基于暂态信息的中性点经消弧线圈接地配电系统单相接地选线--《重庆大学》2013年硕士论文
基于暂态信息的中性点经消弧线圈接地配电系统单相接地选线
【摘要】：随着配电系统向智能配电网的发展，对配电系统自动化提出了更高的要求。配电网的单相接地故障选线是实现配电网自动化控制的基础。然而当今配电网单相接地故障选线的效果并不理想。迄今为止，针对配电网单相接地故障选线的研究众多，主要分为针对已研究故障特征进行选线算法的研究及针对新故障特征的研究。本文主要研究内容为：
①从行波折反射基本原理出发，推导分析配电网发生单相接地故障时，暂态零序电流的初始行波特性。针对相关性分析法在缆线混合线路系统中单相接地故障选线无法应用的问题，将多分辨率奇异值分解引入到对零序电流初始行波波头的检测，以检测到的波头位置为基准，获得相关分析数据窗，运用pearson相关性分析法进行分析，得到故障测度数据，实现故障选线。通过在含缆线混合线路系统中不同情况下的故障选线验证，证明该方法的正确性。通过大量仿真算例，总结故障特征变化规律，为可靠应用选线算法给出相应建议。
②推导并给出含混合线路的中性点经消弧线圈接地系统发生单相接地时的选定频段及选定频段的确定方法。并针对仅含2回和含3回及以上馈线的中性点经消弧线圈接地系统，分别分析其在选定频段下故障特征的相同处与不同处。针对基于零序电流相位筛选的故障测度方法在2回线系统中无法应用的问题，寻求母线零序暂态电压作为比较参考量进行解决。本文运用多孔算法小波包提取暂态零序电压电流的选定频段。根据选定频段下的故障特征，提出运用选定频带内能量最大2回馈线暂态零序电流与暂态零序电压差分方向进行相位筛选测度的故障选线算法，分别针对2回线、3回线及4回线系统，论证该算法的正确性。通过大量算例分析，总结故障特征变化规律，为可靠应用选线算法给出相应建议。
【关键词】：
【学位授予单位】：重庆大学【学位级别】：硕士【学位授予年份】：2013【分类号】：TM862【目录】：
摘要3-4ABSTRACT4-81 绪论8-17 1.1 问题的提出及研究意义8 1.2 国内外研究现状8-15
1.2.1 基于稳态量的选线算法9-11
1.2.2 基于暂态量的选线算法11-12
1.2.3 现代信号处理技术在故障处理方面应用12-15
1.2.4 主动式选线方法15 1.3 本文主要研究内容15-172 谐振接地配电系统单相接地选线基础电路分析17-26 2.1 单相接地故障系统零序电流稳态分布分析17-21
2.1.1 中性点不接地系统故障电流分析17-19
2.1.2 谐振接地系统故障电流分析19-21 2.2 单相接地故障系统零序电流暂态分量分析21-24
2.2.1 暂态电容电流21-23
2.2.2 暂态电感电流23-24
2.2.3 暂态接地电流24 2.3 行波的折射与反射基本原理24-25 2.4 本章小结25-263 基于相关性分析的单相接地故障选线改进算法26-45 3.1 引言26 3.2 单相接地故障时暂态零序电流初始行波的分析26-28 3.3 相关分析故障选线的一般步骤28 3.4 基于改进相关性分析法的故障选线28-31
3.4.1 故障特征信号的选取28-29
3.4.2 运用多分辨率奇异值分解确定数据窗29-30
3.4.3 运用 pearson 积距相关系数法计算相关系数30-31 3.5 仿真分析31-44
3.5.1 仿真模型及参数设置31-33
3.5.2 基于改进相关性分析法的故障选线过程33-34
3.5.3 两种相关系数法选线结果的比较34-35
3.5.4 不同故障情况下的故障选线35-37
3.5.5 不同故障情况下零序电流初始行波特征分析37-44 3.6 本章小结44-454 基于混合线路系统选定频段的故障筛选选线研究45-64 4.1 引言45-46 4.2 含混合线路系统的选定频段及对应的故障特征分析46-50
4.2.1 含混合线路系统的选定频段46-48
4.2.2 选定频段下故障特征分析48-50 4.3 选线算法的原理50-53
4.3.1 故障筛选条件50
4.3.2 多孔算法小波包提取频段原理50-52
4.3.3 选线判据52-53 4.4 选线算法的实现53-54
4.4.1 多孔算法小波包提取频段53
4.4.2 故障选线的实现53-54 4.5 仿真分析54-63
4.5.1 仿真模型及参数设置54-55
4.5.2 2 回馈线系统选线效果55-57
4.5.3 3 回馈线系统选线效果57-60
4.5.4 4 回馈线系统选线效果60-63 4.6 本章小结63-645 结论与展望64-65致谢65-66参考文献66-71附录71 A. 作者在攻读硕士学位期间发表的论文目录71 B. 作者在攻读硕士学位期间申请的国家发明专利71 C. 作者在攻读硕士学位期间参加项目71
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京公网安备75号浅谈接地电容电流及其补偿容量计算_电工电气_中国百科网
浅谈接地电容电流及其补偿容量计算
    　　摘要：介绍了10KV中性点不接地系统中电容电流过大的危害及补偿原则，阐述了智能型自动补偿装置的组成及特点，给出了电容电流及补偿容量的计算方法。
　　关键词：电容电流　消弧线圈
　　1　前言
　　众所周知10kV中性点不接地系统(小电流接地系统)具有如下特点：当一相发生金属性接地故障时，接地相对地电位为零，其它两相对地电位比接地前升高&3倍，一般情况下，当发生单相金属性接地故障时，流过故障点的短路电流仅为全部线路接地电容电流之和其值并不大，发出接地信号，值班人员可在2小时内选择和排除接地故障，保证连续不间断供电。
　　2　单相接地电容电流的危害
　　当电网发展到一定规模，10kV出线总长度增加，对地电容较大时，单相接地电流就不容忽视。当单相接地电流超出允许值，接地电弧不易熄灭，易产生较高弧光间歇接地过电压，波及整个电网。单相接地电容电流过大的危害主要体现在五个方面：
　　1)弧光接地过电压危害
　　当电容电流过大，接地点电弧不能自行熄灭，出现间歇性电弧接地时，产生弧光接地过电压，这种过电压可达相电压的3-5倍或更高，它遍布于整个电网中，并且持续时间长，可达几小时，它不仅击穿电网中的绝缘薄弱环节，可使用电设备、电缆、变压器等绝缘老化，缩短使用寿命，而且对整个电网绝缘都有很大的危害。
　　2)造成接地点热破坏及接地网电压升高
　　单相接地电容电流过大，使接地点热效应增大，对电缆等设备造成热破坏，该电流流入接地网后由于接地电阻的原因，使整个接地电网电压升高，危害人身安全。
　　3)交流杂散电流危害
　　电容电流流入大地后，在大地中形成杂散电流，该电流可能产生火花，引燃可燃气体、煤尘爆炸等，可能造成雷管先期放炮，并且腐蚀水管，气管等金属设施。
　　4)接地电弧还会直接引起火灾,甚至直接引起可燃气体、煤尘爆炸。
　　5)配电网对地电容电流增大后，架空线路尤其是雷雨季节，因单相接地引起的短路跳闸事故占很大比例。
　　3 单相接地电容电流的补偿原则
　　我国的相关电力设计技术规程中规定，3～10kV的电力网单相接地故障电流大于30A时应装设消弧线圈。消弧线圈的作用是当电网发生单相接地故障后，提供一电感电流，补偿接地电容电流，使接地电流减小，也使得故障相接地电弧两端的恢复电压速度降低，达到熄灭电弧的目的。当消弧线圈正确调谐时，不仅可以有效的减少产生弧光接地过电压的机率，还可以有效的抑制过电压的辐值，同时也最大限度的减小了故障点热破坏作用及接地网的电压等。消弧线圈应接于系统中性点上。变电站主变压器10 kV侧采用的是三角形接线，10 kV系统是没有中性点的，解决的办法是将消弧线圈接在星形接线的10 kV站用接地变压器中性点上。这样，系统零序网络等效于由对地电容和消弧线圈构成的LC串联电路。
　　脱谐度决定了一是弧道中的残余电流;二是恢复电压上升到最大值的时间;三是恢复电压的上升速度，它是影响灭弧的主要因素。工程上用脱谐度V来描述调谐程度
　　V=(IC-IL)/IC
　　当V=0时，称为全补偿，当V&0时为欠补偿,V&0时为过补偿。从发挥消弧线圈的作用上来看，脱谐度的绝对值越小越好，最好是处于全补偿状态，即调至谐振点上。但是在电网正常运行时，小脱谐度的消弧线圈将产生各种谐振过电压。如10KV电网，当消弧线圈处于全补偿时，电网正常稳态运行情况下其中性点位移电压是未补偿电网的10-25倍，这就是通常所说的串联谐振过电压。除此之外，电网中各种操作(如大电机投入，断路器非同期合闸等)及电网发生其它故障时(如单相断线，断路器非全相合闸等)都可能产生危险的过电压，所以在电网正常运行时，或发生单相接地之外的其他故障时，小脱谐度的消弧线圈给电网带来的不是安全因素而是危害。综上所述，当电网发生单相接地故障时，希望消弧线圈的脱谐度越小越好，最好是全补偿。当电网正常运行时,希望消弧线圈的脱谐度越大越好，最好是退出运行。
　　4 智能型自动补偿装置的组成及特点
　　近年来人工调谐的老式消弧线圈已逐步被智能型自动调谐式接地补偿装置取代。
　　(1)智能型自动补偿装置一般包括Z型接地变压器、有载消弧线圈、阻尼电阻、中性点电压互感器、电流互感器以及微机自动调谐系统。
　　(2)智能型自动补偿装置的特点：
　　a)　采用微机控制器，使装置实现了智能化，不仅保障了装置动作的快速性和准确性，而且实现了手动与自动控制独立，自动控制部分如出现异常不会影响手动控制，手动控制也包括了档位指示，手动升降及档位到头、单相接地闭锁及升、降的互锁，保证了装置的可靠性和可控性。
　　b)　采用了多档位抽头，电动有载调压消弧线圈，为装置实现自动调谐创造条件。
　　c)　采用了特殊设计的高压非线性电阻与消弧线圈并联使用，对抑制铁磁谐振过电压，弧光过电压，欠补偿状态下的断线过电压和传递过电压等有明显效果。
　　d)　运行方式灵活。由于采取了降低中性点谐振过电压的措施，所以过补、欠补、全补方式都可以由用户自由选择。
　　e)　设有记忆和报警及信号通过接口远送等功能，为实现变电所无人值班创造了条件。
　　5 单相接地电容、接地变压器及消弧线圈容量计算
　　电网的电容电流，应包括有电气连接的所有架空线路、电缆线路、发电机、变压器以及母线和电器的电容电流，并应考虑5-10年的发展。
　　(1)电缆线路电容电流的估算计算方法：
　　Ic=0.1&UP &L (5-1)
　　式中：UP━电网线电压(kV)
　　L ━电缆长度(km)
　　(2)架空线电容电流的估算计算方法：
　　Ic= (2.7~3.3)&UP&L&10-3 (5-2)
　　式中：UP━电网线电压(kV)
　　L ━架空线长度(km)
　　2.7━系数，适用于无架空地线的线路
　　3.3━系数，适用于有架空地线的线路
　　同杆双回架空线电容电流为单回路的1.3~1.6倍。
　　(3) 变电所增加电容电流的计算见表1
　　(4)消弧线圈容量的计算
　　Q = K&Ic&UP/&3 (5-3)
　　式中：K & 系数，过补偿取1.35
　　Q & 消弧线圈容量，kVA
　　(5)消弧线圈容量及额定电流的选择
　　根据最大电容电流Ic，确定相应的消弧线圈容量及额定电流，使最大补偿电感电流满足要求。
　　(6)接地变压器容量选择
　　接地变除可带消弧圈外，兼作所用变。
　　式中：Q & 消弧线圈容量，kVA
　　S & 所变容量，kVA
　　Ф & 功率因素角
　　SJ & 接地变容量，kVA
　　6 结束语
　　(1)工程实际中应根据系统具体情况，选取适合的智能型自动补偿装置。首先，要根据系统电容电流大小来决定消弧线圈的补偿范围，即容量。如果消弧线圈在最大补偿电流档位运行，脱谐度仍大于5%，说明消弧线圈的容 量已不能满足要求。其次，要确定消弧线圈的调节步长，即分接头数。从理论上讲，最好是连续可调的消弧线圈。但由于技术方面的原因，使用带分接头的调匝式消弧线圈更为常见。
　　(2)两台接地变并列运行。通常一个变电站的两台接地变接在两段母线上，装置应对其并列和分列两种情况予以考虑。并列运行时应同时调节两台消弧线圈，取得适当补偿，并保证两个中性点的一致性。
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Copyright by ；All rights reserved.& & & 中性点直接接地系统 (包括经小接地的系统)发生单相接地故障时，接地短路电流很大，所以这种系统称为大电流接地系统。采用中性点不接地或经消弧线圈接地的系统，当某一相发生接地故障时，由于不能构成短路回路，接地故障电流往往比负荷电流小得多，所以这种系统称为小电流接地系统。
& & 大电流接地系统与小电流接地系统的划分标准是依据系统的零序电抗Xo与正序电抗X1的比值X0/X1。我国规定:凡是XoIX1-4一5的系统属于大接地电流系统，XaIX, &4一5的系统则属于小接地电流系统。
& & 二、 消弧线圈介绍。
& & 消弧线圈是一种带铁芯的电感线圈，应用在中性点接地系统中，当线路发生短路接地时，电流在30A以上的情况下，放电间隙产生的电压会升高2.5-3倍的，当中性点加装消弧线圈后，放电处电压在电感线圈阻尼作用下，得不到升高，从而减小了放电电流的大小，电流减小了，野就起到了消弧的作用。
& & 三、 消弧线圈安装位置。
& & 消弧线圈既不接在高压侧，也不接在低压侧，应该说是接在&本级电压侧&，也就是说，35KV的消弧线圈就接在35KV侧，10KV的消弧线圈就接在10KV侧，6KV的消弧线圈就接在6KV侧;35KV的消弧线圈解决不了10KV侧的问题。
& & 消弧线圈一般接在变压器二次侧中性点上;若电源变压器二次侧绕组为星型接线，则消弧线圈直接接在中性点上;若电源变压器二次侧绕组为角型接线，没有中性点，则消弧线圈不能直接接在中性点上，由此发明了&接地变压器&，人为制造出一个&中性点&然后再将消弧线圈接在接地变压器造成的中性点上。
& & 四、 消弧线圈补偿分类及运行方式。
& & (一)、补偿分类
& & 中性点装设消弧线圈的目的是利用消弧线圈的感性电流补偿接地故障的容性电流，使接地故障电流减少。通常这种补偿有三种不同的运行方式，即欠补偿、全补偿和过补偿。
& & (l)欠补偿。补偿后电感电流小于电容电流，或者说补偿的wL 大于线路1/3wC-，电网以欠补偿的方式运行。
& & (2)过补偿。补偿后电感电流大于电容电流，或者说补偿的感抗wL 小于线路容抗I /3 wCo，电网以过补偿的方式运行。
& & (3)全补偿。补偿后电感电流等于电容电流，或者说补偿的感抗wL等于线路容抗l/3wCo，电网以全补偿的方式运行。
& & (二)、运行方式，
& & 中性点经消弧线圈接地系统普遍采用过补偿运行方式。
& & 若中性点经消弧线圈接地系统采用全补偿，则无论不对称电压的大小如何，都将因发生串联共振而使消弧线圈感受到很高的电压。因此要避免全补偿方式，而采用过补偿或欠补偿方式。但实际上一般都采用过补偿运行方式，其主要原因如下:
& & (1)欠补偿电网发生故障时，容易出现数值很大的过电压。例如，当电网中因故障或其他原因而切除部分线路后，在欠补偿电网中就可能形成全补偿的运行方式而造成串联谐振，从而引起很高的中性点位移电压与过电压，在欠补偿电网中也会出现很大的中性点位移而危及绝缘。只要采用欠补偿的运行方式，这一缺点是无法避免的。
& & (2)欠补偿电网在正常运行时，如果三相不对称度较大，还有可能出现数值很大的铁磁谐振过电压。这种过电压是因欠补偿的消弧线圈 (它的.L & 1/.Co)和线路电容3C。发生铁磁谐振而引起。如采用过补偿的运行方式，就不会出现这种铁磁谐振现象。
& & (3)电力系统往往是不断发展和扩大的，电网的对地电容亦将随之增大。如果采用过补偿，原装的消弧线圈仍可以使用一段时期，至多由过补偿转变为欠补偿运行;但如果原来就采用欠补偿的运行方式，则系统一有发展就必须立即增加补偿容量。
& & (4)由于过补偿时流过接地点的是电感电流，熄弧后故障恢复速度较慢，因而接地电弧不易重燃。
& & (5)采用过补偿时，系统的降低只是使过补偿度暂时增大，这在正常运行时是毫无问题的;如果采用欠补偿，系统频率的降低将使之接近于全补偿，从而引起中性点位移电压的增大。
& & (三)、中性点经消弧线圈接地电网发生单相接地具有以下特征：
& & (1) 同中性点不接地电网一样，故障相对地电压为零，非故障相对地电压升高至线电压，出现零序电压，其大于等于电网正常运行时的相电压，同时也有零序电流。
& & (2) 消弧线圈两瑞的电压为零序电压，消弧线圈的电流IL通过接地故障点和故障线路的故障相，但不通过非故障线路。
& & (3)若系统采用完全补偿方式，则系统故障线路和非故障线路的零序电流都是本身的对地电容电流，电容电流的方向均为母线指向线路，因此无法利用稳态电流的大小和方向来判别故障。
& & (4)当系统采用过补偿方式时，流过故障线路的零序电流等于本线路对地电容电流和接地点残余电流之和，其方向和非故障线路的零序电流一样，仍然是由母线指向线路，且相位一致，因此也无法利用方向的不同来判别故障线路和非故障线路。
& & 五、 消弧线圈的维护操作及运行中发生故障及处理
& & (一)、维护操作规定：
& & 1、消弧线圈装置运行中从一台变压器的中性点切换到另一台时，必须先将消弧线圈断开后再切换。不得将两台变压器的中性点同时接到一台消弧线圈上。
& & 2、主变压器和消弧线圈装置一起停电时，应先拉开消弧线圈的隔离开关，再停主变，送电时相反。
& & 3、系统中发生单相接地时，禁止操作或手动调节该段母线上的消弧线圈，有人值守变电站应监视并记录下列数据：
& & 1). 接地变压器和消弧线圈运行情况。
& & 2). 阻尼箱运行情况。
& & 3). 微机器显示参数：电容电流、残流、脱谐度、中性点电压和电流、分接开关档位和分接开关动作次数等。
& & 4). 单相接地开始时间和结束时间。
& & 5). 单相接地线路及单相接地原因。
& & 6). 天气状况。
& & 4、装置参数设定后应作记录，记录设定时间、设定值等，以便分析、查询。
& & 5、若巡视中发现下列情况之一时，应向调度和上级主管部门汇报。
& & 1). 消弧线圈在最高档位运行，过补偿情况下，而此时脱谐度大于5%(说明消弧线圈总容量裕度很小或没有裕度)。
& & 2). 中性点位移电压大于15%相电压。
& & 3). 消弧线圈、阻尼电阻箱、接地变压器有异常响声。
& & 6、手动调匝消弧线圈切换分接头的操作规定
& & 1). 按当值调度员下达的分接头位置切换消弧线圈分接头。
& & 2). 切换分接头前，应确认系统中没有接地故障，再用隔离开关断开消弧线圈，装设好接地线后，才可切换分接头，并测量直流电阻。
& & 3). 切换分接头后，应检查消弧线圈导通情况，合格后方可将消弧线圈投入运行。
& & 7、新设备冲击次数规定如下：变压器、消弧线圈、电抗器：5次。大修后设备冲击次数规定如下：更换了线圈的电力变压器(电抗器、消弧线圈)3次
& & 8、有下列情况之一时，禁止拉合消弧线圈与中性点之间的单相隔离开关：
& & 1).系统有单相接地现象出现，已听到消弧线圈的嗡嗡声。
& & 2).中性点位移电压大于15%相电压。
& & (二)消弧线圈故障及处理
& & 运行中常遇到得故障：
& & 1. 设备漏油，从油位指示器中看不到油位。
& & 2. 设备内部有放电声响。
& & 3. 一次导流部分接触不良，引起发热变色。
& & 4. 设备严重放电或瓷质部分有明显裂纹。
& & 5. 绝缘污秽严重，存在污闪可能。
& & 6. 阻尼电阻发热、烧毁或接地变压器温度异常升高。
& & 7. 设备的试验、油化验等主要指标超过相关规定，由试验人员判定不能继续运行。
& & 8. 消弧线圈本体或接地变压器外壳鼓包或开裂。
& & 9. 红外测量设备内部异常发热。
& & 10. 工作、保护接地失效。
& & 11. 瓷质部分有掉瓷现象，不影响继续运行。
& & 12. 充油设备油中有微量水分，游离碳呈淡黑色。
& & 13.二次回路绝缘下降，但不超过30%者。
& & 14. 若消弧线圈在最大补偿电流档位运行，而此时脱谐度大于5%。
& & 15. 中性点位移电压大于15%相电压。
& & 消弧线圈故障时的处理：
& & 1.中性点位移电压在相电压额定值的15%～30%之间，允许运行时间不超过1小时。
& & 2.中性点位移电压在相电压额定值的30%～100%之间，允许在事故时限内运行。
& & 3.发生单相接地必须及时排除，接地时限一般不超过2小时。
& & 发现消弧线圈、接地变压器、阻尼电阻发生下列情况之一时应立即停运。
& & 1)正常运行情况下，声响明显增大，内部有爆裂声。
& & 2)严重漏油或喷油，使油面下降到低于油位计的指示限度。
& & 3)套管有严重的破损和放电现象。
& & 4)冒烟着火。
& & 5)附近的设备着火、爆炸或发生其他情况，对成套装置构成严重威胁时。
& & 6)当发生危及成套装置安全的故障，而有关的保护装置拒动时。
& & 六、 结束语。
& & 消弧线圈是变电运行人员日常维护、操作的一次设备，在日常工作中由于操作少、平时带点而维护较少。本文对消弧线圈的原理、应用、故障及处理进行综合探讨。对广大运行人员增加了解有一定帮助。
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