小电流接地系统接地选线研究.docx

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保密类别 编号

武汉大学珞珈学院

毕业论文

小电流接地系统选线研究

系别专业年级学号姓名指导老师

武汉大学珞珈学院

2014年5月18日

摘 要

我国的中低压配电网多采用小电流接地系统，因其在提高供电可靠性上具有得天独厚的优越性而得到广泛应用。

而此系统发生最多的是单相接地故障，所以如何快速准确地检测出故障线路一直是电力系统继电保护的重要研究课题，当小电流接地系统发生单相接地故障时，长时间的接地运行极易形成两点或接地短路，弧光接地还会引起全系统过电压，破坏系统的安全运行。

因此必须尽快选出接地线路。

本文论述电流接地系统单相接地故障的特点，分别分析了中性点不按地系统和经消弧线圈接地系统发生单相接地故障时的特征。

回顾了小电流接地系统单相接地选线保护的发展历史和国内外的各种保护原理和方案，详细分类讨论了目前现有的各种选线方法的理论依据和特点及其适用范围，由于当小电流接地系统发生接地故障后，在短时间内不影响对负荷的连续供电，因此，应该尽可能多的发掘和利用单相接地故障引起的尽可能多的电气特征将之有机综合，研究有效的复合选线方法，使其能够动态的自适应的根据接地故障具体情况进行选线，从而提高选线精度。

其次重点介绍了一种小电流接地系统单相接地选线与定位的新原理——“S注入法”，即在系统发生单相接地故障时，人为向系统注入一个特殊信号电流，再用寻迹原理进行选线定位.

关键词：

小电流接地系统 单相接地故障 选线 继电保护 消弧线圈 S注入法

II

ABSTRACT

PowersystemswithunearthedoracompensatedneutralarepopularinChina,whichcanimprovethereliabilityofpowersupply.Thesinglephasetoearthfaulthappensmostfrequentlyindistribution,thushowtodetectthefaultlinequicklyandaccuratelyisanimportantsubjectinelectronicpowersystemprotectiverelaying.Whensingle—phasetoearthfaultoccurs,itdoesn'tformashortcircuit.Thefaultcomponentissmall,phase—to—phasevoltagekeepssymmetrical,soitneedn'ttripimmediatelyandkeepoperatingforoneortwohours.Long—timeearthingoperation,however,willdestroythesystematicsafeoperationastheresultoftwo—point,moreseriously,multipointearthingaswellasthesystematicovervoltagecausedbyarclight.Thushowtodetectthefaultlinequicklyandaccuratelyisanimportantsubject

inpowersystemprotection,whichhasnotbeensolvedcompletely.

Thispaperpresentsthecharacteristicsofsinglephase—to—earthfaultinsmallcurrentneutralgroundingsystemandreviewsthedevelopinghistoryoftherelayabouttheselectionofsinglephase-to-earthfault1ineinsmallcurrentneutralgroundingsystemallovertheworld,aswellastraitsandrestrictionsofvariousselectingcriteriaareanalyzedindetail.However,theoreticalanalysisandoperatingexperiencesindicatethateachcriterionhaslimitsandshortages,noonecanselectthefaultlinecorrectlyinallkindsofconditions.Then,itintroducesanewtypeof

principleabouttheselectionoffauIt1ineandthelocationoffaultpointinthissystem--thespecialsignalinjectionmethod.

Keyword：

Smallcurrentneutralgroundingsystemsinglephase—to—earthFaultselectionoffaultlineprotectiverelayingarcsuppressingcoilsspecialsignalinjectionmethod

III

目 录

第一章小电流接地系统单相接地故障选线研究现状

1.1国外研究概况 1

1.2国内研究现状 1

第二章 小电流接地系统分析

2.1小电流接地方式的主要特点 3

2.2小电流接地系统三种接地方式介绍 3

2.2.1中性点不接地方式 3

2.2.2中性点经消弧线圈接地方式 5

2.2.3中性点经高阻接地方式 7

2.3小电流单相接地故障的判断与分析 8

第三章各种单相接地选线保护方案

3.1利用接地故障暂态特征分量的选线方案 9

3.2利用接地故障稳态特征分量的选线方案 10

3.3利用其它特征量的选线方案 14

第四章 电流接地系统单相接地故障过程分析

4.1小电流接地系统单相接地故障时的稳态量分析 16

4.1.1单条线路网络 16

4.1.2多条线路网络 17

4.2小电流接地系统单相接地故障时的暂态量分析 19

第五章 “S注入法”单相接地选线保护

5.1“S注入法”选线原理 22

5.2“S注入法”定位原理 23

5.3S注入法的应用情况 24

5.4基于“s注入法”及其Matlab仿真 24

5.4.1接地过渡电阻为100W时的仿真 25

5.4.2接地过渡电阻为1KW时的仿真 27

结 论 31

武汉大学珞珈学院本科毕业论文

第一章小电流接地系统单相接地故障选线研究现状

1.1国外研究概况[1]

国外对小电流接地系统的应用及研究十分广泛。

在前苏联，二十世纪以来小电流接地系统应用较多，主要采用中性点不接地和经消弧线圈接地方式，保护主要采用零序功率方向原理和首半波原理。

其选线原理较为简单，不接地系统主要采用功率方向继电器。

在日本，小电流接地系统在供电、钢铁、化工用电中应用比较普遍，多为中性点不接地或经有效电阻接地系统，但电阻接地方式居多。

因此，选线原理也比较简单，采用了基波无功方向继电器。

在美国，由于其电网中性点主要采用电阻接地方式，也利用零序过电流保护瞬间切除故障线路。

小电流接地系统中单相接地保护被认为是难以实现的，而且引起的过电压非常严重。

因此，他们一般不采用小电流接地系统而宁愿在供电网络上多投资以保证供电的可靠性。

但是近年来，在IEEE的专题报告上也认为应当加强小电流接地系统保护的研究。

三十年代德国首次提出利用零序电流的首半波极性来判断接地线路，相继有多篇论文发表，并有几代产品问世。

现在，他们又研制出一种便携带式接地报警装置。

而挪威一家公司则利用测量空间电场和磁场的相位，反应零序电流和零序电压的相位，研制出悬挂式接地指示器，分段悬挂在线路和分叉点上。

上世纪90年代以来，随着法国，波兰等欧洲国家逐渐将中压电网由中性点经低阻接地方式改为谐振接地方式，对小电流接地保护装置进行了许多研究和现场实验。

如应用有功电流法，法国电力公司（EDF）开发出DESIR保护装置。

应用零序导纳法，波兰有公司研制了导纳接地保护装置，已在国内推广应用，到

1996年为止，已有多套投入中压电网运行。

1.2国内研究现状

在我国，6～35KV配电网系统常采用小电流接地系统，其中大多数是中性点不接地系统或经消弧线圈接地系统。

接地选线方案也从最初的零序电流保护发展到零序无功方向保护，从基波方案发展到五次谐波方案，以及利用首半波极性方案，并先后推出几代产品。

最早出现的小电流接地系统保护装置是绝缘监视装置，从20世纪五十年代就开始对接地保护原理和装置的研究，研制出了根据接地电流的首半波极性进行选线定位的小电流接地系统的保护装置和利用零序电流五次谐波原理的接地选线装置。

七十年代后期，上海继电器厂和许昌继电器厂等单位研制出一批具有选择性的接地信号装置，如适应中性点不接地系统的ZD-4型零序功率方向保护和适用于中性点经消弧线圈接地系统的ZD-5，ZD-6，ZD-7型五次谐波零序功率方向保护装置等。

八十年代中期以来随着微机的应用和推广，我国又相继研制出一批微机型接地选线装置，随之也出现了适合微机实现的选线理论，其中有南京自动化研究院的利用比较零序电流五次谐波的大小和方向的小电流接地系统单相接地选线装置：

东北电力学院研制出通过无线电接收谐波电流，利用

32

比相原理而实现的单相接地选线装置；山东大学（原山东工业大学）研制出的基于零序电流群体比幅原理的单相接地选线装置；华北电力学院研制出的基于群体比幅比相原理的MLl型以及利用零序电流五次谐波比相原理的MLA-98型小电流接地选线装置；话安交通大学则提出了利用零序电流的3，5，7次谐波分量之和的相对比较法和自适应独立判别法进行选线的原理等等。

九十年代至今，又先后推出了基于“有功功率法”，“S注入法”，“小波分析法”，“接地残留增量法”等原理的新型选线装置，并且分析故障暂态特征，应用DSP技术的基于小波理论的选线装置也已产生。

第二章 小电流接地系统分析

2.1小电流接地方式的主要特点

在我国6～35kV电力系统中普遍采用中性点不接地或经消弧线圈接地的小电流接地系统方式，当系统发生单相接地故障时，由于不能构成低阻抗短路回路，接地故障电流往往很小，系统线电压的对称性并不遭到破坏，系统还可继续运行一段时间，规程规定一般为l～2h，为防止系统事故扩大，在接地运行的这段时间里必须设法排除接地点。

该接地方式的主要特点：

（1）、电流信号很小

小电流系统单相接地时产生的零序电流是系统电容电流，其大小与系统规模大小和线路类型（电缆或架空线）有关，数值甚小。

对于10kV架空线路