需要大量的采样数据，而且该方法对母线故障的情 况未加以讨论。因此，本文提出了一种利用衰减直 流分量的故障选线方法，仅使用故障后频率较低的 衰减直流分量数据，它与暂态选线方法是互补的， 两者结合可以形成完善的故障选线的一种方法。 １ 基于衰减直流分量的故障选线方法 ｘ，－ｊ－于中性点不接地的小接地电流系统，单相接 地故障后使用现有的幅值比较法和相位比较法可 以很容易地选出故障线路。但是，对于中性点经消 弧线圈接地的小接地电流系统，单相接地故障后故 障线路与非故障线路的电流大小与相位均相近，可 靠的故障选线较难实现，是目前应当关注的重点。 本文将着重讨论利用衰减直流分量ｘ，－ｊ－经消弧线圈 接地的小接地电流系统进行故障选线的新方法。 １．１ 衰减直流分量分布特性 在如图ｌ所示的中性点经消弧线圈接地系统 中，当线路Ｚ 在Ｆ。点电压过零时发生Ａ相接地故 障时（过渡电阻为１００Ｑ），故障线路（Ｚ：）和非故障线 路（Ｚ ）的零序电流如图２所示。 图１ 中性点经消弧线圈接地系统示意 Ｆｉｇ．１ Ｎｅｔｗｏｒｋ ｏｆ ｇｒｏｕｎｄｅｄ ｎｅｕｔｒａｌ ｂｙ ａｒｃ ｓｕｐｐｒｅｓｓｉｎｇ ｃｏｉ １．８ ≤０．９０ －０．９ ・ｌ＿８ ａ）线路的，．零序电流 ８．０ ≤４．０ －４．０ ．＆０ ｂ）线路的 零序电流 图２线路ｆ２故障时的故障线路与非故障线路零序电流 Ｆｉｇ．２ Ｚｅｒｏ ｓｅｑｕｅｎｃｅ ｃｕｒｒｅｎｔ ｗａｖｅｆｏｒｍｓ ｏｎ ｆａｕｌｔｅｄ ｌｉｎｅ ａｎｄ ｕｎｆａｕｌｔｅｄ ｌｉｎｅ ｃａｕｓｅｄ ｂｙ ｆａｕｌｔ ｏｎ １２ 从图２可以看出，故障线路零序电流中有非常 《 ２｝ 明显的感性衰减直流成份，而非故障线路零序电流 中衰减直流成份相ｘ，－Ｊ＂极小。这是因为Ｆ 点故障时， 相当于在正常系统基础上在Ｆ。点迭加一正弦电压 源ｅｆ（ ）＝Ｅｍｓｉｎ（ ＋ ），其中０表示故障合闸角。由 于本文方法仅使用零序电流中的衰减直流分量，不 考虑电容、电感谐振引起的高频分量，故可略去图１ 中线路对地电容的影响。在忽略线路电阻和消弧线 圈电阻的情况下，故障线路的零序电流 可近似地 写为： ｆ ｔ １ ０２（ ）＝（ 札Ｊ）Ｊ ｅｒ（ｒ）ｄｒ （１） ０ 式中： 表示故障线路等值电感。当０＝０，ｉｏ２中的直 流分量将达到最大，但感性直流分量仅通过故障线 路与消弧线圈构成回路，不会流过非故障线路，因此 故障线路中的感性衰减直流分量较大，而非故障线 路的很小。当母线发生Ａ相接地故障时，线路Ｚ。和 线路Ｚ。中的零序电流如图３所示。在图３中，２条线 路的零序电流中衰减直流分量几乎为零。这是因为 衰减直流分量直接流入了，消弧线圈，而没有流过线 路的缘故。 ０ ａ）线路，Ｉ的零序电流 ０ ｂ）线路 的零序电流 图３母线故障时的线路零序电流 Ｆｉｇ．３ Ｚｅｒｏ ｓｅｑｕｅｎｃｅ ｃｕｒｒｅｎｔ ｗａｖｅｆｏｒｍｓ ｏｎ ｌｉｎｅｓ ｃａｕｓｅｄ ｂｙｆａｕｌｔ ｏｎ ｂｕｓ １．２故障选线方法 由经消弧线圈接地的小接地电流系统单相接 地故障时衰减直流分量的分布特性可见，当线路不 在相电压最大值附近故障时，系统中将有感性衰减 直流分量产生，它只流过故障线路和消弧线圈而不 流过非故障线路；当母线故障时虽然也有衰减直流 分量产生，但它不流过任何线路，而是直接流入消 弧线圈。根据这一特点，可以构成利用衰减直流分 量的小接地电流系统故障选线方法。由于本方法只 需要检测衰减直流分量的大小，不需要非常精确的 值，因此本方法用故障后第１个周期的直流分量 （均值）代替衰减直流分量进行计算。其实现步骤 为：（１）当母线零序电压瞬时值 。（ ）大于 ，故 障选线路装置立即启动，记录下故障前２个周期和 维普资讯 http://www.cqvip.com
ｌ ＿ 一＿ ＿ ＿ 薯誉 第２期 束洪春等：一种利用衰减直流分量的谐振接地系统故障选线方法 ｊ 涩 鬻ｌ嚣 故障后３个周期的各出线零序电流和母线零序电 压。其中 一般取值为０．３５， 表示母线额定电 压；（２）从选线装置启动时刻向前追朔，在母线零序 ｌ电压上寻找小于０．０１ 的采样点，其对应的时刻认 ：勾是单相接地故障发生的时刻 ；（３）从ｔ，开始选取 １个周期的采样点，使用式（２）计算各线路零序电流 中的直流分量ｚ）： Ｉ Ｄ＝亩 ¨＾ ｌ （２） 式中：札为离散的采样点；Ｎ为每周期的采样点数。 在各线路中寻找直流分量最大的线路Ｚ ，设 其直流分量为Ｄ ；判断是否为母线故障或在电压最 ：赶值附近发生故障。当Ｄ ＜Ｄ 时（Ｄ 大小与系统参 数有关，对于图ｌ所示系统Ｄ 取０．４ Ａ比较合适）， 表明线路上的衰减直流分量较小。这可能由２个 原因造成：一是母线故障；二是故障相电压在最 大值附近发生故障。因此需要加以识别。具体做 法是：从ｔ，开始选取母线零序电压ｉ个周期的采 样点，计算其相角 （设零序电压为正弦函数，且 ∈［一ｌ８Ｏ。，ｌ８０。］），并定义判据１： Ｄ『ｌｌ＜Ｄ 且ｌ ０．０－９０。ｌ＞２０。且ｌ ｍ＋９Ｏ。ｌ＞２０。 （３） 当满足判据１时，表明故障不是发生在故障相 电压最大值附近，凶此本方法认为是母线故障，否则 认为故障相电压在最大值附近发生故障，在这种情 况下本方法灵敏度较低，町能造成误判，因此本方法 将闭锁，不进行下面的计算与判断，而转入应用暂态 选线方法，这里不作赘述。 在除线路Ｚ 的其它线路中寻找直流分量最 大的线路 ，设其直流分量为Ｄ ，计算比值Ｋ ＝ ） ｒ／Ｄ 。定义判据２： ＫＤ＞Ｋ （４） 式中： 为整定值。当满足判据２时，认为线路Ｚ 为故障线路；否则认为是母线故障。 ２电磁暂态仿真验证 本文电磁暂态仿真验证所使用的系统如图ｌ所 示。其中有５条出线，各线路的长度如表ｌ所示。线 路Ｚ 不同故障位置、不同过渡电阻、不同故障合闸 角的情况下，Ａ—Ｇ故障的选线结果如表２所示。其 中，Ｒｒ表示过渡电阻， 表示故障合闸角， 整定为 ３。从表２中可以看出： （１）本文方法在故障合闸角 ≤６０。且过渡电阻 表１各条线路长度 Ｔａｂ．１ Ｌｅｎｇｔｈ ｏｆ ｌｉｎｅｓ 表２线路故障选线结果 Ｔａｂ．２ Ｒｅｓｕｌｔｓ ｏｆ ｔｅｓｔ ｏｎ ｌｉｎｅ ｆａｕｌｔ 注：１）表示“线路ｌ：零序电流直流分量”；２）表示“非故障线路零 序电流最大直流分量”；３）表示“满足判据２，ｌ 故障”。“一”表示无效。 较大时，可以正确地选线；（２）当过渡电阻较小时，故 障合闸角较大时也可以正确选线；（３）当电压在最大 值附近故障无法选线时，本方法可以闭锁。 在不同过渡电阻、不同故障合闸角的情况下， 发生母线故障的选线结果如表３所示。结果表明： 本方法在故障合闸角 ≤６Ｏ。时可以正确检测到母 线故障，当检测到电压最大值附近发生故障时，本 方法闭锁。 表３母线故障选线结果 Ｔａｂ．３ Ｒｅｓｕｌｔｓ ｏｆ ｔｅｓｔ ｏｎ ｂｕｓ ｆａｕｌｔ 母线故障 ） 选线结果 ３结语 对于经消弧线圈接地的小接地电流系统，当不 在电压最大值附近发生单相接地故障时，将会有较 大的感性衰减直流分量产生。若故障发生在线路上， 故障线路上的衰减直流分量很大，而非故障线路上 的衰减直流分量很小；若故障发生在母线上，衰减直 流分量将直接流入消弧线圈，因而各线路上的衰减 直流分量都很小。本文根据这一特性提出了一种基 于衰减直流分量的故障选线方法。该方法仅使用故 障后１个周期的数据，物理意义明确，算法简单。它 维普资讯 http://www.cqvip.com
电压过零故障时具有最高的灵敏度，相电压越是 ｉｎ ａ ａｕｔｏ—ｃｏｍｐｅｎｓａｔｅｄ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｎｅｔｗｏｒｋ［Ｊ］．Ｒｅｌａｙ，２００２，３０（５）： 句峰值靠近情况下发生故障，该方法的灵敏度逐渐 ３３—３６． 年低，当灵敏度较低时本方法应予闭锁。因此它可以 ［４］束洪春，肖 白．配电网单相电弧接地故障选线暂态分析法［Ｊ］． 充服现有暂态量选线方法在电压过零附近故障时灵 电力系统自动化，２ｏｏ２，２６（２１）：５８—６１． 数度低的缺点，该方法与暂态量选线方法集成可以 ＳＨＵ Ｈｏｎｇ－ｃｕｎ，ＸＩＡＯ Ｂａｉ．Ａ ｔｒａｎｓｉｅｎｔ－ｂａｓｅｄ ｓｔｕｄｙ ｏｆ ｆａｕｌｔ ｌｉｎｅ 勾成完善的故障选线方案。大量仿真表明该方法正 ｓｅｌｅｃｔｉｏｎ ｏｆｒ ｓｉｎｇｌｅ－ｐｈａｓｅ ｔｏ ｇｒｏｕｎｄ ｆａｕｌｔｓ ｏｎ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ［Ｊ］． 朔、有效。 ＡｕｔｏｍａｔｉｏｎｏｆＥｌｅｃｔｒｉｃＰｏｗｅｒＳｙｓｔｅｍｓ，２００２，２６（２１）：５８—６１． ［５］贾清泉，刘连光，杨以涵，等．应用小波检测故障突变特性实现配 参考文献： 电网小电流故障选线保护［Ｊ］．中国电机工程学报，２００１。２１ （１０）：７８－８２． １］郝玉山，杨以涵，任元恒。等ｌ，Ｊ、电流接地微机选线的群体比幅比 ＪＩＡ Ｑｉｎｇ－ｑｕａｎ，ＬＩＵ Ｌｉａｎ—ｇｕａｎｇ，ＹＡＮＧ Ｙｉ—ｈａｎ，ｅｔ ｏ１．Ａｂｍｐｔ ｃｈａｎｇｅ 相原理［Ｊ］．电力情报，１９９４（２）：１５—１９． ｄｅｔｅｃｔｉｏｎｗｉｔｈｗａｖｅｌｅｔｆｏｒ ｓｍａｌｌ ｃｕｒｒｅｎｔｆａｕｌｔ ｒｅｌａｙｉｎｇ［Ｊ］．Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ＨＡＯ Ｙｕ－ｓｈａｈ，ＹＡＮＧ Ｙｉ—ｈａｎ，ＲＥＮ Ｙｕａｎ－ｈｅｎｇ，ｅｔ ｏ１．Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ｏｆ ｎｆｔｈｅＣＳＥＥ，２００１，２１（１０）：７８—８２． ｍａｇｎｉｔｕｄｅ＆ｐｈｆｌｓｅ ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ ｆｏｒ ｍｉｃｒｏ ｃｏｍｐｕｔｅｒ ｂａｓｅｄ ｓｍＭ１ ［６］王新超，桑在中．基于“Ｓ注入法”的一种故障定位新方法［Ｊ］．继 ｃｕｒｒｅｎｔ ｇｒｏｕｎｄｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ ｌｉｎｅ ｓｅｌｅｃｔｉｏｎ［Ｊ］．Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｏｎ Ｅｌｅｃｔｉｒｃ 电器，２００１，２９（７）：９－１２． Ｐｏｗｅｒ，１９９４（２）：１５－１９． ＷＡＮＧ Ｘｉｎ—ｃｈａｏ，ＳＡＮＧ Ｚａｉ—ｚｈｏｎｇ．Ａ ｎｅｗ ａｐｐｒｏａｃｈ ｏｆ ｆａｕｌｔ ｌｏｃａｔｉｏｎ ２］易东，李群湛，黄彦全．零序导纳法接地选线保护原理［Ｊ］．电力 ｂａｓｅｄ ｏｎ“Ｓｉｎｊｅｃｔｉｎｇ ｓｉｇｎａｌ”［Ｊ］．Ｒｅｌａｙ，２００１，２９（７）：９－１２． 系统自动化设备，２００２。２２（１０）：４０ ４２． ［７］戴剑锋，张艳霞，侯 ＿，Ｊ、波重构算法在配电网接地选线中的 ＹＩ Ｄｏｎｇ，ＬＩ Ｑｕｎ—ｚｈａｎ，ＨＵＡＮＧ Ｙａｎ－ｑｕａｎ．Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ｏｆ ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ 应用［Ｊ］．电网技术，２００４，２８（３）：４３—４７． ｇｒｏｕｎｄｉｎｇ ｆａｕｌｔ ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｚｅｒｏ ｓｅｑｕｅｎｃｅ ａｄｍｉｔｔａｎｃｅ［Ｊ］． ＤＡＩ Ｊｉａｎ—ｆｅｎｇ，ＺＨＡＮＧ Ｙａｎ－ｘｉａ，ＨＯＵ Ｚｈｅ．Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｗａｖｅｌｅｔ ＰｏｗｅｒＳｙｓｔｅｍＡｕｔｏｍａｔｉｏｎＥｑｕｉｐｍｅｎｔ，２００２，２２（１Ｏ）：４０－４２． ｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ ｉｎ ｐｈａｓｅ－－ｔｏ－ｇｒｏｕｎｄ ｆａｕｌｔ ｄｅｔｅｎｔｉｏｎ ｏｆ ｄｉｓ－－ ３］杜丁香，徐玉琴．消弧线圈接地电网的有功选线［Ｊ］．继电器， ｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｎｅｔｗｏｒｋｓ［Ｊ］．Ｐｏｗｅｒ Ｓｙｓｔｅｍ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２００４，２８（３）： ２００２，３０（５）：３３－３６． ４３—４７． ＤＵ Ｄｉｎｇ－ｘｉａｎｇ。ＸＵ Ｙｕ—ｑｉｎ．Ｆａｕｌｔｅｄ ｌｉｎｅ ｄｅｔｅｃｔｉｎｇ ｗｉｔｈ ａｃｔｉｖｅ ｐｏｗｅｒ （责任编辑张重实） Ｎｅｗ ａｐｐｒｏａｃｈ ｆｏｒ ｆａｕｌｔ ｌｉｎｅ ｓｅｌｅｃｔｉｏｎ ｉｎ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ、 ｔｈ ａｒｃ ｓｕｐｐｒｅｓｓｉｎｇ ｃｏｉｌ ｇｒｏｕｎｄｉｎｇ ｕｓｉｎｇ ｄｅｃａｙｉｎｇ ＤＣ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ ＳＨＵ Ｈｏｎｇ—ｃｈｕｎ ．ＳＩ Ｄａ－ｊｕｎ （１．ＫｕｎｍｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅ ａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｋｕｎｍｉｎｇ６５００５１，Ｃｈｉｎａ；２．ＨａｒｂｉｎＩｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｈａｒｂｉｎ １５０００１，Ｃｈｉｎａ） ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｆ ａ ｓｉｎｇｌｅ－ｐｈａｓｅ ｆａｕｌｔ ＯＣＣＵｒｓ ａｔ ｔｈｅ ｆａｕｌｔｅｄ ｐｈａｓｅ ｖｏｌｔａｇｅ ｎｅａｒ ｚｅｒｏ－ＣＲＯＳＳ ｉｎ ｄｉｓｔｉｒｂｕｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ，ｌｉｔｔｌｅ ｏｆ ｔｈｅ ｈｉｇｈ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ：ｏｍｐｏｎｅｎｔ ｗｉｌｌ ｂｅ ｃａｕｓｅｄ．Ｓｏ，ｔｈｅ ｆａｕｌｔ ｌｉｎｅ ｓｅｌｅｃｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄｓ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｈｉｇｈ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｔｒａｎｓｉｅｎｔ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ ｉｓ ｉｎｓｅｎｓｉｔｉｖｅ．Ｂｕｔ ｍｕｃｈ ｏｆ ｔｈｅ ｌｅｃａｙｉｎｇ ＤＣ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ ｗｉｌｌ ｂｅ ｃａｕｓｅｄ ｉｎ ｔｈｉｓ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ．Ｔｈｅｒｅｆｏｒｅ，ｔｈｅ ｄｅｃａｙｉｎｇ ＤＣ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ ｍａｙ ｂｅ ｕｓｅｄ ｔｏ ｂｕｉｌｄ ａ ｎｅｗ ｆａｕｌｔ ｌｉｎｅ ；ｅｌｅｃｔｉｏｎ ａｐｐｒｏａｃｈ．Ｉｎ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ ｗｉｔｈ ａｒｃ ｓｕｐｐｒｅｓｓｉｏｎ ｃｏｉｌ ｇｒｏｕｎｄｉｎｇ，ｉｆ ａ ｓｉｎｇｌｅ—ｐｈａｓｅ ｆａｕｌｔ ＯＣＣＵｒｓ ｏｎ ａ ｌｉｎｅ ａｔ ｔｈｅ ｆａｕｌｔｅｄ ｐｈａｓｅ ｏｌｔａｇｅ ｎｅａｒ ｚｅｒｏ－ｃｒｏｓｓ，ｄｅｃａｙｉｎｇ ＤＣ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ ｗｉｌｌ ｂｅ ｍｕｃｈ ｏｎ ｆａｕｌｔｅｄ ｌｉｎｅ，ａｎｄ ｌｉｔｔｌｅ ｏｎ ｈｅａｌｔｈｙ ｌｉｎｅｓ．Ｉｆ ａ ｓｉｎｇｌｅ－ｐｈａｓｅ ｆａｕｌｔ ｏｃｃｕｒｓ ｏｎ ）ＵＳ．ｄｅｃａｙｉｎｇ ＤＣ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ ｗｉｌｌ ｂｅ ｌｉｔｔｌｅ ｏｎ ａｌｌ ｌｉｎｅｓ．Ａ ｎｅｗ ａｐｐｒｏａｃｈ ｆｏｒ ｓｅｌｅｃｔｉｎｇ ｆａｕｌｔｅｄ ｌｉｎｅ ｗａｓ ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｄｅｃａｙｉｎｇ ＤＣ ：ｏｍｐｏｎｅｎｔ．ｗｈｉｃｈ ｃａｎ ｂｅ ｕｓｅｄ ｔｏ ｏｖｅｒｃｏｍｅ ｔｈｅ ｄｅｆｅｃｔ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｍｅｔｈｏｄ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｒａｎｓｉｅｎｔ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ ｉｓ ｉｎｓｅｎｓｉｔｉｖｅ ａｔ ｔｈｅ ｆａｕｌｔｅｄ ｐｈａｓｅ ｒｏｌｔａｇｅ ｎｅａｒ ｚｅｒｏ－ｃｒｏｓｓ．Ａ ｐｅｒｆｅｃｔ ｓｃｈｅｍｅ ｗｉｌｌ ｂｅ ｗｏｒｋ ｏｕｔ ｃｏｍｂｉｎｉｎｇ ｗｉｔｈ ｔｈｉｓ ｍｅｔｈｏｄ ａｎｄ ｔｈｅ ｍｅｔｈｏｄ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｒａｎｓｉｅｎｔ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ． ‘ｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ ｗｉｔｈ ａｒｃ ｓｕｐｐｒｅｓｓｉｏｎ ｃｏｉｌ ｇｒｏｕｎｄｉｎｇ；ｆａｕｌｔ ｌｉｎｅ ｓｅｌｅｃｔｉｏｎ；ｄｅｃａｙｉｎｇ ＤＣ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ 的瓦斯发电项目装机容量接近１５０ＭＷ。其中山西晋城煤 业集团在建的煤层气电厂计划装机１２０ＭＷ。 ▲我国煤层气发电装机达９Ｏ ＭＷ煤层气 煤矿瓦斯是一种清洁能源，充分利用煤矿抽放的瓦斯 资源利用最佳途径之一的煤层气发电正在日益兴起。目 和通风瓦斯发电，将是未来充分利用煤矿煤层气的重要途 前，我国煤层气发电装机已达９０ＭＷ，而规划或正在实施 径之一。
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