谐振接地系统单相接地故障频谱特征分析.pdf

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1、第３６卷第６期Ｖｏｌ．３６Ｎｏ．６２０１２年３月２５日Ｍａｒ．２５，２０１２ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１０００－１０２６．２０１２．０６．０１４谐振接地系统单相接地故障频谱特征分析张海申１，２，何正友１，张钧１（１．西南交通大学电气工程学院，四川省成都市６１００３１；２．中铁第四勘察设计院集团有限公司，湖北省武汉市４３００６３）摘要：基于谐振接地系统单相接地故障暂态等值电路，从理论上详细分析了故障电阻变化时系统暂态特性的变化情况，得出在故障电阻较小时系统处于欠阻尼状态，随着故障电阻的增大，系统进入过阻尼状态，最后又过渡到另一种等值电路下的欠阻尼

2、状态。建立了含电缆线路的谐振接地系统模型，仿真分析了电缆线路的引入，以及故障初相角、故障距离、故障电阻变化时，暂态零序电流及其频谱特征的变化规律。仿真结果表明：电缆线路的引入将使暂态电流频谱主成分向低频段移动；故障电阻的大小对含电缆线路的谐振接地系统单相接地故障暂态电流频谱特征影响很大。关键词：谐振接地系统；暂态分量；频谱分析；特征频带；故障选线；配电网０引言鉴于目前暂态信号选线方案具有良好的应用前景以及电缆线路大量引入配电系统造成故障条件变中国配电网大多为小电流接地系统，其中经消化更加多元化的情况，本文结合理论分析与仿真建弧线圈接地方式（谐振接地）由于具

3、有减小短路电模方法对谐振接地系统发生单相接地故障后的暂态流、便于系统熄弧以及减小过电压危害等优势，在中过程以及暂态分量的频谱特征进行了详细分析，以低压配电系统中被广泛应用。但这种小电流接地系利于暂态信息的有效提取。［１］统会导致配电网故障零序电流减小，故障特征不易辨别，使得此类系统的继电保护和故障选线变得１单相接地等值回路更加困难。目前，已提出多种谐振接地系统故障选谐振接地系统发生单相接地瞬间，分析系统暂线方法，根据所用信号特征的不同可分为稳态法和［１２］态电流所用等值回路如图１所示。［２］暂态法两大类。暂态法依据故障零序电流的暂态分量远远大于稳态分量的特

4、点，具有更高的可靠性。文献［３］利用小波模极大值提取故障后各馈线暂态行波信号的特征，判别故障馈线。文献［４－６］捕捉系统健全相暂态电流最集中的频带作为特征频带，通过比较特征频带内零序电流与零序电压的极性关系进行选线。文献［７－８］利用特征频带内故障相与健图１单相接地故障暂态等值回路全相电流暂态分量的幅值能量关系实现故障选线。Ｆｉｇ．１Ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔｃｉｒｃｕｉｔｏｆｓｉｎｇｌｅ－ｐｈａｓｅｇｒｏｕｎｄｉｎｇｆａｕｌｔ在特征频带的选取方面，文献［９］提出在中性点不接地系统中选定为０～１２５０Ｈｚ，在谐振接地系图中：Ｃ０为补偿电网的对地电容；Ｌ０为三相线

5、统中选定为１５６．２５～１２５０Ｈｚ。文献［６］采用能量路和电源、变压器等在零序回路中的等值电感；Ｒ０最大原则确定特征频带，分别给出了各线路特征频为零序回路中的等值电阻，其中包括故障点的接地带一致与不一致时的选线方案。然而，最能反映故电阻和弧道电阻；ＲＬ和Ｌ分别为消弧线圈的有功障特征的频带是随系统接线方式、故障模式的不同损耗电阻和电感；ｕ０为零序电源电压。［５，７］暂态接地电流由暂态电容电流与暂态电感电流而漂移不定的，与暂态信号的特征息息相关。目前，对各种故障条件下谐振接地系统暂态信号的叠加而成，分析电容电流的暂态特性时，在其自由振特征进行分析的研究很少［

6、１０－１１］。荡频率较高的前提下，考虑到ＬＬ，一般忽略Ｌ０和ＲＬ，将图１简化为图２。收稿日期：２０１１－０３－１７；修回日期：２０１１－０８－２４。国家自然科学基金资助项目（５０８７７０６８）。—７９—２０１２，３６（６）条馈线零序电流的暂态过程具有周期性的振荡及衰减特性，又因暂态电容电流的衰减时间常数τ与故Ｃ障电阻成反比，故此时暂态电容电流衰减速度与故障电阻成正比。２．２故障电阻较大时的暂态特性当故障点接地电阻增大到Ｒ０＞２槡Ｌ０／Ｃ０时，图２故障电阻较小时的暂态等值回路依据前述忽略消弧线圈支路时的等效电路，系统将Ｆｉｇ．２Ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔｃｉｒｃ

7、ｕｉｔｗｉｔｈｓｍａｌｌｆａｕｌｔｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ过渡到过阻尼状态，暂态电容电流将不存在振荡过程，而呈现非周期性的衰减特性。但是，仿真结果与根据图２可得微分方程式：此相悖，这是因为在零序电容充电速度放慢的情况ｔｄｉＣ１Ｒ０ｉＣ＋Ｌ０＋ｉＣｄｔ＝Ｕｍｓｉｎ（ωｔ＋φ）（１）下，不能忽略消弧线圈对Ｃ０的影响，但可忽略线路ｄｔＣ∫００自身Ｌ０及ＲＬ的作用。图１所示的单相接地故障对式（１）进行时域分析，可求出暂态电容电流分等值电路可看成是Ｌ与Ｃ０的直接并联，用图３所量。暂态电感电流可根据非线性电路的基本理论，［４］示电路等效。由暂态过程中消弧线圈的铁芯磁通表达

8、式导出。暂［１２］态接地电流为：ｉｄ＝ｉＣ＋ｉＬ＝（ＩＣｍ－ＩＬｍ