中性点非有效接地系统故障电弧模型的搭建与仿真

在研究配电网的电弧接地故障、断路器投切电弧及电弧炉电气特性时,多数学者通常使用恒电阻、Cassie、Mayr电弧模型,三者都具有片面性,将Cassie与Mayr两个电弧模型结合使用可以达到互补。在ATP-EMTP平台下将两种电弧模型进行组合搭建,并合理设置参数,通过在中性点非有效接地10 k V配电网下的仿真,研究分析了电弧的电压分布、过零点、伏安特性,证明该电弧模型可正确反映中性点非有效接地配电网故障电弧特性。     

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。     

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。     

中性点不接地配电网电弧接地故障建模与分析

电弧接地故障是中性点不接地中压配电网最常见的故障类型之一,有必要合理建模并分析其非线性特征。传统方法多依赖于电弧黑盒模型的仿真分析,电弧非线性对故障暂稳态特征的影响难以定量计算。针对该问题,遵循突出电弧中、低频主要特征以简化电弧模型的思路,提出适用于故障暂稳态过程分析的复奇频电压源串联电弧等效模型,结合不接地系统故障复合网络,定量给出不同过渡电阻下电弧接地的暂态电流解析表达式,并分析故障稳态电流的谐波特征。通过仿真计算与现场试验数据验证所提算法的有效性,为后续中性点不同接地方式下电弧接地故障保护的研究提供了理论依据。     

基于RTDS的电弧接地故障自定义建模及仿真分析

电弧接地故障建模仿真对于电气设备的研制和电力系统安全运行的分析具有重要意义。基于实时数字仿真仪(RTDS)平台对电弧接地故障进行建模仿真。对Cassie电弧的连续系统数学模型进行数值逼近,将其转换成离散系统数值递推模型;在RTDS的CBuilder开发环境中创建了可控的Cassie电弧元件模型。通过与Matlab标准模型的测试对比实验,以及电力系统的中性点不接地系统的单相电弧接地故障应用实验,验证了自建元件模型的正确性和有效性。所建电弧模型填补了RTDS仿真模型的空白,采用的建模方法具有普适性,为类似的研究提供参考借鉴。研究成果可以应用于电力系统实时电弧故障仿真以及继电保护设备的实时闭环混合仿真检测。     

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。     

小电流接地系统单相接地综合电弧模型与选线方法的研究

在小电流接地系统中,发生单相接地故障时,电弧故障会经常产生。现有用于模拟电网的电弧模型大都是通过开关来实现,与实际的电弧接地有一定的差距。将Cassie电弧模型和Mayer电弧模型结合起来,使其更符合实际电弧接地,并运用到10 kV模拟电网中。在EMTP中,对中性点不接地电网、经消弧线圈接地,经高阻接地,电弧发生在不同合闸角,不同馈线时的情况进行了大量仿真。最后在Matlab中,用小波相关分析法进行选线。结果表明,该方法适用于大部分电弧故障,但对于电压过零点附近发生的电弧故障有一定的局限性。     

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.     

基于Mayr模型改进的适用于串联故障电弧的新模型

电力系统中经常会发生故障电弧,本文在Mayr电弧模型的基础上提出一种适用于串联故障电弧的新模型。针对电弧开始阶段的电晕放电,把电晕电阻和两个特殊电气部件(电流二极管)考虑在内,结合Mayr电弧模型,丰富了电弧模型参数。在Matlab/Simulink仿真环境中,用新的电弧模型封装子系统对线路发生的串联故障电弧进行仿真,并依据仿真电路模拟线路发生串联故障电弧的实验。对比仿真和实验结果得到,改进的电弧模型的故障电弧电流与实验采集到的故障电弧电流基本吻合,验证了新模型对分析串联故障电弧的特性具有可行性和准确性。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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...     

近区故障瞬态恢复电压计算与分析

瞬态恢复电压（TRV）是校核断路器开断能力的重要指标,近区故障因其TRV起始部分的上升速率高,电弧难以熄灭。针对Mayr电弧只适用于描述电流过零后高电阻电弧状态,而Cassie模型只适用于描述电流过零前低电阻电弧状态,采用Cassie和Mayr电弧模型串联的形式,对一个最高电压245kV,开断电流50 kA的断路器,利用ATP-EMTP计算了L₇₅和L₉₀近区试验故障的TRV。研究表明,同断路器端部故障比较,开断近区故障对断路器性能要求更高     

串联故障电弧电流时频域特性的仿真与实验研究

为了分析和研究低压交流串联故障电弧电流的特性，文中首先搭建了故障电弧模拟实验平台，广泛研究不同负载情况下的电弧电流波形。然后，基于Mayr电弧模型，选取适当参数对故障电弧进行仿真分析。在此基础上，对比分析电弧电流信号仿真结果和实验结果的时频域特性，验证了仿真模型的正确性和可行性。频域特性的分析结合傅里叶变换和小波变换进行，还利用带通滤波器检测了小波分析的准确性。最后，总结出故障电弧电流信号的时频域特点，以此提出了一种低压交流串联故障电弧的检测方法，并对其进行了仿真验证。研究成果对低压供配电系统中串联故障电弧的检测工作具有积极意义。     

基于ADPSS的配电网弧光接地故障仿真建模

间歇性弧光接地会使故障相与非故障相之间产生多次能量重新分配过程,诱发非故障相过电压,对中低压配电网绝缘造成很大危害,加强对电力系统过电压水平在线监测与分析并采取适当主动性保护措施十分必要。本文研究了中性点不接地系统中低压配电网单相弧光接地故障发生的机制及因此产生的严重后果,搭建了经典单相接地电弧模型并对其进行仿真验证。在此基础上,选用较合适的单相弧光接地模型,首次利用大型电力系统仿真装置ADPSS对弧光接地故障产生过程进行进一步的仿真验证。仿真结果表明,本文基于ADPSS仿真平台建立的中性点不接地系统弧光接地故障模型是正确的,具有较高的工程化应用价值。     

应用于输电线路单端测距的高阻接地故障电弧模型分析

高压输电线路高阻接地故障大多伴随电弧放电,传统基于实时计算的Cassie、Mayr等电弧微分方程模型,数值求解中每一时刻电弧电压都由上一时刻多参数迭代得到,难以直接应用到继电保护和故障测距中来。现有分析一般将电弧考虑为静态纯阻性元件或稳态电弧电压方波模型,而丧失了最富有价值的动态特性。针对该问题,文中面向输电线路单端高阻接地故障测距需求,基于描述空气放电本质的汤逊原理,利用电子的定向运动来表达电弧电流;利用电弧空间中电场和电子崩运动的耦合关系描述电弧电压与电流的函数关系,建立了输电线路单端测距用的高阻接地故障动态电弧模型。该模型克服了传统电弧微分方程计算复杂、难以直接为保护和测距应用的缺陷,对后续高阻接地故障检测、保护与测距研究奠定了基础。     

可控配电网单相间歇电弧接地装置

在中性点不接地或经消弧线圈接地的配电网中,发生单相接地故障时系统可继续运行一段时间,但应迅速查明故障线路和故障相,以免事故扩大。虽然,现有大量的不同原理的减小故障电流装置和故障选线选相装置,但通常仅在实验室或通过仿真验证其功能,功能验证不全面、场景不真实。介绍一种配电网单相间歇电弧接地装置的原理、结构和应用。利用晶闸管的导通和截止易于控制的优点,可自由控制电弧的产生和消失、放电频率、以及放电相位。该装置用于验证在10 kV实验室、试验场、或实际配电网中设备故障处理设备的能力,如消弧线圈和选线选相设备。利用该装置已成功进行上千次单相接地试验,试验不仅发现缺陷,而且指导解决缺陷。