞬態(tài)，零序和負(fù)序電流具有類似的可比關(guān)系。這證明，使用零序容性電抗取代瞬時(shí)負(fù)序電流的補(bǔ)償電抗器是合理的。(注： 圖3 線路1發(fā)生單相故障時(shí)，各線路的負(fù)序電流)（注： 圖4 線路1的負(fù)序電流和零序電流之間的比較）如表1所示，在諧振補(bǔ)償并且故障電阻為的情況下，故障線路和正常工作線路之間跳閘的最短的時(shí)間差是360ms，其他的時(shí)間差超過(guò)1s。如今，斷路器可以在幾十毫秒之內(nèi)跳閘。因此，360ms的時(shí)間差可以使保護(hù)有足夠的時(shí)間以提高選擇性。此外，為了突出時(shí)間差和提高選擇性，我們還可以調(diào)整反時(shí)限延時(shí)特性。當(dāng)母線發(fā)生故障時(shí)，可怕的是母線與地之間有非常高的電阻，不能確定任何正常工作線路的負(fù)序電流，導(dǎo)致補(bǔ)償失敗。結(jié)論 本文中指出，非直接接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，故障線路的瞬態(tài)負(fù)序電流大于正常工作線路。即使有很大的故