小电流接地电网改进能量法接地选线原理

4 能量变化方向选线原理
4.1 能量变化的定义
　　将能量曲线斜率定义为能量变化。根据上面的分析总结，能量变化方向选线原理阐述为故障线路的能量变化与非故障线路的能量变化方向是不相同的，以此判断出故障线路。
　　线路j的能量变化算式为：

即：

4.2仿真验证
　　用MATLAB软件仿真了各种电网条件下的情况证明上述选线原理均正确。以下是电网不平衡度较大时，比较极端条件下的仿真结果。
　　仿真条件：线路1的对地电容为1，线路2的对地电容为4，线路3的对地电容为15，A相对地电容最小，B相和C相对地电容相等。电网的电压等级为 6kV，正常运行时中性点电压为相电压的13%，阻尼率为5%，脱谐度为0。在t=0.155s时线路2 发生第一次燃弧接地，熄弧后又重燃5次，弧道电阻为5欧姆。
　　图6为不平衡电网发生间歇性电弧接地故障时各条线路的能量曲线。从图上可以看出，未发生故障时3条线路的能量曲线斜率符号相同，而发生故障后非故障线路的能量曲线斜率是正的，故障线路的能量曲线斜率是负的，即故障发生后线路能量变化方向是可以判断出故障线路的。图7为不平衡电网发生间歇性电弧接地故障时各条线路的工频周期内能量变化曲线。从该图中更容易看出故障线路与非故障线路能量变化方向相反的特点，因为不断的燃弧和熄弧，所以曲线呈现锯齿状。特别值得注意的是，在图6 中每次燃弧时能量曲线都有一个突变：非故障线路能量曲线突然快速上升，故障线路能量曲线突然快速下降。这样甚至可以判断燃弧次数和时刻。可见，能量变化方向是可以在比较复杂的故障情况下有效地判断出故障线路的。传统的能量原理认为发生故障线路能量小于零，而图5显示故障线路与非故障线路能量的符号是不定的。其他大量的仿真分析也证明了证明传统的能量原理在电网不平衡度较大时存在死区。能量变化方向选线原理无死区，且比能量原理的分辨率高（图6中能量变化方向十分明显）。 


4.3可行性分析
　　在实际应用中，由于受到硬件条件和制造成本的限制，为了降低采样率，中性点电压、故障相电压和各条线路的零序电流量须经过低通滤波器滤波调理后再采样，用滤波后的电气量计算是否还满足上述原理呢？图7是对仿真得到的电气量经过2阶截止频率为100Hz采样率为1000Hz低通滤波器后的能量曲线图，从图上可以看出滤波后能量变化方向原理仍然可以准确判断故障线路。这意味着采用低成本的单片机系统有可能实现上述选线原理。
5.结论
　　利用中性点电压，故障相电压和零序电流求得的能量在故障前后变化的特点可以准确区别故障线路。该方法在电网不平衡度较大情况和暂态接地故障情况都有效。在实际应用中对硬件条件要求不高，选线分辨效果明显。

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