涂 建，黃貞輝 (.湖北師范學(xué)院 機(jī)電與控制工程學(xué)院，湖北 黃石 43500;.上海理工大學(xué)，上海 00093)

0 引言

對(duì)于中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地的電網(wǎng)，由于消弧線圈的補(bǔ)償作用，故障支路的單相接地故障電流可能比非故障支路還小，并且其方向隨著補(bǔ)償狀態(tài)的變化而變化[1]，因此，已有的零序電流型、零序功率方向型已不能滿足選擇性要求。鑒于接地方式的不同，適應(yīng)其選擇性要求的漏電保護(hù)方式也相應(yīng)的不同，因此，為了能夠同時(shí)適應(yīng)各種不同的中性點(diǎn)接地方式電網(wǎng)的選擇性要求，有必要使用新方法，應(yīng)用新技術(shù)，提出一種能適用于各種不同接地方式的準(zhǔn)確度較高的高壓電網(wǎng)選擇性漏電保護(hù)新方案。而基于五次諧波的選擇性漏電保護(hù)方案能同時(shí)滿足以上要求[2]，由相關(guān)參考文獻(xiàn)知傳統(tǒng)基于諧波方向型的選擇性漏電保護(hù)的準(zhǔn)確度較低。因此，本論文就是在研究中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地方式電網(wǎng)的基礎(chǔ)上為以前傳統(tǒng)的基于諧波方向型的選擇性漏電保護(hù)研究提供新的研究依據(jù)。

1 中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地方式研究

中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地方式是高壓電網(wǎng)中最常見(jiàn)的一種運(yùn)行方式，中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地電網(wǎng)漏電電流分布特點(diǎn)如下圖1所示[3]。

當(dāng)三相電路對(duì)稱沒(méi)有故障現(xiàn)象時(shí)，中性點(diǎn)不會(huì)流過(guò)電壓，流過(guò)的電感電流也為零。當(dāng)其中某一相發(fā)生單相接地故障時(shí)，中性點(diǎn)就會(huì)重新出現(xiàn)零序電壓，這樣就會(huì)有不同大小的感性電流流入大地。

同理可得，其它線路流入大地的電容電流，這樣就可以算出流經(jīng)過(guò)渡電阻的電流大小為：

圖1 中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地電網(wǎng)漏電電流分布特點(diǎn)

2 五次諧波特性研究

諧波是高壓電網(wǎng)中不可避免的成份，在電網(wǎng)發(fā)生各種不同類型的接地故障后，電網(wǎng)中的零序電壓和零序電流成分就會(huì)表現(xiàn)為有諧波成份，而各次諧波在大小和相位關(guān)系上仍具有工頻成分的特點(diǎn)。由于五次諧波不受變壓器接線組別的影響，且諧波中五次諧波含量相對(duì)來(lái)說(shuō)含量較大，所以本論文采取五次諧波作為選線的依據(jù)。

電網(wǎng)中含有不同成分的高次諧波,主要是由于一些非線性負(fù)載的存在，致使在發(fā)電機(jī)繞組中感應(yīng)出的電動(dòng)勢(shì)不可能是規(guī)則的正弦波，此外，變壓器的鐵心屬同樣屬于非線性電感元件，即使加在線圈兩端的電壓是正弦波，變壓器的勵(lì)磁電流中也包含高次諧波分量。這些各次次諧波電流流經(jīng)電機(jī)繞組和線路阻抗，就產(chǎn)生了各次諧波電壓。

通過(guò)故障支路五次諧波電感電流

由上面兩式得

上式表明，五次諧波的電容電流大約是電感電流的23倍，可見(jiàn)，五次諧波成分沒(méi)有完全被補(bǔ)償[4～5]。

因此可以利用零序電流和零序電壓中的五次諧波信號(hào)的分布特點(diǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)選擇性,有分析可知此方法不受中性點(diǎn)接地方式的影響，即構(gòu)成了基于五次諧波方向型的選擇性漏電保護(hù)。

3 基于五次諧波的選擇性漏電保護(hù)方案確定

3.1 方案的確定

由前述的五次諧波特點(diǎn)可知，零序電壓和零序電流中的五次諧波相位穩(wěn)定性較好，其幅度的穩(wěn)定性則較差，因此，僅僅采取五次諧波的幅值作為判斷高壓電網(wǎng)哪條線路或母線發(fā)生故障不太準(zhǔn)確。

因此可以采取零序電壓中的基波成分來(lái)啟動(dòng)漏電保護(hù)。因?yàn)榱阈螂娏鞯奈宕沃C波的幅值發(fā)生接地故障時(shí)表現(xiàn)為很大的幅值，其方向與正常的零序電流的五次諧波方向剛好相反。因此可以對(duì)所有線路的零序電流先進(jìn)行幅值比較，其中幅值最大的前三個(gè)電流信號(hào)一定包含有故障線路，但是受各種因素的影響還不能完全確定是哪條線路，因此還要進(jìn)一步對(duì)其相位進(jìn)行比較，如果其中有一條線路的相位和其它兩條線路的相反，則此條線路即可判斷為故障線路，否則為母線故障。

根據(jù)以上研究依據(jù)，提出本論文的漏電保護(hù)方案為選擇性動(dòng)作于零序電流五次諧波的幅值和相位比較并以80C196為核心的微機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)來(lái)進(jìn)行選擇性漏電保護(hù)的新方案[6～10]。其硬件框圖如圖2所示：

圖2 選擇性漏電保護(hù)硬件結(jié)構(gòu)圖

零序電壓回路由五次諧波提取電路、整流濾波和中斷產(chǎn)生電路組成；零序電流回路由五次諧波提取電路、I-U變換、放大電路等組成；零序電流回路再通過(guò)幅值、相位比較回路與零序電壓回路一起通過(guò)光電隔離電路進(jìn)入以最新 16 位單片機(jī) 80C196為核心的微機(jī)系統(tǒng)[9～12]。

3.2 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

將漏電故障點(diǎn)接到線路4的A相末端，修改過(guò)渡電阻的大小值，從0Ω 到5000 Ω以500 Ω步長(zhǎng)間隔進(jìn)行實(shí)驗(yàn)分析，得到實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)果如表1所示。

同理，將漏電故障點(diǎn)接到母線的A相末端，修改過(guò)渡電阻的大小值，從0 Ω到5000 Ω以500 Ω步長(zhǎng)間隔進(jìn)行實(shí)驗(yàn)分析，得到分析數(shù)據(jù)結(jié)果如表2所示。

從表中數(shù)據(jù)可以看到，當(dāng)線路和母線分別發(fā)生接地故障時(shí)，隨著過(guò)渡電阻的增大，選線判據(jù)1(比幅)的各條線路的的零序電流五次諧波的幅值逐漸減小，其中排名前三的線路為線路2、3、4，其中，線路4的幅值又為最大。而選線判據(jù)2(比相)的結(jié)果表明，當(dāng)線路4發(fā)生單相故障時(shí)，其相位與其它線路的相位相反，總的判據(jù)結(jié)果和選線結(jié)果顯示線路4發(fā)生；當(dāng)母線發(fā)生故障時(shí)，線路2、3、4的相位相同，總判據(jù)結(jié)果和選線結(jié)果則表明母線漏電。從而驗(yàn)證了方案的正確性。

表1 線路4經(jīng)不同過(guò)渡電阻漏電時(shí)保護(hù)選線情況

表2 母線經(jīng)不同過(guò)渡電阻漏電時(shí)保護(hù)選線情況

5 結(jié)語(yǔ)

在以中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地方式為研究對(duì)象的分析基礎(chǔ)上，本論文采取選擇性動(dòng)作于零序電流五次諧波的幅值和相位比較并以80C196為核心的微機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)來(lái)進(jìn)行選擇性漏電保護(hù)的新方案[13]。充分利用了故障時(shí)信號(hào)中的五次諧波特點(diǎn)和幅值、相位比較的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)避免了各種外部因素對(duì)選線結(jié)果的影響 ，從而進(jìn)一步提高了諧波方向型漏電保護(hù)方案的準(zhǔn)確度。

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