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国内小电流单相接地故障选线装置的研发呈迅猛发展之势,各单位采用的选线原理和方法不尽相同,经过笔者的细心研究归纳,现将国内绝大部分选线方法汇总如下。
需要说明的是,在小电流接地选线装置规范及行业标准中,并未对装置采用何种选线方法及原理有统一的定义,因而使得各地对同一方法或原理的称谓不一样。根据目前研发和试用的普及程度来划分,主要分为以下三类:
第一类,具有充分的论证,且切实有效,运用广泛的选线方法:
1,首半波算法
小电流接地电网单相接地故障产生的暂态电流虽然很复杂,但是发生故障的最初半个周波内,一定满足故障线路零序电流与正常线路零序电流极性相反的特点,因此可以通过比较首半波的零序电流极性进行故障选线,该方法对中性点不接地和中性点经消弧线圈接地的电网都适用。
2,比幅比相算法
也被称为群体比幅比相算法。
群体比幅比相法的基本原理是:对于中性点不接地系统,比较母线的零序电压和所有线路零序电流的幅值和相位,故障线路零序电流相位应滞后零序电压90°并与正常线路零序电流反相,若所有线路零序电流同相,则为母线接地。传统比幅比相方法在信号处理、抗干扰和有效域方面存在一定的缺陷。
3,5次谐波算法算法
又称为谐波比幅比相算法。
对于中性点经消弧线圈接地系统,对谐波分量来说消弧线圈处于欠补偿状态,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幅值与相位,故障线路零序电流幅值较大且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,则为母线接地。
由于故障点消弧线圈及变压器等电气设备的非线性影响,故障电流中存在着谐波信号,其中以5次谐波分量为主,并且消弧线圈对5次谐波的补偿作用仅相当于工频时的1/25,因为对于中性点经消弧线圈接地系统中的消弧线圈是按照基波整定的。
可以忽略消弧线圈对五次谐波产生的补偿效果。因此,故障线路的5次谐波零序电流的幅值比非故障线路的都大且方向相反,据此可以选择故障线路,称为5次谐波法。
为了进一步提高灵敏度可将各线路的3、5、7次等谐波分量的平方求和后进行幅值比较,幅值最大的线路选为故障线路。谐波法的优点是可以克服消弧线圈补偿的影响,但实际应用效果并不理想。主要原因是故障电流中的5次谐波含量较小(10%),检测灵敏度低,且负荷中的五次谐波源、电流互感器CT不平衡电流和过渡电阻的大小,都会在一定程度上影响选线结果;多次谐波平方和法虽然能在一定程度上克服单次谐波信号小的缺点,并不能从根本上解决问题。
4,功率方向算法
也称为有功分量法,能量法。
零序电流有功分量法是根据线路存在对地电导以及消弧线圈存在电阻损耗,故障电流中含有有功分量来选择故障线路。故障线路零序电流有功分量与正常线路零序电流有功分量相位相反,即:非故障线路的零序有功分量方向是由母线流向线路。并且故障线路零序电流有功分量幅值最大。故障线路零序有功分量大小等于非故障线路的零序有功分量和消弧线圈的零序有功分量之和。当母线故障时,所有线路的零序有功分量都等于线路本身的有功损耗电流值,方向是由母线流向线路。从原理上可见,有功分量方法有效的克服了消弧线圈补偿带来的影响,并且在消弧线圈存在的情况下,故障线路的零序有功分量的大小比中性点不接地时更大,故障特征更明显,更利于选线。
但在实际中,有功分量法的优点是不受消弧线圈的影响,但由于故障电流中有功分量非常小,一般只占零序电流的2%~3%,有功分量易受电流互感器CT不平衡对零序电流提取精度、线路长短、过渡电阻大小的影响,相角比较也容易发生误选,可靠性得不到保障。为了提高灵敏度,有的装置采用瞬时在消弧线圈上并联接地电阻的做法加大故障电流中的有功分量。
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