基于零序导纳的小电流接地系统单相接地故障检测技术及其应用

对小电流接地系统单相接地故障的检测一般有基于故障暂态分量检测、基于故障稳态分量检测等方法,存在检测准确率、可靠性低的问题.介绍一种基于零序导纳的接地故障检测方法,通过测得的线路零序电流及系统零序电压,计算线路的零序导纳,在零序导纳坐标图中定位故障位置,判断单相接地故障是否发生在本线路.零序导纳检测方法接线、设定及计算简单,不受故障点接地电阻大小的影响,在接地电阻差异较大、有无消弧线圈或消弧线圈存在不同补偿度的工况下都有较高的灵敏度和可靠性.     

零序导纳法接地选线保护原理

针对小电流接地电网单相接地故障选线及定位困难的状况，从分析中性点不接地或经消弧线圈电网故障前后各线路测量参数的思路出发，导出了在故障时测得的故障线路零序导纳与实际零序导纳不同、非故障线路与实际导纳相同的结论，对小电流故障进行接地选 线。零序导纳法的关键是准确地测量线路的实际零序导纳，论文给出了几种能够获得线路实际零序导纳的方法。故障前后各线路的零序导纳用相同的硬件通道获得，自动地减小电压互感器TV、电流互感器TA误差的影响，选线原理具有较高的灵敏性和可靠性。通过记忆故障前各线路实际零序导纳，推导出故障降点的计算公式，对故障予以定位。     

基于信号注入的谐振接地系统故障点残流测算方法

谐振接地系统中,故障点残流的测算对于故障风险防范、消弧线圈补偿效果评估等运维工作具有指导意义。然而,长期以来始终未找到合理的技术方向。针对谐振接地系统单相接地故障,首先分析正常状态下信号注入和接地故障燃弧状态下两个不同阶段线路出口处的零序测量导纳。分析表明,信号注入时所有线路的零序测量导纳为本线路导纳,而故障发生后故障线路的零序测量导纳为背后导纳。然后,根据零序测量导纳和母线零序电压,分别计算故障点残流中的有功分量和无功分量,进而提出一种故障点残流测算方法。Matlab/Simulink仿真验证表明,该方法基本不受系统失谐度和过渡电阻的影响,且测算结果准确性较高。     

含同母线环路的配电网单相接地故障特征及选线

现有小电流接地故障选线方法均以辐射状线路为基础,特定情况时将出现同母线环路供电情况,接地故障特征将发生变化,已有选线方法需要重新审视。文中建立了含环路配电网单相接地故障复合网络,推导了环路两端出口稳态与暂态零序电流的分布特征,分析了已有选线方法的适应性。结果表明,环路接地时,随线路参数和故障位置不同,环路两端出口电气量并非始终表现为故障线路特征,已有稳态量和暂态量选线方法将可能出现误选与漏选。可通过增加备选线路条数并利用环路中一条出口线路切除前后其余各线路零序导纳的变化辨识故障线路或将环路两端出口零序电流之和参与选线比较的方法解决该问题。仿真与现场数据验证了故障特征的正确性及所提选线措施的有效性。     

基于零序导纳变化的灵活接地系统接地故障方向判别算法

目前灵活接地系统的接地保护大多直接采用小电阻接地系统的定时限零序过电流保护,存在高阻接地时保护灵敏度不足以及故障信息利用不充分等问题。通过分析灵活接地系统发生单相接地故障时,并联小电阻投入前后故障点上、下游及健全线路的零序测量导纳特征,发现并联小电阻投入前后故障点下游及健全线路的零序测量导纳不变,模值比为1,而故障点上游线路零序测量导纳的模值比远大于1,基于此提出了基于零序导纳变化的灵活接地系统接地故障方向判别算法。数字仿真和现场试验数据表明,该方法准确率高,不易受线路参数和过渡电阻等因素影响,可与定时限零序过电流保护配合使用,能满足现场实用要求。     

基于暂态行波的小电流接地系统故障定位

小电流接地系统发生接地故障时,故障电流的稳态分量较小,导致许多基于稳态分析的接地选线装置效果不佳,故障定位不准确.分析了小电流接地系统单相接地时故障线路与非故障线路的零序电流特征,介绍了小波变换、信号奇异性检测及行波测距原理,提出了利用小波变换提取暂态分量作为依据的故障选线方法,该方法对接地故障的暂态分量进行小波变换,通过比较变换后零序电流模极大值的大小和极性判别出故障线路,进而实现行波测距故障定位.MATLAB仿真结果表明,该方法能够准确、可靠地实现故障定位.     

零序导纳法馈线接地保护的研究

提出了采用测量线路零序导纳进行接地保护的新原理,讨论了直线式导纳继电器的接地保护判据。该原理克服了传统的小电流接地系统故障选线方法安装不便,可靠性不高等不足。只需测量本线路的零序电压、零序电流基波分量,适合在馈线保护中实现和就地终端单元（FTU）上安装,可行性高。经EMTP仿真分析表明：该方法具有较高的保护精度,能满足高阻接地保护的要求。     

基于柔性接地装置的不对称配电网接地故障选相选线方法

配电网高阻接地故障选相和选线一般较为困难。为解决这两个问题,提出了一种基于柔性接地装置的不对称配电网接地故障选相选线方法。首先详细分析各馈线零序电流在中性点零序电压调控前后的变化情况。利用不同调控状态下故障与健全馈线零序等值导纳的离散程度来辨识故障馈线,得出故障馈线辨识函数并构造了选线判据。其次,根据分相调控过程中馈线零序等值导纳与故障前馈线对地导纳差值的相角关系进行故障相判别,得出故障选相函数并构造了选相判据。理论分析和PSCAD/EMTDC仿真实验表明：配电网三相对地导纳不对称情况对所提方法并无影响,低、高阻接地故障时均有较高灵敏度,故障选相与选线结果准确,且选相和选线方法得到有效结合。     

小电流接地系统单相电弧接地故障特征的研究

通过理论分析和大量6kV模拟电弧接地实验,对小电流接地系统单相电弧接地故障时的暂态零序测量电流、零序电压的特征,以及故障线路与非故障线路暂态零序测量电流之间的关系进行了深入的研究和分析。这些暂态分量的特性为研究基于单相接地故障暂态分量分析的接地选线方法提供了理论依据。     

基于区段零序导纳的小电流接地故障定位方法

提出一种基于馈线区段零序导纳的小电流接地故障定位新方法。分段开关将配电网各馈线分成若干区段,在分析健全区段与故障区段零序导纳特征的基础上,讨论了基于零序导纳的故障区段判据。该定位方法可利用馈线终端单元作为现场测量装置,借助配电自动化系统实现。数字仿真结果证明:该方法定位准确率高,不易受系统运行方式、线路参数和过渡电阻等因素影响,能满足现场实用要求。     

基于压缩感知理论的小电流接地故障选线法

将一种全新的信号处理方法——压缩感知理论应用于小电流接地故障的选线中．采用压缩采样方法对故障前1／4周期到故障后1／4周期各线路零序电流进行低频压缩采样．然后通过恢复算法对所采信号进行精确重构。对承构信号采用小波去噪后进行经验模态分解（empirical mode decomposition．EMD）,选出各线路零序电流最高频IMF分量作差分运算．依据故障线路零序电流最高频IMF分量在故障发生时刻的一阶差分板性和健全线路相反的原则实现故障选线。Matlab仿真试验表明该方法不受采样频率限制．选线结果具有较高的准确度．     

基于EEMD和能量法的谐振接地配电网故障选线研究

提出一种基于集合经验模态分解（EEMD）的谐振接地配电网暂态量选线新方法。提取故障发生后各线路1／4周期暂态零序电流作为数据窗长度,用EEMD将1／4周期暂态零序电流分解为有限个固有模态函数（IMF）分量和一个剩余分量 r;将每条线路的IM F分量与原始信号做相关分析,选出与原始信号相关程度最大的前3个IM F分量作为暂态零序电流特征IM F分量,计算特征IM F分量和剩余分量的能量和作为线路的固有模态能量;计算各线路的固有模态能量权重因子,比较能量权重因子的大小选出故障线路。为了判断母线故障,选出能量权重因子最大的前3条线路做进一步比较。该方法利用暂态量,不受消弧线圈影响,可以同时适用于中性点不接地和谐振接地配电网,而且针对故障条件比较苛刻的高阻接地和小角接地故障同样适用。MATLAB仿真验证了方法的正确性。     

基于消弧线圈补偿特征的故障选线新方法

为解决零序电流互感器极性不明确导致选线错误的问题,提出一种根据消弧线圈补偿特征的选线新方法。对于每条线路建立健全线路数学模型,利用零序电压电流暂态分量与基频分量求取相应的导纳参数。针对分量"湮没"问题,提出一种矩阵束的改进方法实现小幅值高频分量的精确提取。分析得到消弧线圈补偿作用规律:在确定频段内故障线路两参数符号相反或数值明显减小,健全线路两参数计算结果相近,可实现故障判断。仿真实验结果验证了该方法摆脱了零序互感器极性不同导致选线错误的限制,无需线路参数信息即可实现故障自判,适应性强。     

基于经验小波分析的小电流接地系统单相接地故障选线方法

针对设备数量上升时智能电网复杂程度过高的问题,提出基于云雾计算的智能电网调度方案。模型由云计算层,雾计算层与终端用户层组成。其中雾计算层用于管理用户的请求和网络资源,并充当用户和云端之间的中间层。雾计算通过创建虚拟机以同时处理多个用户请求,从而使系统更为高效。顶层的云计算可直接通过自身或由雾计算层间接为终端用户提供服务。为有效分配雾资源,提出人工蜂群(Artificial Bee Colony,ABC)负载均衡算法。仿真实验表明,该算法的性能优于粒子群优化(Particle Swarm Optimization,PSO)等其他方法,从而有助于提升智能电网体系的效率。     

暂态零序电荷-电压特征与支持向量机结合的谐振接地系统故障选线研究

提出了一种暂态零序电荷-零序电压(Q-U)特征与支持向量机(SVM)相结合的配电网谐振接地系统故障选线方法。为解决配电网故障选线不可靠的问题,从配电网暂态故障特征出发,研究单相接地故障后馈线暂态零序电荷与零序电压的故障特征关系。并以各条馈线零序电荷与电压相关系数作为选线特征输入量,通过结合支持小样本分类的支持向量机分类算法,建立了一套基于暂态零序Q-U特征的配电网故障选线流程。在PSCAD/EMTDC仿真软件下建立35 kV的谐振接地系统模型,大量仿真结果表明该方法不受故障距离,故障时刻的影响,特别在高阻,电弧等工况下仍然能够实现正确故障选线。     

基于零序电压幅值差的配电网断线识别与隔离

由于配电网断线故障没有及时处理而造成的过电压、人畜伤亡、旋转电机损坏等事故时有发生。针对这一问题,首先分析了配电网发生断线后零序电压的分布特征,指出由于纵向断线造成系统的不平衡且电压不连续,断口两侧零序电压幅值差别较大。基于此特征,提出了基于零序电压幅值差的断线故障识别方法,并给出了基于配电网自动化系统的智能分布式和集中式两种故障处理模式。PSCAD仿真表明,所述方法在各种断线形态下都可以可靠定位,具有不受中性点接地方式、过渡电阻、负荷大小影响的特点,但依赖于通信。     

自动补偿电网零序对地导纳选线新方法的研究

自动调谐消弧线圈实现了电网电容电流测量的自动化以及单相接地故障的自动跟踪补偿,提高了电网运行的安全性和供电可靠性,却给电网的单相接地故障选线带来很大的困难。在简要分析谐波电流、零序有功、零序对地导纳以及信号注入等选线方法优缺点的基础上,针对自动补偿电网的运行特点,改进了零序对地导纳的计算方法,研究了新的选线原理,提高了该选线方法的准确性和适用范围。仿真分析结果说明了结论的正确性。     

配电网缆-线混合线路故障选线的HHT检测方法

配电网缆-线混合线路发生单相接地故障时,对故障前后各1/4周期内的暂态零序电流进行形态滤波预处理.选取任一线路的暂态零序电流,应用希尔伯特变换(HHT)检测其初始行波波头到达时刻,由此精确确定故障发生时刻.利用经验模态分解(EMD)对滤波后的各线路零序电流进行分解,得到各线路零序电流的最高频固有模态函数(IMF)分量,根据故障线路与健全线路暂态零序电流的最高频IMF分量在故障时刻的一阶差分极性相反的原理,比较各线路暂态零序电流在故障时刻的一阶差分极性,藉此形成选线判据.EMD具有唯一性,又能在时域和频域同时具有良好的局部化性质,分析结果在时频分辨率上具有很高的精度.该方法可以避开电流互感器饱和引起的间断角以及倒相对选线准确性的影响,对于缆一线混合线路、电缆线路和纯架空线路,该方法均适用.     

基于疏松耦合变压器零序解耦模型的同杆双回线路故障计算

不并列运行的同杆双回输电线路在发生单回线不对称接地故障时,线路之间存在零序互感,在线路故障计算时必须予以考虑。文中提出疏松耦合变压器零序解耦模型,基于该模型对不并列运行同杆双回输电线路的零序网络进行解耦,得到线路等效回路,进而求得线路零序等值阻抗。在不并列运行的同杆双回输电线路故障分析中,利用传统的对称分量法,结合已求得的线路各序阻抗,计算故障处各序网络电流,进而得到故障情况下回路的各相电流,从而完成该型输电线路单回线故障的计算。PSCAD/EMTDC仿真结果证明了所提零序解耦模型的正确性。