整理中性点直接接地的系统.docx

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整理中性点直接接地的系统

中性点直接接地的系统，发生单相接地故障时，接地短路电流很大，这种系统称为大电流接地系统。

一般110kv及以上的系统采用大电流接地系统。

中性点不接地或经消弧线圈接地的系统，发生单相接地故障时，由于不构成短路回路，接地短路电流比负荷电流小很多，这种系统称为小电流接地系统。

一般66kv及以下系统常采用这种系统1中性点不接地电网的接地保护电力电网小接地系统大部分为中性点不接地系统，而单相接地保护的变化已从传统接地保护发展到无人值守变电所配合综合自动化装置的接地保护、接地选线装置等，其保护目前主要有以下几种：

（1）系统接地绝缘监视装置：

绝缘监视装置是利用零序电压的有无来实现对不接地系统的监视。

将变电所母线电压互感器其中一个绕组接成星形，利用电压表监视各相对地电压，另一绕组接成开口三角形，接入过电压继电器，反应接地故障时出现的零序电压。

当发生单相接地故障时，开口三角形出现零序电压，过电压继电器动作，发出接地信号。

该保护只能实现监测出接地故障，并能通过三只电压表判别出接地的相别，但不能判别出是

哪条线路的接地。

要想判断故障线路，必须经拉线路试验，必将增加了对用户的停电次数。

且若发生两条线路以上接地故障时，将更难判别。

装置可能会因电压互感器的铁磁谐振、熔断器的接触不良、直流的接地、回路的接触不良而误发或拒发接地信号。

（2）零序电流保护：

零序电流保护是利用故障线路的零序电流比非故障线路零序电流大的特点来实现选择性的保护，如DD-11接地电流继电器和南自厂的RCS-955系列保护。

该保护一般安装在零序电流互感器的线路上，且出线较多的电网中更能保证它的灵敏度和选择性。

但由于零序电流互感器的误差，线路接线复杂，单相接地电容的大小、装置的误差、定值的误差、电缆的导电外皮等的漏电流等影响，发生单相接地故障线路零序电流二次反映不一定比非故障线路大，易发生误判断、误动。

（3）零序功率保护：

零序功率方向保护是利用非故障线路与故障线路的零序电流相差180°来实现有选择性的保

护。

如传统的零序功率方向继电器，无人值守综自所应用的如南瑞DSA113、119系列零序

功率方向保护。

零序功率方向保护没有死区，但对零序电压零序电流回路接线等要求比较高，对系统中有消弧线圈的需用五次谐波功率原理。

（4）小电流接地选线综合装置：

随着电力科技的发展，近年来小电流接地电力系统逐步应用了独立的小接地电流选线装置。

将小电流系统所有出线引入装置进行接地判断及选线，如华星公司的MLX系列。

MLX系列选线装置的原理是用电流（消弧线圈接地采用五次谐波）方向判断线路，选电流最大的三条线路在进行方向比较，从而解决了零序电流较小、各种装置LH误差、测量误差、电力电缆潜流、消弧线圈、电容充放电过程等影响，能正确判别或切除故障线路。

2接地保护安装调试注意事项

（1）在无选择性零序电压保护装置及零序功率方向保护装置中，电压互感器一次、二次中性点必须可靠接地，一次绕组中性点接地不仅是安全接地而且是工作接地。

若中性点接地不可靠，二次系统则不能正确反映一次系统发生接地故障时不平衡电压零序功率方向，因此开口三角形电压极性必须正确。

（2）在利用零序电流互感器（多为电缆出线）构成的接地保护装置中，当电网发生接地故障时，故障电流不仅可能经大地流动，而且也经电缆导电外皮和铠装流动。

因此，零序电流互感器上方电缆头保安接地线必须沿电缆方向穿过LH在线路侧接地（见图1）。

图1电缆头保安接地线图

零序互感器下方电缆皮接地则不需穿过零序互感器，避免形成短路环，电缆固定夹头与电缆外壳、接地线绝缘、零序电流互感器变比、极性误差应调整一致、正确，以减少互感误差。

（3）在经消弧线圈接地的电网单相接地保护通常利用反映谐波的电缆电容的五次谐波分量保护和暂态电流速动保护，其实现选择性较困难。

可在发现接地故障时投入有效电阻，以增加故障电流有功分量方法，利用零序电流保护、方向保护有选择地切除故障。

（4）在电容器自投切系统中，补偿电容器应接成中性点不接地Y或D接法。

发生接地后，三相负载仍保持对称运行，从而不影响零序电流，保证接地保护的灵敏性、正确性。

（5）在同一系统电缆线路和经电缆线路出线的架空线路中，它们单相接地电容电流大小存在差别，零序电流保护定值应充分考虑。

（6）利用三个电流互感器构成的零序电流滤过器，必须克服其不平衡电流的影响。

摘要故障定位是配电自动化的重要功能之一，由于单相接地故障是配电网中最常见的故障，研究单相接地故障定位方法对于减小停电范围、缩短停电时间及提高供电可靠性具有重要意义。

我国中低压配电网一般都采用中性点非直接接地方式，即中性点不接地或者经消弧线圈接地方式，单相接地故障时故障定位面临的主要困难是：

工频故障电流微弱与电弧不稳定，为此本文分析了小电流接地系统发生单相接地故障时电气量中暂态分量的特性，利用现有配电网自动化系统的设备条件，着重解决单相接地故障定位中的故障区段定位和故障点定位两个问题，本文的主要研究工作如下：

1．针对故障区段定位问题，提出一种综合区段定位方法。

该方法综合了两种具体的区段定

位方法：

基于特征频带的暂态零序电流方向比较法和零序电流有功分量幅值比较法，前者提

取首容性频带内暂态零序电流分量用于电流流向比较，适用于中性点经消弧线圈接地系统的强故障与中性点不接地系统的所有故障；后者通过比较各个检测点处零序电流有功分量大小选择故障区段，适用于中性点经消弧线圈接地系统发生弱故障的情况。

综合区段定位方法适合于各种故障类型，具有很高的灵敏度和准确性。

2．针对故障点定位问题，提出一种参数辨识法。

该方法采用集中参数的配网模型，在此模型基础上建立了单相接地故障的故障点定位时域方程，并利用暂态时域信息通过最小二乘优化算法来辨识出故障点位置。

该方法更充分地利用了单相接地故障时的暂态故障信息。

3．最后，提出了利用现有的配电自动化系统设备解决故障定位的实现方案：

首先利用综合区段定位方法进行故障区段定位，然后在故障区段内应用参数辨识法进行故障点定位。

4．仿真结果验证了以上方法的有效性和方案的可实现性。

关键词：

中性点非直接接地系统；暂态电流分量；故障区段定位；故障点定位；参数辨识论文类型：

应用研究小电流接地系统的接地保护主要有两种，一种是无选择性接地保护，一种是有选择性接地保护。

对于第一种，即无选择性接地保护，它基本上是利用小电流接地系统发生单相故障时，三相对地电压的变化来判断接地相别和接地程度，用所属母线电压互感器辅助绕组开口三角处的电压变化启动电压继电器来报警，告知运行人员进行人工查找的，这种保护对出线较少的小电流接地系统来说，比较适用，对于出线较多的系统来说，则多有不便，这时就应用有选择性的接地保护装置直接找出接地线路。

有选择性的小电流接地系统接地保护，很好地利用了系统发生接地时，接地故障电流的特点，实际了保护功能。

小电流接地系统发生接地故障时，非故障线路的保护流过的零序电流为该线路本身非故障相对地电容电流之和，，其方向从母线指向线路。

故障线路的保护通过的零序电流为所有非故障线路零序电流之和，其方向是从线路流向母线的。

零序电流保护是利用故障线路始端零序电流大的特点实现的有选择性的保护。

一般用在有条件安装零序电流互感器的线路上，且适用于出线较多的系统。

一般作用于信号，直接指出故障线路。

但有些无人值班变电站也有作用于跳闸的。

中性点升为相压，其他两相升为线压，三相平衡短时间内还可以带负荷没啥大影响

摘要故障定位是配电自动化的重要功能之一，由于单相接地故障是配电网中最常见的故障，研究单相接地故障定位方法对于减小停电范围、缩短停电时间及提高供电可靠性具有重要意义。

我国中低压配电网一般都采用中性点非直接接地方式，即中性点不接地或者经消弧线圈接地方式，单相接地故障时故障定位面临的主要困难是：

工频故障电流微弱与电弧不稳定，为此本文分析了小电流接地系统发生单相接地故障时电气量中暂态分量的特性，利用现有配电网自动化系统的设备条件，着重解决单相接地故障定位中的故障区段定位和故障点定位两个问题，本文的主要研究工作如下：

1．针对故障区段定位问题，提出一种综合区段定位方法。

该方法综合了两种具体的区段定位方法：

基于特征频带的暂态零序电流方向比较法和零序电流有功分量幅值比较法，前者提取首容性频带内暂态零序电流分量用于电流流向比较，适用于中性点经消弧线圈接地系统的强故障与中性点不接地系统的所有故障；后者通过比较各个检测点处零序电流有功分量大小选择故障区段，适用于中性点经消弧线圈接地系统发生弱故障的情况。

综合区段定位方法适合于各种故障类型，具有很高的灵敏度和准确性。

2．针对故障点定位问题，提出一种参数辨识法。

该方法采用集中参数的配网模型，在此模型基础上建立了单相接地故障的故障点定位时域方程，并利用暂态时域信息通过最小二乘优化算法来辨识出故障点位置。

该方法更充分地利用了单相接地故障时的暂态故障信息。

3．最后，提出了利用现有的配电自动化系统设备解决故障定位的实现方案：

首先利用综合区段定位方法进行故障区段定位，然后在故障区段内应用参数辨识法进行故障点定位。

4．仿真结果验证了以上方法的有效性和方案的可实现性。

关键词：

中性点非直接接地系统；暂态电流分量；故障区段定位；故障点定位；

参数辨识

论文类型：

应用研究

ABSTRACT

FaultLocationisanimportantfunctionofthedistributionautomationsystem.Becausesinglephasegroundingfaultisthemostfrequentlyhappenedfaultindistributionsystem,locationofsuchfaultiscrucialtoreduceoutagearea,shortenoutagetime,andthusupgradethereliability.

InChina,thenon-solidearthedneutral,i.e.isolatedorPetersencoilcompensatedneutral,iswidelyadoptedinmiddleandlowvoltagedistributionnetwork.Themostchallengingproblemencounteredinlocatingsinglephasegroundingfaultisthatthefaultcurrentisextremelyweakandthefaultarcisunstabletoo.Inthisthesis,thecharacteristicsofthetransientcurrentsinsinglephaseearthed

distributionnetworkwithnon-solidearthedneutralareanalyzed,andthemajorfocusesareonfaultsectionlocationaccuratefaultlocationonthebasisofthepresentsituationofdistributionautomationsystem.Themajorcontributionsareasfollows:

5.2Inthisthesis,anintegratedfaultsectionlocatingmethodisproposed.Theproposedmethodintegratestwofaultsectionlocatingmethod:

themethodcomparingthedirectionoftransientgroundmodecurrentcomponentinspecificfrequencyband,andthemethodcomparingtheamplitudeofactivecomponentinlowfrequencyband.Theformer,whichusesthetransientgroundmodecurrentcomponentsignalsinthefirstcapacitivebandtocomparethecurrentdirections,issuitableforobviousfaultincompensatednetworksandallkindsoffaultinisolatednetworks.Thelatter,whichlocatesthefaultsectionbycomparingtheamplitudeofactivecomponentofthezerosequencecurrent,issuitableforweakfaultincompensatednetworks.Theintegratedmethodissuitableforallkinds

Theasthemodel.

offaultandhashighsensitivityandaccuracy.

5.3Inthisthesis,amethodforaccuratefaultlocatingisproposed.methodemploysthefaultedphasenetworkandzero-sequencenetworkfaultlocationmodel,constructelocationequationsbasedonthis

Theaccuratefaultlocationisidentifiedusingtransientelectriccomponent.Transientfaultcomponentaremoreeffectivelyused.

5.4Finally,Aintegratedmethodforbothfaultsectionlocatingandaccuratefaultlocatingisrealizedindistributionautomationsystem:

firstlyfaultsectionisdeterminedusingintegratedfaultsectionlocatingmethod;secondlyaccuratefaultpositionisdeterminedusingParameterIdentificationmethod.

5.5SimulationexperimentswithEMTPanddataprocessingwithMATLABverifiedtheproposedmethod.

KEYWORDS:

Non-solidearthedneutralnetworks;Transientcurrentcomponent;Faultsectionlocation;Accuratefaultlocation;ParametersIdentification

TYPEOFTHESIS:

AppliedResearch

1绪论1

1.1课题背景及研究意义1

1.1.1单相接地故障的危害及其研究意义1

1.1.2配电自动化现状及其处理模式2

1单相接地故障定位的研究现状分析3

1.2.1监测定位法4

1.2.2故障分析法5

1.2.3信号注入法7

1.3本文的主要研究工作8

2小电流接地系统单相接地故障的特性分析9

2.1引言9

2.2故障零序电流分量分析9

1单相接地故障时稳态零序电流分量特征9

2.2.2零序电流暂态分量分析11

2.3区段的暂态零序电流特性分析16

2.3.1配电系统的结构16

2.3.2区段定位中的特征频带概念17

2.3.3特征频带上下限的确定19

2.3.4特征频带内暂态零序电流的分布特点21

3配电网中故障区段定位的综合区段定位方法23

3.1基于暂态零序特征电流分量方向的方法23

3.1.1暂态零序电流的分布特点23

3.1.2基本原理23

3.1.3故障区段判别方法24

3.1.4实现算法26

3.1.5算法评价与适用条件26

3.2零序电流有功分量幅值比较的方法27

3.2.1算法原理27

3.2.2有功分量幅值算法实现27

3.2.3故障区段具体判别方法27

1算法评价及适用条件28

3.3综合区段定位方法的实现28

2.EMTP仿真研究29

3.4.1EMTP仿真模型的建立29

3.4.2仿真实验及分析31

3.小结35

4配电网中故障点定位的参数辨识法36

4.1引言36

4.2参数辨识的理论基础36

1.参数辨识的基本概念36

4.2.2最小二乘优化算法的基本原理37

4.3故障点定位的参数辨识法38

4.3.1算法方程38

4.3.2该算法在测距中应用的分析40

4.3.3算法中使用的数学方法41

4.4EMTP仿真研究43

4.4.1仿真系统及参数43

4.4.2仿真条件43

4.4.3仿真实验结果及分析44

4.5本章小结45

5利用配电自动化系统实现故障定位的总体方案47

5.1实现故障定位的技术基础47

1.单相接地故障点定位总体方案的流程48

5.2.1启动模块和永久性故障判断模块48

5.2.2故障相判别模块48

5.2.3总体方案的基本流程49

5.3故障定位总体方案的例证50

6结论54

致谢55

参考文献56

声明单相接地故障的危害：

4.由于非故障相对地电压升高（完全接地时升至线电压值）系统中的绝缘薄弱点

可能击穿，造成短路故障；

5.故障点产生电弧，会烧坏设备并可能发展成相间短路故障;

6.故障点产生间歇性电弧时，在一定条件下产生串联谐振过电压，其值可达相电压的2.5—3倍，对系统绝缘危害很大。

单相接地故障的象征：

2.中央信号：

警铃响，“某千伏某段母线接地”光字牌亮，中性点经消弧线圈接

地系统，还有“消弧线圈动作”光字牌亮;

3.绝缘监察电压表指示：

故障相电压降低（不完全接地）或为零（完全接地），另两相电压升高，于相电压（不完全接地）或等于线电压（完全接地），稳定性

接地时电压表指针无摆动，若电压表不仃的摆动，则为间歇性接地;

4.中性点经消弧线圈接地系统，装有中性点位移电压表时，可看到有一定指示（不

完全接地）或指示为相电压值（完全接地时）消弧线圈的接地报警灯亮;

5.发生弧光接地时，产生过电压，非故障相电压很高电压互感器高压保险可能熔

断，甚至可能烧坏电压互感器。

真假接地的判断：

1.电压互感器一相高压保险熔断，报出接地信号。

发生该接地故障时，故障相对地电压降低，另两相升高，线电压不变。

而高压保险一相熔断时，对地电压一相

降低，另两相不会升高，线电压则会降低;

2.用变压器对空载母线充电时开关三相合闸不同期，三相对地电容不平衡，使中性点位移，三相电压不对称，报出接地信号。

这种情况只在操作时发生，只要检查母线及连接设备无异常，即可以判定，投入一条线路或投入一台站用变，即可

消失;

3.系统中三相参数不对称，消弧线圈的补偿度调整不当，有倒运行方式时，会报出接地信号。

此情况多发生在系统中有倒运行方式操作时，经汇报调度，在相互联系时，可以了解到可先恢复原运行方式，消弧线圈停电调分接头，然后投入，

重新倒运行方式;

4.在合空载母线时，可能激发铁磁谐振过电压，报出接地信息。

此情况也发生在

倒闸操作时，可立即送上一条线路，破坏谐振条件，消除谐振。

单相接地故障的处理：

①判明故障性质和相别并汇报调度;

②分网运行缩小范围

分网包括系统分网、运行和站内分网，应在调度统一指挥

下进行，应考虑各部分之间的功率平衡，急电保护的配合，消弧线圈的补偿度适

当；

③检查站内设备有无故障。

缩小范围后，应对故障范围以内的站内一次设备进行

外部检查。

主要检查各设备瓷质部分有无损伤、放电闪络，检查设备上有无落物，

小动物及外力破外现象，检查各引线有无断线接地，检查互感器；避雷器有无击

穿损坏等；

7.检查站内设备发现有故障的处理。

A、故障点可以用开关隔离的应汇报调度转移负荷后，断开开关，隔离故障，并

把故障设备各侧刀闸拉开，汇报上级，对故障设备进行检修。

B、故障点在母线上无法隔离的，故障母线应停电检修。

8.检查站内设备未发现问题的处理，汇报调度，用瞬停的方法，查出有故障的线路，依次短时断开故障所在线上各分路开关时，如果接地信号消失，绝缘监察电压表指示恢复正常，即可证明所瞬停的线路上有接地故障。

利用“瞬停法”查找接地故障的线路，一般顺序为：

A、空载线路。

B、双回路用户或有其他电源的线路。

C分支多，线路长，负荷小，不太重要用户的线路，故障几率高的线路。

D分支少，线路短，负荷较大，较重要用户的线路。

查出故障线路路后，对于一般不重要用户的线路，可停电并通知查线；对于重要用户的线路，可以转移负荷或通知用户做好停电准备后，再切除该线路，进行检修处理。

查找接地故障时的注意事项：

1、检查站内设备时，应穿绝缘靴，接触设备外壳，构架及操作时，应戴绝缘手

套。

2、当接地运行期时，应严密监视该设备的运行状况，防止其发热严重而烧坏，

注意高压保险是否熔断。

3、监视消弧线圈的运行状况。

消弧线圈有故障时，应先投入备用变压器，故障变压器停电后拉开消弧线圈刀闸。

严禁在有接地故障时，拉开消弧线圈刀闸。

4、系统带电接地故障运行，一般不得超过2h。

5、发现接地设备消弧线圈故障或严重异常，应立即断开故障线路。

6用“瞬停法”查找故障线路时，无论线路上有无故障，均应立即合上，瞬停时间应小于10S。

7、如在大风、雷雨天气系统频繁瞬时接地，可将不重要、易出现故障，分支多的线路停电10—20min,若观察不再出现瞬时接地，将风雨停后在试送电。

DKX-A系列小电流系统接地选线消谐装置

DKX-A系列小电流系统接地选线消谐装置是在当前国内市场上“消谐小电流接地选线装置”的基础

上加以升级改造而研制成的最新型产品。

该装置突岀解决了小电流接地系统发生铁磁谐振的问题，具有自动跟踪并消除谐振的功能；当小电流接地系统