小电流接地系统间歇性弧光接地过电压影响因素分析

弧光接地过电压作为小电流接地系统中最常见的内部过电压之一,对电力系统的安全稳定运行产生巨大威胁。弧光过电压的产生往往伴随着间歇性,通过分析间歇性弧光过电压的暂态特征以及影响因素能够为防治该现象提供必要的参考。为此,考虑了包括电弧重燃时刻、燃弧时长、熄弧时长、电弧电阻在内的几个不同影响因素,通过搭建中性点不接地系统的仿真平台分析间歇性弧光接地过电压的暂态特征,并对比各影响因素的作用程度。结果表明在中性点不接地系统的间歇性接地能够产生明显的过电压,并且过电压的幅值主要受重燃时刻和电弧电阻影响,而燃弧时长、熄弧时长对过电压幅值影响较小。     

燃弧间隔对10 kV电缆线路的影响

弧光接地过电压严重危害10 kV输电线路,理论上弧光接地过电压幅值是额定值的3～3.5倍,实际中由于燃弧时间间隔和燃弧时间等因素过电压的幅值低于理论值,为了更好地分析电弧重燃与熄灭的过程,建立与实际情况更为吻合的电弧模型,对燃弧时间间隔对过电压和故障点电流的影响进行分析。通过建立准确的电弧模型分析电弧重燃的时机与过电压水平的关系,分析电弧的燃弧特性为预防弧光接地过电压提供理论依据。研究建立了Mary电弧模型,通过分析两次电弧燃弧时间间隔对弧光接地过电压和故障点电流的影响,发现两次燃弧时间间隔越长电弧产生的整体过电压水平越低,电弧重燃后的电流也会随着间隔的增加幅值不断降低。     

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。     

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。     

配电网单相接地电弧建模及仿真分析研究

为选择有效的配电网接地消弧措施及选线方法,有必要进行电弧建模及仿真研究。给出Cassie、Mayr、Schwarz、控制论等四种电弧模型的数学方程,其中Mayr、Schwarz、控制论等三种电弧模型适合描述接地电流较小的电弧的故障特征。建立Schwarz和控制论电弧仿真模型,并利用电弧特性测试电路对这两种模型做仿真对比分析。控制论模型因能直接设置弧长,直观地反映配电线路故障拉弧情况,更适用于谐振接地系统单相弧光接地故障仿真研究。采用ATP-EMTP软件建立谐振接地系统模型和控制论电弧模型,分析了不同电弧长度对电弧阻抗、接地电弧稳态和暂态特性的影响。仿真结果表明,利用控制论电弧模型可较直观且准确地仿真谐振接地系统弧光接地故障。     

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。利用PSCAD搭建10 kV配电网模型,大量电弧接地故障仿真实验结果表明,所提电弧故障模型准确有效,可以准确描述电弧电流、电压和故障特性。所提辨识方法能够准确辨识故障类型,且所提方法不受故障初相角、故障位置的影响,为配电网故障精准可靠感知提供依据。     

基于级联H桥变流器和dq变换的配电网故障柔性消弧方法

为解决配电网单相接地故障消弧的难题,提出一种基于级联H桥变流器和dq变换的柔性消弧新方法。配电网的三相经级联H桥变流器接地,柔性控制非故障相变流器经连接电感注入电流,补偿接地点的电弧电流,抑制故障相恢复电压,促进电弧快速熄灭、不易重燃。为了实现对稳定性和间歇性电弧接地故障电流的全补偿,结合级联H桥变流器的特性,提出一种基于dq坐标变换的故障谐波及暂态电流分量的检测方法。根据级联H桥变流器注入电流对接地故障电流、故障相恢复电压的作用机理,研究各类电弧接地故障的统一柔性消弧方法,仿真结果表明所提消弧方法的有效性,可以提高配电网接地故障熄弧率,促进柔性交流输电(FACTS)技术在智能配电网接地故障保护中的研究与应用。     

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。     

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。     

相电源馈入中性点的配电网接地故障相主动降压消弧装置及其应用

针对传统消弧线圈不能完全抑制间隙性弧光过电压及故障相转移装置在发展性故障情况下存在引发严重相间接地短路过电流的风险,提出一种相电源馈入中性点的配电网接地故障相主动降压消弧方法。发生单相接地故障时,从接地变压器二次侧提取与故障相相电势相反的线电压向量,通过注入变压器升压馈入至配电网中性点,强迫故障点电压至电弧重燃电压以下,实现熄弧并阻止电弧重燃,有效抑制间隙性弧光接地过电压和不停电处理可恢复性绝缘故障,并研制出由接地变压器、单相注入变压器等相关设备组成的主动降压消弧装置。在10kV真型配电网试验场通过大量实验测试和挂网运行验证了所建议方法和装置的可行性和可靠性。通过与现有同类技术比较,该装置具有性能好、兼容性强、造价低、短路电流风险小等优势。     

配电网接地故障相主动降压消弧成套装置及其现场试验

中性点非有效接地配电网易发生间歇性弧光接地故障,产生过电压,危及人身设备安全,甚至引发电缆通道火灾。针对该问题,提出了接地故障相主动降压消弧控制原理与技术,研发了成套装置,通过灵活调控零序电压,控制故障点电压低于故障电弧重燃电压,强迫故障电弧自行熄灭,实现间歇性弧光接地故障的不停电消除,且有效抑制过电压。通过大量实验室测试、实际变电站实测与运行,验证了接地故障相主动降压消弧技术的正确性和可行性。     

新型接地故障基波电流全补偿柔性控制系统

单相接地故障电流和间歇性弧光过电压严重影响供电系统的安全,为此提出一种偏置接地柔性控制系统,其具有中性点不接地系统和谐振接地系统的优点。中性点不接地系统正常运行时加入偏置元件,实现电网电容电流和绝缘电阻的精确测量,测量结果不受电网不对称度的影响;当发生单相接地故障后,根据故障前后零序电压和测得的线路分布参数计算故障电流,比较各相电压与故障电流的相位实现故障选相,选相结果不受过渡电阻的影响;然后在故障相的超前相对地接入一阻感性补偿元件,补偿元件可实现接地故障基波电流的全补偿,可有效地将故障相电压钳制为零,消除电弧重燃的可能性。由于高阻接地故障的接地电流小、零序电压位移度小,不满足电弧自燃的条件,因而根据接地电流实际测量值柔性控制补偿元件的投切,为配电网接地故障消弧提供新的理论。     

基于接地变压器绕组分档调压干预的配电网主动降压消弧与保护新方法

针对配电网消弧柜技术无法灵活调控系统零序电压,以及有源电压消弧技术电力电子与控制电路复杂、硬件实现困难的问题,提出基于接地变压器绕组分档调压干预的配电网主动降压消弧方法。通过将分档调压接地变档位抽头进行接地,对故障相电压进行分级调控,主动将故障电压抑制到电弧重燃电压以下,实现接地故障可靠消弧。进一步提出基于零序电流增量的接地故障主动辨识及选线方法,通过调控接地档位,逐级放大故障残流,实现永久性接地故障馈线的灵敏辨识。在PSCAD/EMTDC仿真环境中搭建典型非有效接地10kV配电网单相接地故障模型,对所提方法进行验证,仿真结果表明该方法能够可靠消除瞬时性弧光接地故障,动态感知及抑制永久性接地故障电流,并实现接地故障馈线的准确判别。     

有源柔性接地配电网弧光高阻接地故障检测方法

针对配电网高阻接地尤其是弧光高阻接地故障检测准确率低的问题,该文采用中性点注入电流增量的方式构造故障诊断特征参量,提出配电网高阻接地故障检测新方法,对弧光高阻接地故障有着较高检测灵敏度。实际应用中,仅需向配电网注入选定的电流增量,测量电网零序电压和线路零序电流的变化量即可实现系统和线路绝缘参数测量、接地故障判定与故障程度跟踪监视、故障选相和选线等,具备消除注入电流调控、配电线路分布参数不对称和接地燃弧感性分量等因素对检测结果的影响,操作简单、易于实现。仿真和故障模拟实验证实了方法有效性,为配电网弧光高阻接地故障快速安全处置提供理论依据。     

配电网用无源消弧装置运行效果比较

对配电网用无源消弧装置进行研究,比较在系统发生单相接地故障时,消弧线圈与消弧柜对故障点接地电流和弧光接地过电压的抑制效果。基于Matlab/simulink仿真软件建立配电网模型,以某10 k V配电网为例,分别仿真采用消弧线圈与消弧柜两种消弧装置的系统单相接地故障,分析了消弧装置在故障相电压分别处于峰值和零值时,发生金属性接地与间歇性弧光接地情况下的运行效果,总结了两种消弧装置的优缺点,对合理选择消弧装置具有一定的指导意义。     

基于击穿间隙与可变电阻的配电网弧光接地故障建模分析

配电网弧光接地故障易引发森林火灾及人身触电等事故,弧光接地属时变、非线性故障,准确刻画弧光接地故障特征有利于提升配电网接地故障研究与模拟能力。针对传统的故障模型未考虑故障发展全过程,提出了基于击穿间隙与可变电阻的配电网弧光接地故障模型,考虑不同接地介质下弧光电压与电阻的发展过程,建立了击穿间隙与可变电阻解析方程。PSCAD/EMTDC仿真环境下验证表明,该弧光故障模型电流零休特征明显,电压具有显著的非线性畸变特点,反映了故障的发展特性。在10 kV配电网真型试验场进行弧光接地故障现场试验,并将现场试验数据与仿真数据进行对比分析,发现试验数据与模型数据拟合程度高,能真实刻画弧光接地故障特征,为配电网故障消弧、定位、选线奠定了基础,具有较强的实用价值。     

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。     

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.     

光电磁同步融合的弧光检测与保护

中压配电网开关柜所处的内外部工作环境复杂,易发生接地故障,产生的故障电弧严重危及人身安全与设备安全,现有弧光保护技术与装置的可靠性不高、灵敏性不足。发明了一种故障电弧的光、电、磁同步融合检测方法:利用电弧起弧阶段产生的特定波段的紫外光强增量与电压梯度构成或逻辑作为启动判据;利用电弧燃弧阶段可见光强增量和零序暂态电流变化趋势增量的正相关相似度作为出口;实现了开关柜内接地故障电弧光电磁同步检测,突破了接地弱电流故障分量检测的瓶颈。弧光保护出口时间不大于5 ms,包括断路器动作时间,整个保护时长小于35 ms,远小于电缆起燃的时间,避免了开关柜接地电弧发展成稳定电弧,避免永久故障的形成,提高了开关柜运行安全性与可靠性。     

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。