输电线路弧光高阻接地故障单端测距分析

输电线路受绝缘子闪络、雷击、山火等因素易发生弧光高阻接地故障,电弧的动态非线性和高阻性直接导致了单端阻抗测距精度的下降。常规基于热平衡原理的动态电弧模型均为实时迭代计算的微分方程,无法直接与现有阻抗法故障测距算法相结合。针对该问题,该文基于输电线路弧光高阻接地故障主要为大气压短间隙放电的现实,提出了基于汤逊原理的高阻接地电弧对数模型及故障测距算法,仿真分析不同故障及系统运行状况下的算法精度,现场录波数据证实了所提算法的有效性。     

弧光高阻接地故障建模及数据修正算法

配电网高阻接地故障通常伴随着非线性电弧的产生。传统的固定电阻模型无法模拟电弧的非线性;微分形式的电弧模型依赖于参数的迭代,难以直接应用于相关的故障检测及测距算法中;对数电弧模型较为复杂,按级数展开时易发散。人工模拟此类故障获取实验数据的方法成本高、危险性大且具有一定的局限性。基于汤逊原理,建立了能够表征动态电弧非线性特征的指数电弧模型及其简化模型,并结合PSCAD仿真软件及现场数据验证了模型的有效性。针对该电弧模型无法表征电弧电压、电流间相角差的不足,进一步提出了数据修正算法,为后续弧光高阻接故障的研究提供了更为精确的数据支撑。     

基于谐波能量和波形畸变的配电网弧光接地故障辨识

配电网弧光接地故障会产生严重的弧光过电压并释放大量热能,从而造成设备损坏,引发火灾并危害人员生命安全。针对传统电弧模型无法正确描述电弧不稳定燃烧过程中的间歇性燃熄弧和随机波动等问题,提出了基于随机控制变量的改进Mayr电弧模型;通过对故障特征的分析,提出归一化谐波能量描述方法,实现了包括高阻故障在内的不同接地故障情况下谐波含量的一致性描述和整定,并根据归一化谐波能量在时间尺度上的随机分布特性以及故障波形畸变特征,实现对弧光接地故障的准确辨识。最后,结合配电网新型智能测量终端的发展应用,提出基于三相电压和零序电流录波数据的弧光接地故障综合辨识算法,并通过PSCAD仿真算例和某10 kV配电网的实测故障试验数据对算法的可靠性和安全性进行验证。     

基于介质击穿原理的配电线路高阻接地故障精确建模

配电线路负荷率快速增加和电缆线路的广泛应用使得配电网中性点有效接地方式得到越来越多的应用。中性点有效接地配电线路受送电走廊、自然环境等因素影响,容易发生弧光高阻接地故障;此类故障电流幅值小,保护难以检测跳闸,很少能获取到现场录波数据;而人工接地试验成本高,难以频繁使用,因此挖掘有限的试验数据,实现弧光高阻接地模型的精确建模尤为重要。文中在详细分析基于热平衡原理的电弧模型机理的基础上,指出了该类模型不完全适用于开放空间,以及弱故障电流的高阻弧光接地故障。针对以上问题,文中基于固体介质电击穿原理,提出并建立了配电线路高阻接地故障点非线性电阻模型,理论分析及现场试验数据验证了模型的准确性;为后续的高阻接地故障检测算法研究奠定了理论基础。     

小电流接地配电线路弧光高阻接地故障电压特征分析

中性点非有效接地系统单相弧光高阻接地故障检测的难点在于如何实现灵敏启动。现有的检测方法以零序电压的幅值越限作为启动判据,但是由于对越限门槛值的整定直接影响着检测的灵敏性和可靠性,在实际运行中往往难以同时兼顾。针对该问题,基于现场实测故障录波数据,采用数值统计、傅里叶变换、图形对比等方法从时域、频域角度分析了单相弧光高阻故障的暂态电压特征。搭建了弧光高阻接地故障暂态模型,仿真验证了所提取的暂态电压特征的正确性,为后续故障选线装置应对单相弧光高阻故障的灵敏启动判据开发提供了基础。     

配网高阻接地故障伏安特性分析及检测

中性点有效接地中压配电网常发生弧光高阻接地故障,短路电流小,零序保护无法动作切除,但存在的电弧易引发火灾、人身伤亡等恶性事故。传统故障检测算法一般基于电弧热平衡模型,采用基于傅里叶变换的频域信号分析方法,但在非线性电弧的强噪声环境下检测成功率较低。针对该问题,首先提出了基于固体介质电击穿原理的非线性电弧模型,分析了电路线性元件和高阻接地非线性电阻的伏安特性,从时域角度采用最小二乘线性拟合抽取故障特征,提出了基于故障电阻非线性识别的高阻接地故障检测算法。大量仿真数据和现场试验数据证明了该故障模型比传统模型更精确,且所提检测算法具有较高的灵敏性和可靠性。     

中性点有效接地配电网高阻接地故障特征分析及检测

中性点经小电阻等有效接地方式能有效地克服配电系统单相接地故障暂态过电压超标及故障选线不灵敏等问题,逐渐在城市配电网、大型厂矿企业电网中得到了推广应用;但这种运行方式仍然存在弧光接地等高阻接地故障正确动作率较低的问题。针对该问题,文中分析了高阻接地故障的特征,给出并验证了适用于配电网高阻故障检测的故障点电弧模型。针对现有方法中主要利用频域特征来检测高阻接地故障导致成功率低的缺点,提出了一种基于零序电流波形畸变凹凸性的高阻接地故障检测方法,仿真实验与现场试验数据验证了该算法的灵敏性和可靠性。     

中性点直接接地电网单相串联铁磁谐振检测与类型辨识

铁磁谐振表现出来的非线性波形特征是实施有效检测的重要依据,但是由于缺少谐振回路的解析解,难以给出合理的检测阈值;再加上实际系统中还存在与谐振波形特征类似的故障或扰动,比如弧光高阻接地故障,现有的铁磁谐振检测方法准确性不高。对比分析了中性点直接接地系统单相串联铁磁谐振和弧光高阻接地故障模型,通过分段线性化获取了状态方程时域解析解。设计了一种基于相电压频谱和相电流均值包络线特征共同辨识的检测方法,并利用伏安特性进一步辨识弧光高阻接地故障与工频铁磁谐振。最后,仿真和现场录波数据验证了检测算法的有效性。     

中性点经高阻接地电网故障电弧建模与弧光接地分析

中压配电网绝大多数故障为电弧接地故障,针对Cassie与Mayr这两个经典电弧模型在单独使用时只能考虑到对流散热或传导散热,具有片面性,而二者结合使用却恰好可互补,故而在ATP-EMTP平台下将这两种模型进行搭配并合理设置。通过仿真,分析研究了中性点经高阻接地配电网单相电弧故障时的特性,并将电弧模型用于间隙性电弧接地故障仿真,符合实际情形,证明了电弧模型可有效地反映弧光接地过电压,及小电流接地系统中中性点电阻对降低电网弧光过电压的作用。     

中性点经消弧线圈接地配电网弧光高阻接地故障非线性建模及故障解析分析

中性点经消弧线圈接地配电网弧光高阻接地故障是目前配电网单相接地故障选线、检测的难点,故障点长时间存在极易引发山火、人身触电等恶性事故。现有研究未考虑零输入响应对故障状态方程的影响,尚无考虑电弧非线性的故障状态方程解析求解方法。针对该问题,该文建立零输入?零状态的完备非线性弧光高阻接地故障模型,采用电弧分段线性化,求解给出欠阻尼和过阻尼两种情况下故障零模电压、零模电流的解析表达式。算例仿真验证了非线性故障状态方程解析解的正确性,为后续的故障检测算法研究提供了理论基础。     

特高压交流输电线路单相接地潜供电弧仿真

输电线路发生单相接地故障引起的潜供电弧的随机性较强,为弥补模拟试验的不足,数字建模和仿真已成为研究潜供电弧的重要工具。鉴于此,提出了一种计算潜供电弧自熄特性的仿真模型,以特高压交流试验示范工程为例,计算了电弧的运动特性、电弧电流波形,得到了潜供电弧自熄时间,仿真结果与现场实测结果基本一致,表明所提出的潜供电弧仿真模型具有较大的工程实用价值。     

基于小波包方法的配电网故障选线与仿真研究

配电网单相接地故障选线问题一直未能很好地解决。在分析配电网发生单相接地故障暂态特征基础上,对中性点经消弧线圈接地系统发生单相接地故障进行了仿真。介绍了一种利用小波包分解暂态零序电流的故障选线方法。该方法利用小波包对各条线路的暂态零序电流进行多层分解,按照能量最大的原则确定各线路暂态零序电流分布集中的特征频带,在征频带内进行幅值与极性综合比较选出故障线路。通过MATLAB仿真表明,该方法可以准确实现故障选线,具有较高的灵敏度,且不受过渡电阻、故障合闸角及电弧的影响。     

10 kV配电网单相接地故障电弧自熄特性的试验研究

设计了研究10 kV配电网单相接地故障电弧自熄特性的集中参数模拟试验回路,针对集中参数模拟回路和分布参数实际系统,对单相接地故障下的恢复电压峰值及其上升速度进行了数值仿真,分析了模拟回路与实际系统的等效性。为研究单相接地故障电弧的自熄特性,利用模拟试验回路,当单相接地电流为5~30A时,在中性点不接地、经消弧线圈接地、经消弧线圈并联电阻接地方式下,改变绝缘间隙距离,系统地进行了大量的燃弧试验,统计分析了电弧自熄概率,给出了消弧线圈补偿方式下的残流限值。试验结果为10 kV配电网选择合适的中性点接地方式提供了科学依据。     

基于组合Mayr和Cassie电弧模型的弧光接地故障仿真及分析

弧光接地故障在配电网中发生的概率较大,其动态特性对于检测电弧故障起着十分重要的作用。Mayr、Cassie模型是研究电弧接地故障两种经典模型,适用于描述电弧不同的物理特性。文中以电弧电流为变量建立过渡函数,构造了一种Mayr-Cassie组合模型,该模型综合考虑了电弧对流散热和径向传导散热。在PSCAD/EMTP平台上搭建了单相电弧接地故障模型,分析了电弧电压、电流、电阻的动态特征,并进一步将该模型用于10 kV配电网故障分析中,结果表明该模型可准确反映电弧特性。     

发电机定子单相接地故障下定子铁芯的电弧烧损过程

针对发电机定子单相接地故障导致定子铁芯烧损的问题,提出了基于电弧模型和定子铁芯温度场模型的仿真分析方法。首先,根据单相接地等值电路构建电弧模型,分析电路参数对电弧电压和电弧功率的影响。其次,建立定子铁芯温度场模型,利用有限元法计算电弧功率、故障时间等参数不同时铁芯的烧熔体积。仿真结果表明,电弧功率与接地故障电流大小、铁芯烧熔体积与电弧功率呈近似线性关系。最后,分析定子铁芯燃弧烧损试验数据,提出电弧功率模型,修正温度场模型,明确铁芯烧熔体积与接地故障电流大小的关系,并通过仿真与试验对比验证仿真分析方法的有效性。结合电弧烧损铁芯的仿真和试验以及电机制造厂家的铁芯局部修复水平,可以确定大型发电机的接地故障电流允许值最大为25 A。     

High impedance fault detection utilizing incremental variance ofnormalized even order harmonic power

A novel method for the detection of high-impedance faults is proposed which uses the incremental variance of a normalized even order ratio measure. Staged fault tests were extensively carried out in Korean electric power systems. From the analysis of the staged fault test data, it was found that there exists an intermittent arcing phenomenon in most high-impedance faults and that the waveforms of this arcing fault current have an asymmetrical shape in each cycle. Based on these facts, three criteria, (even-order power, even-order ratio, and even-order incremental variance) for fault detection are presented, all of which are based on the changes of normalized even-order harmonic power in fault currents. These criteria are compared through the analysis of staged fault data and normal switching event data. It is shown that the even-order incremental variance criterion is superior to the other two criteria and that, with this criterion, high-impedance faults can be distinguished from normal switching events, including special loads such as electric furnaces and subways. Microprocessor-based protective relays, which can detect high-impedance faults by using the proposed methods, have been constructed, installed in Korea Electric Power Corporation substations, and tested during the last two years. Details of these field tests are given     

配电网弧光接地故障建模仿真与实验研究综述

弧光接地故障是配电网中最常见的故障,不易被发现且危害巨大,产生机理复杂,特征具有随机性.针对上述问题,从配电网弧光接地故障产生的原因和危害、弧光接地故障数学模型、弧光接地故障抑制和保护策略、弧光接地故障识别和定位技术、以及弧光接地故障的物理模拟实验与仿真测试等方面进行了阐述,对国内外的研究现状进行了总结和分析.并对配电...     

考虑弧长动态变化的配电网电弧接地故障建模及辨识

目前针对配电网电弧故障的研究大多忽略电弧弧长变化因素的影响,电弧故障模型与实际配电网电弧故障相差较大,电弧接地故障辨识不准确.为此,搭建了考虑弧长动态变化的电弧接地故障模型.在此基础上,分析了电弧接地故障稳态零序电流的时域波形差异,提出了一种基于稳态零序电流加权欧式距离的电弧接地故障辨识方法,实现对电弧故障的有效辨识....     

基于相位差的不对称配电网接地故障选相方法

在配电网中性点不接地及经消弧线圈接地系统中,针对传统接地故障选相方法未考虑泄漏电阻及三相不对称情况导致过渡电阻较高时选相错误的问题,论文提出了基于相位差的不对称配电网接地故障选相方法,考虑线路泄漏电阻及三相不对称参数,分析了故障相电压和故障前后中性点电压变化量的相位差与消弧线圈补偿状态及线路参数的内在联系,得出了接地故障选相判据,最后提出了配电网接地故障选相方法实现方案。在PSCAD/EMTDC仿真环境中搭建配电网接地故障模型,仿真结果表明在不同过渡电阻及消弧线圈不同补偿状态下判据均适用,验证了所提方法的可行性。     

基于MATLAB的电弧建模仿真及故障分析

单相电弧接地故障是中压配电网中的主要故障形式,建立准确的接地电弧模型对于故障分析是十分必要的。文中在MATLAB平台上构建了基于弧隙能量平衡理论的接地电弧模型,通过与实测波形相比较,证明该电弧模型能有效地反映实际接地电弧的特性,并利用小波变换,提取电弧电压、电流的暂态信息,对故障信号的奇异点进行分析,确定故障时刻。