Analysis of Intermittent Arc Overvoitages in Low Resistance Grounded Systems

利用PSCAD/EMTDC软件建立了中性点经小电阻接地系统的仿真平台,使用接地电弧模型模拟间歇性电弧接地故障,并结合工频熄弧理论分析弧光过电压的产生情况.首先分析中性点不接地系统发生间歇性电弧接地故障时弧光过电压的情况,通过仿真证实这种接地方式容易发生弧光过电压;然后分析在中性点经小电阻接地系统中两种间歇性电弧接地故障引起过电压的情况.最后得出结论:中性点经小电阻接地方式可以较好地抑制间歇性弧光接地过电压的产生.     

小电阻接地系统间歇性弧光过电压分析

利用PSCAD/EMTDC软件建立了中性点经小电阻接地系统的仿真平台,使用接地电弧模型模拟间歇性电弧接地故障,并结合工频熄弧理论分析弧光过电压的产生情况。首先分析中性点不接地系统发生间歇性电弧接地故障时弧光过电压的情况,通过仿真证实这种接地方式容易发生弧光过电压;然后分析在中性点经小电阻接地系统中两种间歇性电弧接地故障引起过电压的情况。最后得出结论:中性点经小电阻接地方式可以较好地抑制间歇性弧光接地过电压的产生。     

小电流接地故障电弧建模分析

在小电流接地系统中单相电弧接地故障普遍存在,建立准确的电弧模型是研究故障特征的基础.本文在经典"控制论"电弧模型的基础上建立了改进的"控制论"电弧模型,通过控制弧长可以准确地模拟小电流接地故障电弧的发展过程.基于PSCAD平台搭建了典型10 kV配电网仿真模型和接地电弧模型,分析了不同电弧模型参数对电弧特性的影响.仿真与实测结果基本一致,表明该电弧模型能够有效反映接地电弧特性,通过改变模型参数可以实现不同类型电弧的仿真模拟.     

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。     

配电网间歇性重燃电弧模型的建立与断续弧光接地故障特征分析研究

电弧间歇性重燃是配电网单相接地故障最显著的特征。现有的电弧模型甚少考虑电弧间歇性重燃特性,导致无法精确描述断续弧光接地特征,进而影响继电保护动作。为此,论文提出一种间歇性重燃电弧模型的建立方法,并在此基础上对断续弧光接地故障特征进行了分析。弧道阻抗的随机变化是电弧间歇性重燃的重要标志,故论文重点围绕弧道阻抗变化的随机性和重燃时间间隔的随机性开展间歇性重燃电弧模型的研究。黑盒电弧模型中,Cassie-Mayr联合模型能完整的描述电弧电流从大电流到小电流的变化过程,但存在从大电流变化为小电流的判据模糊,转换过程突变的问题。为此,论文通过引入连续过渡函数解决上述问题。同时,为描述弧道电阻的变化特性,利用Fermi函数对联合模型中Mayr模型和Cassie模型进行权重分配。以改进的Cassie-Mayr单次燃弧模型为基础,根据工频熄弧理论,通过设置燃弧时间长短表征间歇性重燃的随机性,从而建立了间歇性重燃电弧模型。利用该模型,对典型10kV配电网单辐射型网架结构的接地故障进行模拟仿真,采用快速傅里叶变换(fastFouriertransform,FFT)和小波包分析提取了不同条件下故障电压、电流...     

间歇性电弧接地故障建模分析

在小电流接地系统中间歇性电弧接地故障普遍存在,建立准确的电弧模型是研究这类故障特征的基础。本文首先介绍了改进的"控制论"电弧模型,可以通过控制弧长有效地模拟不同情况下的电弧发展过程。将其应用于间歇性电弧接地故障的仿真研究,提出一种通过比较不同条件下稳定燃弧电压、空气耐受电压与系统恢复电压的熄弧燃弧判据。在PSCAD平台上搭建了典型10kV配电网仿真模型,分析了不同电弧模型参数对间歇性电弧接地故障特征的影响。仿真与实测结果说明了电弧模型的有效性以及所提判据的可行性。     

计及相间电容影响的单相弧光接地过电压抑制策略研究

本文提出相间电容降低单相弧光接地过电压幅值及抑制电弧重燃的理论依据及相关措施。首先推导得出单相弧光接地非故障相过电压幅值、故障相恢复电压幅值以及故障相恢复电压平均速率与系统参数的理论联系。结合本文提出的理论探究相间电容对降低弧光接地过电压幅值以及抑制电弧重燃的重要作用。利用Matlab软件建立改进Mayr动态电弧仿真模型对结论进行仿真,验证文中结论的正确性与可靠性。最后,通过实例分析配电网加装并联电容器能够在不增加额外电容器配置的前提下同时解决无功补偿和弧光接地过电压问题,对配电网安全及经济运行具有指导性的意义。     

小电阻接地系统高阻接地故障检测技术综述

小电阻接地系统发生高阻接地故障时电流小于传统的零序电流保护动作阈值,并且时常伴随有电弧的发生,难以准确检测与切除高阻接地故障。文章基于零序等效网络分析了小电阻接地系统单相高阻接地故障时母线零序电压理论特性和各出线零序电流特征;针对高阻接地故障常伴随发生的电弧现象,从故障点燃弧的物理过程出发,详尽分析了常用的Cassie电弧模型、Mayr电弧模型、改进的Mayr电弧模型、Mayr-Cassie组合电弧模型和Emanuel电路模型等六种电弧模型的物理近似过程、数值推导过程、试验验证及适用条件;分别从时域的伏安特性分析法和零序电流畸变法、频域的故障电流信号法和故障电压信号法出发,分析了高阻接地故障检测方法中的信号处理过程、故障特征提取方法、检测方法的优点与不足;认为采用零序电流波形在过零点附近畸变引起的波形斜率曲线变化作为故障特征具有明确的数学与物理意义,采用零序电压信号经小波包分解后高频段与低频段能量比作为故障特征,基本不受故障条件、系统结构等因素的影响,具有较好的检测效果。     

配电网单相接地故障电弧特性分析及真型试验技术研究

研究电弧故障特性对配电网稳定运行具有意义。通过仿真搭建Cassie和Mayr电弧模型,得出不同电压等级下适合配电网模拟电弧故障的模型,Cassie电弧适合高压配电网模拟电弧接地故障,Mayr电弧适合中压配电网模拟电弧接地故障。此外,在中国电力科学研究院有限公司特高压交流试验基地搭建10 kV真型配电网试验平台,验证仿真模型的正确性,试验验证与仿真实验结果相一致。结果表明：与中性点不接地方式相比,配电网在中性点消弧线圈接地条件下,对故障过电压抑制效果明显,可提高系统的安全可靠性。     

基于Mayr-Cassie的配电网络单相接地电弧建模及仿真研究

中低压配电网络中,单相接地故障发生的概率最大,能准确反映接地故障特征的相应数学模型是配电网故障分析的基础。基于弧隙平衡理论,分析了经典Mayr模型和Cassie模型的特点,建立了一种Mayr和Cassie合理结合的电弧模型,进一步研究了弧长参数对电弧特性的影响,反映出接地电弧的物理特性;最后,将此电弧模型用于某10kV配电网络,以间歇性电弧接地的故障形式进行模拟仿真,通过对结果的分析和与实际情况的比较,验证了该电弧模型的正确性,为下一步配电网故障分析打下良好基础。     

非有效接地电网单相电弧接地故障的建模及仿真

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。文中比较了现有的几种电弧模型的优缺点,在基于弧隙能量平衡理论的动态电弧模型的基础上建立了接地电弧模型,在PSCAD平台上构建了10 kV配电网模型及接地电弧模型。通过与实际实验波形的比较,表明接地电弧模型能有效地反映接地电弧的性质。然后将此模型用于仿真2种不同的间歇性电弧接地故障,其过电压倍数符合实际情况,从而间接证明了接地电弧模型的正确性。     

小电流接地系统接地故障电弧重燃暂态特征分析

小电流接地系统单相接地故障时常具有间歇性,针对电弧重燃时刻与重燃时电气量的分析可完善故障暂态理论并提高检测效果。文中根据接地故障熄弧后的电压与绝缘恢复特点,分析不同接地系统中在故障点不同稳定情况时的可能重燃时刻,并对重燃后故障暂态特征进行分析。故障点稳定时,不接地系统中易在熄弧后半个工频周期内重燃;经消弧线圈接地系统中,重燃主要发生在故障相电压峰值前时刻。故障点不稳定时,重燃时刻无明显规律。将重燃过程看作非零初始状态的单相接地故障,高频暂态电流的谐振频率、衰减因子与重燃时刻无关,幅值与重燃时刻故障相电压瞬时值近似成正比,经消弧线圈接地系统中的衰减直流分量衰减因子与重燃时刻无关、幅值与相电压对时间导数近似成正比。仿真及实测数据验证了分析结论的正确性。     

一起10 kV谐振接地系统连续故障分析

单相接地故障在电网中发生故障率较高,研究单相接地故障对提升供电可靠性有重要意义。文中从母线电压的角度剖析了10 kV谐振接地系统发生单相接地故障的特点,洞悉单相接地故障的诸多原因,进而减小单相接地故障的发生率,保证电网安全稳定运行。首先,分析系统单相接地故障接地时的暂态过程,得出了暂态电流的具体数学模型;然后,对该起故障的录波波形进行分阶段定性分析,同时使用Matlab仿真验证分析的正确性,并探究了在不同接地电阻下母线电压的变化规律;最后,针对谐振接地系统提出建议以减小单相故障的影响范围,具有较高的工程应用价值。     

配电网混合接地运行分析

配电网接地方式改造面临小电阻接地系统同原有的消弧线圈接地系统混合运行的情况,文中以研究混合接地系统运行对原有保护的影响与改进为主要目的,对单相接地故障进行理论分析,运用实际参数建立混合接地系统模型进行单相接地故障仿真,对单独接地和混合接地系统各量进行对比分析,得出混合运行情况下消弧线圈接地系统侧的接地故障将会引起小电阻接地系统保护误动,最后提出有效的混合接地运行系统零序保护的改进方案。具有很强的工程运用价值。     

基于VMD-CNN的小电流接地系统故障电弧检测方法研究

构建准确且符合特定场景的电弧模型,研究电弧小电流接地的电流信号特征,并基于可量测电气量信号进行处理,对于及时可靠辨识故障电弧具有重要意义。提出一种小电流接地系统故障电弧的检测方法,通过建立故障电弧模型,基于变分模态分解算法(Variational Mode Decomposition, VMD)和卷积神经网络算法(Convolution Neural Network, CNN)对故障电弧进行准确辨识。首先,采用改进“控制论”电弧模型,基于PSCAD软件平台搭建了典型10 kV配电网仿真模型和接地“控制论”电弧模型。其次,采用变分模态分解算法对故障情况下的电气信号进行处理,得到4组电流信号的固有模态分量(Intrinsic Mode Function, IMF)。然后,提取包含信号基频成分的第一组IMF(IMF1)作为卷积神经网络(CNN)的输入。最后,应用CNN对IMF1进行特征识别,正确辨识正常与电弧故障情境。实验与仿真结果显示,通过利用VMD-CNN识别方法,提高了对原始电流信号识别准确度,能准确检测出故障电弧。     

不对称电网单相弧光接地过电压理论的研究

电网对地电容参数严格对称是传统的单相弧光接地过电压理论准确有效计算过电压幅值上限的前提条件。由于电网三相不对称度的普遍存在,当电网发生单相弧光接地故障时,实际的过电压幅值可能超过传统过电压理论计算出的幅值上限,使电网在绝缘与过电压保护方面存在风险。文章首先从理论上推导单相弧光接地过电压的物理过程,鉴于彼得生理论,彼得和斯列宾理论等传统过电压理论并未考虑电网的三相不对称度,文章引入三相不对称变量,使单相弧光接地过电压理论更加精确的同时更为符合工程实际的需要。最后通过改进的Mayr动态电弧模型仿真对文章理论和传统过电压理论进行对比验证并作误差分析。     

基于磁通控制消弧线圈的注入式选线新方法

提出了一种谐振注入式接地故障选线新方法,可用于谐振接地系统单相接地故障选线。该选线方法充分利用了基于磁通控制消弧线圈的运行特点以及谐振频率电流能够突出故障信息的特点,可注入较大幅值的谐振频率电流以增强故障信息。其原理是在接地故障发生前后分别通过消弧线圈二次侧的逆变器注入相同的谐振频率电流,对电力系统零序参数形成2次快照,采用比值法及增补判据对2次快照的电流值、电压值进行分析,判定不满足相关判据的回路为故障线路。理论研究及仿真证实,该方法可以在消弧线圈补偿的同时进行选线,可以有效地检测高、低阻接地故障。     

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。     

考虑线路压降的快速接地开关消弧性能及应用

快速接地开关兼具电压、电流双重消弧效果,但传统分析未考虑线路压降对故障点电流的影响,需进一步分析其消弧性能。考虑故障线路动态参数,建立应用快速接地开关的配电网单相接地故障模型,采用对称分量法推导出故障点电流计算公式。计算结果显示故障点电流受故障线路负载电流、序阻抗、相间电容、故障距离以及过渡电阻等多重因素影响。分析快速接地开关等效熄弧电路模型,表明快速接地开关可有效抑制间歇性弧光接地过电压,但在故障线路动态参数造成故障线路压降较大的稳定低阻燃弧过程中,快速接地开关可能增大故障点电流,不利于电弧熄灭。结合快速接地开关的优缺点分别对单独应用快速接地开关消弧及其与消弧线圈配合消弧提出建议。最后通过MATLAB仿真验证了文中的分析结果。