On technical requirements for Arc Suppression Reactors in the distribution circuit of 6–35 kV

Development of the technical requirements for arc suppression reactors (ASRs) used for the capacitive current compensation of the single-phase earth fault is a critical task. The corresponding GOST (State Standard) 19470–74 “Oil-Filled Arc Suppression Reactors. Technical Requirements” is no more valid; automatically controlled reactors (with adjustable spacing controlled by magnetic biasing) are the mainstream; and completely new reactor designs, with the capacitor adjustment in particular, have become available. The standard guide for the earth-fault current compensation [1], not taking into account new technologies, has become obsolete. This paper considers the current criteria for the ASR application in the 6- to 35-kV networks and proposes new ones. It is proposed to use the residual earth-fault current, but not the ASR detuning coefficient, as the major criterion for capacitive current compensation of the single-phase earth fault; in this case, new requirements for the ASR and the network conditions characterized by active phase-to-ground and harmonics content currents are specified taking into account the electrical safety regulations. The problem of capacitance asymmetry is considered absolutely and relatively, and it is shown that the use of ASRs controlled by magnetic biasing allows omitting the network balancing and limitation of the asymmetry voltage at the level of 0.75% of the phase voltage. It is proposed to take into account these recommendations during development of an earth-fault current compensation guide and general technical requirements for ASRs and automatic tuning systems.     

并联电抗器中性点小电抗的选择及其对单相自适应重合闸的影响

根据单端带并补的输电线路模型,推导了最佳中性点电抗器的取值,以达到对相间电容进行完全补偿并在瞬时性故障时快速熄弧的目的。同时,建立了线路瞬时性故障时的一、二次电弧模型,并在ATP/EMTP中进行了500 kV输电线路瞬时性故障的仿真,仿真包括了输电线路进行导线换位和不换位2种情况,明确了不同中性点电抗器的选择对熄弧时间、潜供电流、恢复电压的影响。由仿真分析发现了传统基于电压幅值、电压畸变的单相自适应重合闸判据的不足。指出自适应重合闸判据应适应线路导线有无换位、有无并补、有无中性点电抗器及中性点电抗器取值大小等情况,从而达到在瞬时性故障时断路器在最佳时间快速重合、永久性故障时不重合的目的。     

基于故障相电压功率谱的高压输电线路单相自适应重合闸

分析了带并联电抗器的高压输电线路发生单相接地故障时故障相恢复电压的特性,结果表明：单相瞬时性故障时的恢复电压由自由分量与工频分量叠加而成,其功率谱有2条谱线;而单相永久性故障时的恢复电压中只包含工频分量,其功率谱有1条谱线。文章据此提出一种基于输电线路故障相电压功率谱的单相接地故障识别方法,该方法利用故障相电压功率谱中谱线在基频附近的分布状态来区分瞬时性和永久性故障。该判据不需要高频参量,易于整定和实现。针对超高压输电线路单相接地故障的仿真结果验证了判据的准确性和可行性。     

基于二次电弧的电力网单相接地故障性质甄别

为了避免单相故障时自动重合闸装置重合于永久性故障,针对超高压输电线路,首先对单相接地故障时的物理过程进行了分析,紧接着分析了瞬时性故障与永久性故障情况下相电压的特点,然后,从原理上揭示了在二次电弧燃烧阶段两种故障情况下电压信号能量时间分布明显不同.在此基础上提出了利用小波包能谱值来甄别单相故障性质的方法,对采集到的故障...     

基于电压相位波动特征的单相永久性故障识别方法

研究了带并联电抗器的超高压输电线路发生单相接地故障时跳开相电压的自由振荡分量频率的影响因素,分析了带并联电抗器的超高压输电线路发生单相接地故障时跳开相电压的相位特征,揭示了恢复电压相位周期性波动的原因,并考虑了傅氏算法处理含非基频量信号时的误差对跳开相电压相位计算的影响。引入健全相电压相量和作为极化电压,以极化电压为基准区分发生瞬时性故障与永久性故障时的跳开相电压相位,提出了识别永久性故障的跳开相电压相位波动判据。EMTP仿真结果表明,该判据计算简单,判定准确,且不受过渡电阻影响,可有效适用于带并联电抗器的输电线路单相故障性质的识别。     

基于改进型相关法的单相自适应重合闸新判据

分析了超、特高压输电线路发生单相瞬时性及永久性接地故障时断开相电压的形成机理，指出瞬时性单相接地故障时断开相计算电压与两健全相电压和沿线变化规律的相似程度远大于永久性接地故障时的相似程度，并在此基础上，提出利用改进型相关法的故障性质识别新判据。该判据综合考虑了断开相计算电压与两健全相电压和的幅值与相位的相似性，使瞬时性故障时的相关系数大于永久性故障时的相关系数。该判据实现简单，高阻接地时仍具有较高灵敏度，且受线路长度、负荷电流及故障距离的影响很小，适用 于不带并联电抗器的超、特高压输电线路。大量仿真实验验证了所得结论的正确性。     

谐波阻抗在直流滤波器保护中的应用

直流滤波器是高压直流输电系统不可或缺的设备。目前直流滤波器保护都采用单一的电流量保护,并且大都利用调谐频次电流作为保护量。当滤波器靠近首端接地故障时,滤波器调谐频率发生较大偏移,调谐频次电流减小,使得滤波器差动保护差流较小,灵敏度不足,保护可能出现拒动。提出了滤波器谐波阻抗保护,保护同时接入电压和电流作为保护量,计算滤波器较小调谐频次的谐波阻抗大小作为保护判据,滤波器靠近首端接地故障时保护灵敏度高,并可以反应多种故障,也可作为滤波器失谐监视判据。通过PSCAD仿真验证了该判据的可行性和可靠性,这将对直流滤波器进行更加完善可靠的保护。     

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。     

发电机定子绕组单相接地保护自适应判据研究

分析了发电机机端和中性点的零序基波及3次谐波电压故障暂态分量的特点,在此基础上提出了发电机定子绕组单相接地保护的自适应判据。该判据考虑了零序基波电压及3次谐波电压故障分量的综合效应,并以制动信号谱能量和动作信号谱能量的比值作为制动系数,该值在发电机正常运行时接近为1,在发电机定子绕组单相接地时远小于1。因此,自适应判据有效提高了保护在定子绕组经过渡电阻单相接地情况下的灵敏度。文章还建立了发电机的多回路暂态数学模型,采用半隐格式求解法对定子单相接地故障进行了仿真,结果证明了所提判据的有效性和良好的抗噪性。     

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。     

基于电容电压的并补输电线路自适应三相重合闸策略

并补的储能特性会增大三相跳闸后二次电弧持续时间的不确定性,尤其对于高阻故障而言,线路残余电气量衰减速度过快,将严重影响已有故障性质判据的可靠性,甚至导致线路重合失败。针对上述问题,摒弃以往以线路残余电气量为依据的思路,利用预充电电容对线路放电,根据电容放电电压变化特性判定线路故障类型。基于PSCAD/EMTDC平台的仿真结果表明,在不同故障类型、故障位置、过渡电阻下,所提自适应三相重合闸策略均能保证其判定准确性。     

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。     

一种适用于高压线路非全相运行时的距离保护振荡闭锁的开放方案

电力系统高压输电线路非全相运行时,由于不对称开放元件退出,若此时再发生故障,如果仅依靠振荡中心电压持续低的长延时判据来开放振荡闭锁,则影响距离保护的动作速度。该方案不适用于单相接地故障。提出了一种采用零负序电流选相分区结果改变开放单相故障和健全相振荡中心电压突变检测开放相间故障相结合的方案,来解决非全相振荡再故障现有开放元件动作速度慢的缺陷。仿真结果证明了该方案的有效性。     

基于多故障特征量提取的配电网单相接地故障类型识别

对配电网发生的故障进行准确的在线识别,有助于快速处理故障。提出一种基于多故障特征量提取的配电网单相接地故障类型识别方法。首先,从故障持续性、过渡电阻大小、故障点燃弧性质3个特征对单相接地故障进行多特征分类。然后,将小波多分辨率分析与数学形态学相结合,提取故障相电压的暂态脉冲信号,并由其识别故障暂态产生次数,判断故障持续性;由故障后的中性点电压偏移量,估算过渡电阻大小;提取故障相电压的总谐波畸变率,判断故障点是否存在燃弧现象。最后,依据以上故障特征量,提出配电网单相接地故障总识别流程,并通过仿真验证了该方法的可靠性。     

带并补的超高压输电线路单相自适应重合闸新判据

带并联电抗器的超高压输电线路发生单相瞬时性故障时,二次电弧熄灭后断开相端电压及并联电抗器电流因含有自由振荡分量而呈现拍频特征,永久性故障时则基本为基波量。在分析故障相断开后的序网的基础上,给出了自由分量频率的正确计算方法,提出了利用正弦函数的正交性检测自由分量从而快速判断故障性质的拍频新判据,有效解决了拍频周期较长时利用现有判据判断故障性质所需时间较长的问题。该判据原理简单,判断速度快且具有较高灵敏度。仿真实验验证了所得结论。     

基于Prony算法的单相自适应重合闸故障识别方法

基于电压互感器“带通”特性及实际系统工频分量的特点，提出了一种适用于带并联电抗器的特高压输电线路单相自适应重合闸故障识别方法。首先，利用ATP-EMTP电磁暂态软件建立电弧模型；其次，使用Prony算法求取工频衰减因子，并计算固定时间窗内的衰减因子比；最后通过比较瞬时性故障和永久性故障衰减因子比的差异提出故障识别判据。通过大量仿真及计算表明，无论故障点位置在哪，该方法均能够正确、有效识别瞬时性故障和永久性故障。     

输电线路单相自动重合闸中电压判据的修正

分析了区分电线路瞬时性与永久性故障的电压判据,补偿电压判据及组合补偿判据成立 的条件,指出其存在的缺陷,提出了修正电压判据。该判据区分瞬时性和永久性故障正确率高,且有简单,易行的特点,不仅适用于短线,而且适用于重负荷长线和带并联电抗器的线路。已有的试验数据表明,该判据是有效的。     

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。     

基于电压内积的带并联电抗器输电线路单相自适应重合闸

针对带并联电抗器的超高压输电线路,提出一种基于电压内积的单相自适应重合闸实现方案。在线路发生单相接地故障且故障相两端断路器跳开后,求出健全相电压和与故障相端电压的内积为始化内积,健全相电压和与故障相端电压一阶导数电压的内积为补偿内积。对于永久性故障,经短暂态后,始化内积小于补偿内积,两内积曲线不会出现交点。对于瞬时性故障,在二次电弧初始阶段,始化内积小于补偿内积;随着电弧电阻增加,始化内积逐渐增加,补偿内积逐渐减小,两内积曲线出现交点;在恢复电压阶段,两内积呈低频振荡曲线且相位相差90°,并相互交错再次出现交点。基于上述现象,通过两内积曲线是否出现交点来区别永久性和瞬时性故障,并当出现第二个交点时可以确定瞬时性故障已进入恢复电压阶段。该方法不需要整定,在断路器单相跳开后启动判据,实现简便,不需要频域计算、不受低频振荡分量的影响。EMTP仿真和实际录波数据验证了其正确性和可行性。     

输电线路永久性故障判别方法综述

介绍了输电线路永久性故障判别的研究现状,现有的永久性故障判别原理有2种,即基于恢复电压和基于瞬时故障电弧特性。前者判别的准确性受PT二次回路可靠性的影响,且因带并联电抗器线路的恢复电压低而无法采用;后者则因电弧电压不足额定电压的5%而在测量、分析和判断中存在可信度的问题,且电弧存在与瞬时性故障能否等价也值得讨论。提出了带并联电抗器线路永久性故障判别的新思路,即根据并联电抗器中恢复电压阶段的电流量判别瞬时性与永久性故障。