高次谐波接地选线保护软件研究及仿真设计毕业设计.docx

高次谐波接地选线保护软件研究及仿真设计毕业设计.docx

《高次谐波接地选线保护软件研究及仿真设计毕业设计.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《高次谐波接地选线保护软件研究及仿真设计毕业设计.docx（61页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

高次谐波接地选线保护软件研究及仿真设计毕业设计

毕业设计　　

高次谐波接地选线保护软件研究及仿真设计

摘要

我国配网普遍采用小电流接地方式，配网单相接地故障占配网故障的80%左右。

要想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。

本次设计在对小电流不接地系统中单相接地故障的特点进行详细分析的基础上,运用高次谐波法，通过比较各个线路的零序电流及零序电压，选出故障线路;比较故障线路的各相电流、电压选出故障相。

从而达到正确选线的目的。

本次设计通过MATLAB建立仿真模型，VB虚拟仿真平台的应用,对不同情况进行模拟仿真，采用高次谐波接地选线方法，进行正确选线。

关键词：

小电流接地系统；单相接地故障；高次谐波；MATLAB仿真软件；VB虚拟仿真平台

FaultLineSelectionforSmallCurrentNeutralGroundingSystembasedonthehighHarmonicCurrentMutationinDistributionSystem

Abstract

InChina，theindirectlyearthedpowersystemarecommonlyusedindistributionnetwork.Andsingle-phaseearthfaultaccountedforabout80%ofallthefailuresindistributionnetwork.Towanttoquicklydetectaccuratelythefaultlinepowersystemprotectionisalwaystheimportantresearchsubject.

Inthedesigninthesmallcurrentgroundingsystemarenotone-phasegroundfaultcharacteristicsofdetailonthebasisofanalysis,applyhightimeharmonicmethod,throughthecomparisonofeachlinezerosequencecurrentandzerosequencevoltage,andselectafaultline;Comparisonofthefaultlinethree-phase,voltageelectedfaultphases.Soastoachievethepurposeofthecorrectroute.

ThisdesignbyMATLABsimulationmodelisestablished,andtheapplicationofthevirtualsimulationplatformVisualBasic，differentconditionsforsimulation,usinghighharmonicearthingselection,properroute.

Keyword：

smallcurrentneutralgroundingsystem;single-line-to-ground;thehighharmoniccurrent;MATLABsimulation;VisualBasicprogram

1绪论

1.1课题内容及意义

我国电力系统中性点接地方式有两种，分别是中性点直接接地方式和中性点非直接接地方式。

110kV及以上电网采用中性点直接接地方式，在这种系统中，发生单相接地时，短路电流很大，故称大电流接地系统。

电压等级在110kV以下、6kV以上的中低压配电网络中，其中性点接地方式主要为非直接接地方式，即不接地或者经过消弧线圈接地，这样的系统一般称为小电流接地系统。

小电流接地系统直接面向用户。

根据电力运行部门统计，其发生单相接地故障的几率最高，可占总故障的80%左右，这时供电仍能保证线电压的对称性，且故障电流较小，不影响对负荷连续供电，故不必立即跳闸，规程规定可以连续运行1至2小时。

尤其在瞬时故障下，短路点可以自行灭弧，恢复绝缘，不需要运行人员采取什么措施，这对于减少用户短时停电次数具有积极意义。

但是，随着配电网的迅速发展，电网中电缆线路的比例上升，缆线混合线路越来越多，系统线路也增多，系统单相接地故障电流增大，长时间运行就容易使故障扩大成两点或者多点接地短路，弧光接地还会引起全系统过电压，进而损坏设备，破坏系统安全运行，所以运行人员必须及时查明故障线路，以便采取相应对策解除故障，恢复系统正常运行。

由于该种故障造成的故障电流很小，不易检测，尤其是对于中性点经消弧线圈接地的系统难以准确选出故障设备，因此，小电流接地系统中发生单相接地故障时如何正确选择故障线路，一直是继电保护领域里的一个研究方向。

目前系统中采用的小电流接地选线方法主要有：

高次谐波法、暂态分量法、能量法、有功分量法等。

通过本课题的研究，在了解小电流接地系统中单相接地故障的特点基础上，以高次谐波接地选线作为研究对象，研究这种保护的原理、特点及相应微机保护的算法，利用虚拟现实技术设计开发出高次谐波接地选线保护装置虚拟仿真平台并进行运行仿真调试。

通过本课题的毕业设计使我们对所学专业知识进行综合应用，以提高分析问题和解决问题的能力

1.2小电流接地系统接地选线保护现状及发展趋势

在前苏联，小接地电流系统得到了广泛应用，并对其保护原理和装置给予了很大重视，研制了几代装置，在供电和煤炭行业得到了应用，保护原理从零序过电流、无功方向发展到了群体比幅。

日本在供电、钢铁、化工用电中普遍采用中性点不接地或经电阻接地系统，选线原理简单，采用基波无功方向法。

近年来，在如何获取零序电流信号以及接地点分区段方面投入不少力量，采用光纤研制的架空线和电缆零序互感器试验成功。

德国多使用中性点经消弧线圈接地系统，并于20世纪30年代就提出了反映故障开始暂态过程的单相接地保护原理，研制了便携式接地报警装置。

法国使用中性点经电阻接地系统几十年后，现在正以中性点经消弧线圈接地系统取代中性点经电阻接地系统，同时开发了高新技术产品：

零序导纳接地保护。

20世纪九十年代初，国外已将人工神经网络原理应用于单相接地保护，并有文献提到应用专家系统方法，随着小波分析的出现和发展，国内外均有文献提及，利用小波分析良好的时频局部性，分析故障暂态电流的高频分量的方法。

我国从1958年起，就一直对小电流接地系统单相接地故障的选线问题进行研究，提出了多种选线方法，并开发了相应的装置。

20世纪50年代我国有根据首半波极性研制成功的接地保护装置和利用零序电流五次谐波研制成功的接地选线定位装置。

70年代后期，上海继电器厂和许昌继电器厂等单位研制生产了一批有选择性的接地信号装置，如反映中性点不接地系统零序功率方向保护ZD-4型保护，反映经消弧线圈接地系统5次谐波零序功率方向的ZD-5、ZD-6型保护。

有些运行部门还采用反映零序电流增大的零序电流保护来选线。

近几年来，随着微机在电力系统中的推广，相继又出现了一些微机型接地选线装置和适合微机实现的选线理论。

其中有南自研究院研制的微机小电流接地系统单相接地选线装置，其主要原理是比较线路零序电流5次谐波的大小和方向；华北电力大学利用零序电流的5次谐波比相原理研制的ML98型小电流接地系统单相接地微机选线装置。

到目前为止，基于不同选线理论已经先后推出了几代产品。

在实际应用中，对于中性点不接地系统采用比幅、比相原理选线可以达到很高的准确率。

但对于中性点经消弧线圈接地系统，基于稳态特征分量的选线效果就不很理想，所以此问题有必要进一步研究。

2几种常用接地选线保护基本原理及应用特点

2.1电力系统中性点接地方式及发生单相接地故障的特点

分析小电流系统单相接地时故障的运行状态，其非正常运行状态的信息主要有2点：

故障线路流过的零序电流等于全系统的电容电流减去自身的电容电流，而非故障线路流过的零序电流仅仅是该线路的电容电流。

故障线路的零序电流是由线路流向母线，而非故障线路的零序电流是由母线流向线路，两者方向恰恰相反，或者说两者反相。

从小电流系统单相接地时与正常运行时，状态信息的不同看，故障线路的判定似乎非常容易，然而事实并非如此，其原因主要有以下四点：

（1）电容电流波形的不稳定

小电流系统的单相接地故障，常常是间歇性的弧光接地，因而电容电流波形不稳定，所以对应的谐波电流大小时刻在改变。

（2）信噪比小、干扰大

小电流系统中的干扰主要包括2方面：

一是在发电厂和变电站的小电流系统单相接地保护装置的装设地点，电磁干扰较大；二是由于负荷电流不平衡造成的零序电流和谐波电流较大，特别是当系统较小，对地电容电流较小时，接地回路的零序电流和谐波电流甚至小于非接地回路的对应电流。

（3）电流信号太小

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（架空线或电缆）有关，数值甚小，经中性点消弧线圈补偿后，其数值更小，且消弧线圈的三种补偿状态（过补偿、欠补偿、完全补偿）不同，接地

小电流接地选线新原理的研究及仿真软件设计基波电容电流的特点与无消弧线圈补偿时相反或相同，对于有消弧线圈的小电流系统采用5次谐波电流或零序电流有功功率方向检测，而5次谐波电流比零序电流又要小20～50倍。

（4）随机因素影响的不确定，我国配电网一般都是小电流系统，其运行方式改变非常频繁，造成变电站出线的长度和数量频繁改变，其电容电流和谐波电流也频繁改变；此外，母线电压水平的高低，负荷电流的大小总在不断地变化；故障点的接地电阻不确定等等。

这些都造成了故障电容电流和5次谐波电流的不稳定。

2.2小电流接地系统的零序电流及零序功率方向接地选线保护原理及特点

（1）零序电流原理：

假设图2-1中线路1的A相发生接地短路故障：

图2-1线路1的A相发生接地短路故障

线路Ⅰ的零序电流：

（2-1）

（2-2）

线路Ⅱ的零序电流：

（2-3）

（2-4）

由此可见，由故障线路流向母线的零序电流，其数值等于全系统非故障原件对地电容电流的总和（不包括故障线路）其容性无功功率的方向是由线路流向母线，与非故障线路上相反。

因此我们可以得出该原理是基于故障支路零序电流大于非故障支路零序电流的特点，区分出故障和非故障线路，从而构成有选择性的保护。

（2）零序功率方向原理：

零序功率方向保护原理是利用故障线路零序电流滞后零序电压，非故障线路零序电流超前零序电压的特点来实现的。

2.3小电流接地系统高次谐波接地选线保护原理及特点

高次谐波选线方法的基本原理是,如果线路零序电流中含有丰富的谐波成分,则比较所有线路零序电流谐波分量的相位。

故障线路零序电流相位应与正常线路零序电流反相,若所有线路零序电流同相,则为母线故障。

谐波选线方法采用有效的数字滤波手段,提取出能量最高的谐波频带范围,避免了提取单一谐波频率而导致的误差。

对于中性点不接地的系统中,由于消弧线圈的补偿作用,故障线路的零序电流不再有幅值最大、方向与其他线路相反的特点,所以基波流方向法不再有效，但是对于零序电流中的高次谐波,消弧线圈的补偿效果可以忽略,具有和中性点接不地中零序电流基波相同的特点,可以用来正确选线。

2.4小电流接地系统其它接地选线保护原理简介

（1）零序能量选线方法

小电流接地系统发生单相接地后,故障线路的零序电流的有功分量与正常线路极性相反,可以用这个特点进行选线。

由于有功分量的含量较小,