电力系统信号处理小组作业
小组成员 刘浩然、刘建恒、张洪杰、刘超
多功能电源插座
专 业 电力工程18班
2017年12月1预付费智能电表1日
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摘 要
提出了一种利用零序电流暂态主频分量相关性来进行小电流接地系统故障选线的新方法，以解决单纯利用零序电流选线效果不佳的问题。利用故障后非故障线路暂态主频分量波形相似， 而故障线路与非故障线路之间有着明显区别的特点，对其进行相关性分析，得出综合相关系数，实现正确选线。理论计算及仿真结果表明，该方法准确可靠，抗干扰能力强，无须整定，不受故障初相角、接地电阻、故障距离及接地方式的影响，进一步提高了保护的裕度。
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本文在深入研究变压器励磁涌流与区内故障电流波形特性差异的基础上，将拟合曲线与原采样波形数据做相关性分析，计算二者的相关系数，以此来识别励磁涌流与区内故障电流。理论分析和MATLAB/Simulink仿真结果表明：该算法具有原理清晰、区分度高、很强的抗TA饱和能力，且易于在微机中实现等优点。
第1章 绪论
我国配电网广泛采用小电流接地系统，这种运行方式可有效提高配电网的可靠性，但其发生单相接地故障时，故障电流特征微弱，选线问题一直是困扰电力工作者的难题。目前，故障选线研究已经取得一些成果，但仍然存在一些困难和限制。
现有选线方法主要有稳态信息法、人工注入法和暂态信息法三种。总的来说，稳态信息法主要困难是故障电流微弱，电弧不稳定，因此测得的信号可靠性不高，容易产生误判。人工注入法在现场应用中有一定的效果，但不能检测瞬时性和间歇性故障，且需要增加信号注入设备，投资大。暂态信息法由于故障特征明显，且不受消弧线圈及电弧不稳定的影响，具有检测灵敏度高的优点，因而成为研究的热点。现有文献对故障的暂态特性分析还不够深入，多数仅从不同角度对暂态特性做了笼统的分析，缺乏综合分析。传统上采用傅里叶算法提取暂态信号，该算法建立在采样信号为周期性的基础上，和实际的故障暂态信号的非周期性特征不符，容易产生较大的误差，难以反映真实信号的组成。有的文献提出了暂态零序电流选线法，但该电流信号包含工频分量、衰减的直流分量、噪声等成分，如果不加以处理，会降低选线的准确性，甚至误判。有的文献利用小波包的良好的分频特性，先选择暂态零序电流的特征频段，通过比较它们的极性和幅值来实现故障选线。但由于暂态量频率成分受网络参数、故障时刻等多种因素的影响，不同线路暂态量的频率分布也不总是完全一致。
针对以上选线方法的不足，本文在对小电流接地故障暂态信号特征分析的基础上，利用 Prony 算法提取出各线路零序电流的暂态主频成分，得到波形相应的相位和幅值，在一定
的数据窗下进行相关性分析，求得各线路的综合相关系数，选出故障线路。经理论计算及仿真表明，该方法具有适应能力强、计算量小、无须整定和选线可靠性高的优点。
防水牛津布变压器差动保护一直受到励磁涌流问题的困扰，在2002~2006年间，220 kV及以上变压器保护的正确动作率仅为81.912%，远不如100 MW及以上发电机保护的98.476%。因此，为了保证变压器差动保护动作的正确率，就必须有效的识别励磁涌流与区内故障电流。
目前，变压器主保护的现场系统，主要采用以差动电流波形特性为依据的二次谐波制动原理和间断角原理来识别励磁涌流。其中二次谐波制动原理因为算法简单，易于在微机中实现，并且具有较好的抗TA饱和能力，所以应用得最为广泛。但是为了防止励磁涌流引起差动保护误动作，实际应用中往往采用谐波比最大相制动的方式。这虽然提高了对励磁涌流的制动性，但却严重降低了某些区内故障情况的速动性，严重时将延迟1 s~2 s。另外，由于如今变压器铁磁材料的改进，使得励磁涌流中的二次谐波含量有所降低。另一方面，在高压输电线路中，由于长线路和电缆线分布电容的存在以及电网中日益增多的无功补偿装置的影响，使得区内故障电流的二次谐波含量比以往高，导致传统二次谐波制动原理的正确动作率下降。
为了解决二次谐波制动原理面临的困境，许多科研工作者相继提出了诸多识别励磁涌流的新方法。如磁通特性识别法、等值回路方程识别法和等效瞬时电感识别法等，这些方法都需要用到电压互感器，增加了保护系统装置的复杂性及互感器采样线路断线的可能性。另一类仅采用电流量来识别励磁涌流，如波形正弦度特征识别法、人工神经网络识别法和小波变换识别法等，这些方法也都存在着一定的缺陷，因而未能在实际中得到非常广泛的应用。拉紧带
本文在深入研究变压器励磁涌流与区内故障电流波形特性差异的基础上，将拟合曲线与原采样波形数据做相关性分析，计算二者的相关系数，以此来识别励磁涌流与区内故障电流。理论分析和MATLAB/Simulink仿真结果表明：该算法具有原理清晰、区分度高、很强的抗TA饱和能力，且易于在微机中实现等优点。
第2章 故障介绍
2.1 小电流接地系统单相接地故障暂态分析
暂态分析等效电路如图1所示，其中u0为零序电压源，Rd 、L0 分别为零序回路等值接地电阻和电感,C为系统对地电容总和。经消弧线圈接地系统流过故障线路的暂态零序电流由暂态电容电流(包括工频分量和高频分量)和暂态电感电流 (包括工频分量和衰减的直流分量)两部分组成。对于中性点不接地系统，只有暂态电容电流，但其暂态过程是近似相同的。
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