基于故障分量原理的配电网高阻接地故障检测方法

配电网中发生高阻接地故障时,短路电流小于传统过流保护的阈值,无法被常规保护装置检测和清除。若不及时消除短路电路,极易演化成严重故障。针对该问题,文中首先分析发生高阻接地故障时配电网的故障分量特征和基于母线处的正序电压故障分量与其相连接的各馈线正序电流故障分量的相位差特征,给出适用于配电网高阻接地故障检测的故障判据。然后,为解决配高阻接地故障检测过程中系统不平衡引起的一系列问题,制定了相应的故障检测启动判据。基于该故障检测判据和启动判据,制定基于故障分量原理的配电网高阻接地故障检测方法。最后,在PSCAD/EMTDC仿真软件中建立含架空线路的中压配电网模型,仿真结果验证了所提高阻接地故障检测方法的正确性。     

10 kV线路老化与高阻接地故障对线损影响研究

随着中国经济的快速发展,配电网线路网架趋于复杂,架空线路受环境因素影响引起老化与高阻接地故障而增加了线路损耗,不利于电网可靠经济运行。为分析老化与高阻接地故障分别对配电网线损产生的影响,首先建立了10 kV配电线路老化数学模型,以实际测量数据为基础,拟合得到不同运行年限的各类型线路阻抗变化情况,然后通过实验统计数据建立了不同接地介质下的高阻接地附加损耗模型,最后以某配电网为例,采用等值电阻法分别计算分析了老化与接地故障对配电网线损的影响。算例结果表明,一方面配电网线损随运行年限呈指数增长趋势,且运行年限较长、低负载线路的线损率易超过线损标准;另一方面高阻接地故障对于规模较小的配网而言会大幅度增加其线损率。     

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。     

配电网高阻接地故障保护技术及其发展

配电网中的人体触电、导线断线掉地、树闪等故障,接地电阻大,故障电流小,目前还缺少可靠的检测和保护手段。亟待研发高阻接地故障保护技术,以及时终止对触电者的伤害,消除导线坠地、树闪故障带来的触电和火灾隐患。文章主要介绍了配电网高阻接地故障的主要类型、故障特征以及国内外高阻接地保护技术的研究与应用情况,希望能起到抛砖引玉的作用,推动配电网高阻保护技术的发展。     

基于行波全景故障特征自辨识的高阻接地故障检测方法

受故障信号微弱、配电网存在噪声干扰等因素的影响，高阻接地故障情况下行波波头提取和检测困难，导致基于行波信号的高阻故障检测方法可靠性不高。针对上述问题，提出一种基于行波全景故障特征自辨识的高阻接地故障检测方法。首先，借助行波全景波形对高阻接地故障与正常暂态扰动电压行波信号的时-频差异性进行分析；然后，搭建卷积注意力模块-卷积神经网络（convolutional block attention moduleconvolutionneuralnetwork,CBAM-CNN）模型，使其较传统的卷积神经网络（conrolutionneralnetwork,CNN）模型更具抗干扰能力，将行波全景波形以灰度图形式输入卷积神经网络，实现对多维故障特征的提取与利用；最后，在PSCAD上搭建10 kV配电网模型进行各种故障条件下的仿真分析。结果表明：所提方法能够可靠检测高阻接地故障，抗噪性能良好，且不受故障位置、过渡电阻、初相角的影响，大大提高了基于行波信号的高阻接地故障检测方法的可靠性与灵敏性。     

参数不对称配电线路的等效模型与接地故障检测方法

为了提升配电网高阻接地故障检测的灵敏度,提出基于配电线路参数不对称度跟踪监测的单相接地故障检测方法。针对配电网各线路分布参数具有随机差异性的特征,定义了表征线路参数不对称的参量,论证了配电线路形成零序电流的临界条件和流通路径,建立了计及线路参数不对称随机差异性的配电网零序网络等值运算模型,提出了配电线路对地阻抗和不对称度等参量测量方法,实现了单相接地故障选线、选相和过渡电阻测量。根据故障类型优选故障检测方案,高阻接地时人为调控零序电压提高故障检测灵敏性,低阻故障时仅依赖零序电气信息变化量快速检测故障。仿真实验结果验证了所提检测方法的有效性。     

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。     

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。     

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。     

基于MMC的环状直流配网在不同接地方式下的故障特性分析

At present, the problem of abandoning wind and PV power in “Three North” region of China is particularly significant, and how to alleviate this problem has become the focus of universal attention. Calculation of renewable energy accommodation capacity is the basis to solve the problem of abandoning wind and PV power. Main problems of Chinese renewable energy accommodation is analyzed from power supply, power grid and load side aspects, and it focuses on the effect of inter-provincial tie-line to renewable energy accommodation capacity. At present, the interprovincial tie-line utilization level is limited, which affected renewable energy accommodation to a certain extent. Based on the sequential production simulation model, a new kind of renewable energy accommodation capacity model is put forward considering the utilization level of inter-provincial tie-line. According to different system stability constraints and different electricity constraints of inter-provincial tie-line, 4 schemes are designed for comparative analysis, and the evaluation model is used to calculate renewable energy accommodation capacity of “Three North” region of China in 2020. Example analysis results verify validity of the model that releasing curve constraints, electricity constraints and stability constraints in turn can significantly enhance renewable energy accommodation capacity through effective use of inter-provincial tie-line transmission capacity. Research work in this paper can provide strong support for the planning and scheduling control of power grid.     

配电线路弧光高阻故障检测技术综述

无论是中性点有效接地或非有效接地配网,配电线路发生弧光高阻接地故障时,故障电气量均相对微弱,传统的故障检测方法往往失效。因此,该文针对不同中性点接地方式,统一建模配电线路弧光高阻接地故障模型,并等效分析在故障点虚拟电源激励下产生的零状态响应特征。基于此,分别从稳态频域分析、暂态时域分析、行波分析、人工智能等多角度对两种中性点接地方式下配电线路弧光高阻接地故障检测方法进行技术梳理和总结,并从谐波波动、选线启动判据、波头识别、弧光畸变等几个方面提出后续的研究思路。     

基于暂态功率方向的柔性直流配电网线路单极接地保护方法

单极接地故障是柔性直流配电网最为常见的故障。采用小电流接地方式的MMC型柔性直流配电网发生单极接地故障时,短路电流小(主要是分布电容电流),故障识别困难,柔性直流配电网接地故障检测亟待解决。利用相模变换建立了基于MMC的多端环状柔性直流配电网单极接地故障的零模网络电路,分析了零模网络换流器和直流线路的阻抗特性。在所关注的特征频段内将零模网络简化等效,分析得到故障线路两端的零模电压导数与零模电流的极性均相反,非故障线路两端至少有一端的零模电压导数与零模电流极性相同。利用该故障线路与非故障线路差异特征,设计了一种利用暂态功率的方向纵联保护方法。其中故障线路两端暂态功率方向均为负,非故障线路两端功率方向至少有一端为正。最后在PSCAD/EMTDC平台搭建仿真验证。结果表明,所提保护方法能可靠识别区内区外故障,不依赖线路边界元件,无需数据同步,具有较好的耐受过渡电阻能力。     

谐振接地系统单相断线并坠地故障电压特征仿真分析

配电网断线故障频发,缺乏可靠实用的识别与定位方法。针对谐振接地系统的单相断线故障,建立故障模型。同时考虑了可能影响故障特征的各种因素,包括故障类型(断线不接地、电源侧或负荷侧单侧接地)、坠地点接地电阻、断口位置负载阻抗的分布以及系统的补偿度等。采用理论与仿真分析相结合的手段,分析地电位与中性点偏移电压的规律,并进一步得出断口前后各相电压、线电压的变化特征。结果表明,与单纯接地故障不同,其地电位分布范围较大,断口前后的线电压与三相电压差异明显。所得结论可为利用电压信号的配电网断线故障检测及定位方法研究提供理论依据。     

小电阻接地系统接地故障反时限零序过电流保护

现有的小电阻接地系统接地保护主要采用定时限零序过电流保护,定值较高,高阻接地时容易拒动。结合反时限过电流保护的特点,在分析小电阻接地配电网单相接地故障零序电流分布特征的基础上,提出一种改进的反时限零序过电流保护方法。通过各条出线保护间的横向配合,可使保护的启动电流定值无须躲过本线路的最大对地电容电流,显著降低了其启动门槛值,提高了高阻接地故障保护能力。通过MATLAB仿真验证了提出的反时限零序过电流保护的速动性和可靠性。     

基于小波去噪与随机森林的配电网高阻接地故障半监督识别方法

针对配电网高阻接地故障识别易受噪声干扰、无标签数据难以利用的难题,提出一种基于小波去噪与随机森林的高阻接地故障半监督识别方法。区别于监督式学习方法仅利用标签数据,基于协同训练方法能够充分利用有标签数据与无标签数据。首先,使用小波阈值去噪算法消除零序电流中的噪声。其次,采用波峰波谷故障启动算法判断线路是否发生故障或扰动事件。运用小波变换提取零序电流的小波系数作为故障特征。最后,基于小波系数故障特征构建两个随机森林作为半监督分类器进行协同训练,从而实现高阻接地故障的检测识别。仿真结果表明,所提配电网高阻接地故障半监督识别方法可以充分挖掘配电网既有的故障案例中无标注数据蕴含的关键特征,从而提高故障分类准确率,具有较强的准确性和灵敏性。     

小波模糊神经网络应用于配电网输电线的故障测距

在小电流接地系统单相接地故障特征分析的基础上，提出了一种基于故障后稳态及暂态电气量的小波模糊神经网络的故障测距方法。单相接地故障时的暂态分量故障特征非常明显，且故障暂态高频分量受故障前负荷的影响较少，故可以采用故障暂态分量描述故障模式特征并进行故障定位，鉴于已有的小波神经网络模型不适合于故障测距，作者从广义的小波神经网络概念出发，结合模糊控制理论，提出了适合于电力系统故障暂态和稳态信号分析的小波模糊神经网络方法，并将该方法应用于小电流接地系统直配输电线路的故障测距。理论分析及大量的EMTP仿真结果表明：本文所提出的小波模糊神经网络理论，模型及算法具有较好的故障测距性能，并可应用于电力系统的故障分析。     

直流输电单极故障引发接地极线路击穿的定位方法研究

为实现直流输电单极故障引发接地极线路击穿故障点的快速准确定位,缩短供电恢复时间,提出一种基于换流站故障录波的接地极线路击穿点定位方法。通过理论分析,得到直流输电单极故障情况下换流站中性母线电压U_(DN)振荡频率随接地极线路等效电感的变化规律,结合接地极线路模型并考虑参数频变特性的影响,构建了基于"频率—电感—距离"三者关系的击穿点定位算法。利用西南至华东某特高压直流工程实际故障案例对方法进行了验证。结果表明:该方法的有效性和精度满足实用要求,且无需额外增加换流站软硬件配置,便于工程应用。     

对称双芯移相器的接入对距离保护的影响及改进措施研究

对称双芯移相变压器(Phase Shifting Transformer, PST)作为潮流调控设备,能实现输电线路传输功率的调节。然而,PST接入线路后将改变线路阻抗分布、电压和电流信号,可能导致距离保护的误动或拒动。为了消除PST接入对常规距离保护造成的影响,根据PST对各序网故障分量的移相特性、PST序网等效阻抗以及接地、相间测量阻抗算法,推导出PST安装位置、PST移相角、故障位置均会对距离保护产生影响。基于距离保护受PST接入的影响机理,利用对称分量反变换、同步相量测量技术,提出了基于相角补偿和相量测量单元(Phasor Measurement Units, PMUs)的自适应距离保护。在此基础上,利用Matlab/Simulink搭建了PST的模型,并通过仿真验证了PST接入对距离保护影响机理推导的正确性以及所提出的自适应距离保护改进措施的有效性,为未来PST的深入研究和工程应用提供了理论支撑。     

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。