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随着国内经济飞速发展,用电需求不断激增,电缆线路在配电网中大量使用,导致系统电容电流急剧增加,国内一些发达城市将原有配电网接地方式改为小电阻接地。目前,小电阻接地系统的单相接地保护主要采用零序过电流保护,当其它线路发生接地故障时,本线路的零序过电流保护为了防止误动,其整定值按照大于区外线路发生金属性接地故障时流过区内线路的电容电流来设置,因此零序过电流保护的动作电流比较大,由此导致了一个接地保护问题,即当发生高阻接地故障时,由于故障电流比较小,故障电流小于零序过电流保护整定值,易出现接地保护拒动。高阻电弧接地故障在一定程度上也影响配电网运行稳定性。针对上述小电阻接地系统高阻接地故障问题,开展对小电阻接地系统接地保护技术研究。研究小电阻接地系统发生高阻接地故障时的零序电流和相电流突变量,从理论上分析和研究出零序电流值和相电流突变量值的相对大小特征;利用某真型实验场的接地故障现场实验录波数据,开展对零序电流和相电流突变量的波形特征研究,得出零序电流和相电流突变量的相似性特征。计算了故障后零序电流有效值和相电流突变量有效值,得出了零序电流比值和相电流突变量比值,对其相对大小的特征进行量化分析;基于能够有力分析非线性对象的分形理论,计算了零序电流和相电流突变量的分形维数,对其相似特征进行量化分析。用数学方法对接地故障特征量化,研究了接地故障特征矩阵的构建方法。研究电弧产生原理,基于能量平衡理论,利用Matlab/Simulink仿真软件建立Mayr电弧模型用来模拟电弧接地故障,同时构建10kV小电阻接地系统配电网模型,对不同过渡电阻的接地故障以及电弧接地故障进行仿真,获得仿真数据。根据接地故障特征矩阵的构建方法,利用仿真数据构建接地故障特征矩阵。利用K-means聚类算法对接地故障特征矩阵进行聚类分析,得出故障簇与非故障簇的聚类中心,提出了基于分形理论和聚类分析的小电阻接地系统接地保护技术,同时利用真型实验的录波数据对该方法进行验证,验证结果表明该方法对高阻接地故障有较好的适用性,耐受电阻能力理论上最高达到2000Ω。