精确击穿电弧模型仿真及分析

电缆故障电弧的动态特性对电缆故障测距起着至关重要的作用。故障电弧是由于过电压击穿空气而产生的。通过大量的理论分析研究和仿真对比,设置击穿电压为门限值,采取将击穿时刻提取出来,建立应用在电路故障测距的基于TACS开关精确三段式击穿电弧模型,对故障电弧的特性进行仿真计算。结果与实际电弧的动态特性相吻合,验证了该模型的正确性。     

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。     

110kV国桥线电缆接头故障分析及处理

为了查找110 kV国桥线电缆接头故障原因,从故障电缆接头安装工艺、交叉互联系统的连接和工程验收、运行管理等方面进行了深入分析。确定了故障原因由电缆金属护层连接错误和接头铜套与电缆铝套电气连接不良两个因素组成。对金属护层的连接错误进行了整改,强调了选择合理的接头安装工艺、加强施工质量管理及加强金属护层感应电压和环流监测的重要性。     

10kV交联聚乙烯电缆内部多形态间歇性电弧故障建模

间歇性电弧是电缆故障初期发展阶段的重要过程,该文以我国配电网中广泛使用的10kV交联聚乙烯电缆为研究对象,通过实验分析发现,电缆内部电弧与常规弧光对地击穿电弧波形存在明显差异,并在其发展过程中呈现出多种波形形态。该文通过梳理总结电缆内部间歇性电弧在随机演变中的共性,将其归结出振荡间歇性电弧、稳态间歇性电弧、半稳态间歇性电弧三类主要形态。从帮助电缆故障分析的外特性重现角度,以黑箱建模思路分别基于高斯随机脉冲、弧隙能量平衡理论和占比控制,构建出三类主要电弧形态的控制模型,并根据实验样本数据统计出各模型控制参数的分布范围。所提模型利用PSCAD仿真软件得到实现,与实验波形的对比表明,该文所构建的多形态电弧模型能有效模拟出三类间歇性电弧的主要特征。该多形态间歇性电弧的发掘丰富了电缆电弧的随机多样性,为电缆初期故障分析提供了新的模型基础。     

低压系统串联故障电弧在线检测方法

故障电弧是引发电气火灾的主要原因,有效可靠地检测出故障电弧是预防电气火灾的迫切要求。本文首先基于居民用电系统搭建了模拟串联故障电弧的实验平台,而后设计了以常见家用电器为负载的实验方案并采集到不同条件下的故障电弧信号。基于电弧电流的特性分析,提出了一种故障电弧在线检测方法。该方法在线路电流相邻周期相减的基础上进行小波阈值去噪和归一化,利用周期幅值作为电弧的特征量,将特征量与参考值进行比较来判断故障电弧的发生。通过对单一负载、组合负载、启动过程、正常工作以及不同电压下串联故障电弧实验数据进行分析,得到了不同负载下电弧特征量的公共阈值。与其他方法的比较结果表明所提方法能够有效检测故障电弧的发生。     

110kV交联聚乙烯电缆本体击穿事故分析

针对一起110 kV交联聚乙烯电缆本体击穿事故,对电缆金属护层悬浮电压及电缆金属护层最大瞬时放电电流进行了计算,分析并总结了事故发生的主要原因,最终提出了预防类似事故再次发生的相关措施。     

一交叉互联高压电缆绝缘故障的理论及仿真分析

笔者探讨了一起110 kV交叉互联电缆外护套及主绝缘烧损击穿事故的原因,计算和仿真了电缆在两种极端情况下金属护套的悬浮电位和电缆胶皮外护套悬浮电位之间的电位差,并根据事故电缆的实际状况给出了故障起因。结果表明:电缆金属护套只要形成中性点连接,即使在不接地的情况下其悬浮电位依然很低;在电缆金属护套和胶皮外护套石墨层均不接地的情况下,金属护套和石墨层悬浮电位接近运行电压,但此时电缆胶皮外护套承担的电压差仅几百伏,此种情况不会对电缆运行造成危害;文中分析过程为进一步深入理解电缆故障起因提供了新认识。     

电弧反射法电缆故障测距中的电弧建模与仿真

准确掌握电缆故障电弧电阻的动态特性对电弧反射法(ARM)电缆故障测距技术研究和设备研制至关重要。为此,在理论推导和大量实验的基础上分析了ARM故障测距时电缆故障电弧的特性,建立了可以模拟ARM方式下电缆故障的通用的Mayr电弧模型,对故障电弧电阻的变化规律进行仿真计算。实验结果表明,电弧电阻仿真计算的平均相对误差不大于12%,最大相对误差不大于29%,满足ARM测距仿真要求,说明了模型的正确性。     

110kV单芯电缆感应电压计算浅析

随着石油化工装置中110 kV变电站的增多,110 kV单芯电缆应用也相继增多。为了减少电缆线路的损耗、提高电缆的输送容量,一般采用单点接地或交叉互联接地的方式,这样就在金属护套上产生了感应电压。感应电压有时不仅会危害人身安全,同时还会击穿金属护套的外护层。感应电压与110 kV电缆线路的排列方式、长度、临近线路的排列方式、有无回流线及根数都有关系。经过公式推导与国标公式结果相比对,依据相关国家标准规范选取实际工程项目中合适的接地方式。     

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。     

预防电缆沟起火的小电流接地系统单相接地故障处理

为避免小电流接地系统单相接地故障引发的电缆沟起火事故,采用火灾动态仿真分析方法得到了接地故障电弧导致电缆沟引燃的时间与空间阈值。在此基础上阐述了预防电缆沟起火的综合治理措施。论述了兼具相控消弧线圈和预调式消弧线圈优点的相控预调式消弧线圈的实现方式及其实验测试数据。阐述了跨线相继接地故障的处理方法,包含以暂态量法为主的连续检测过程及以稳态量法为主的增补处理过程。给出了单相接地保护跳闸延时的整定依据及间断性接地故障的处理方法。针对城区和郊区配电线路分别论述了集中智能容错单相接地故障处理方法和基于合闸速断的分布智能单相接地故障处理方法。介绍了在陕西全省172座110 kV变电站供电区域范围内配电网的整体应用成效,表明所论述的技术措施的有效性。     

弧光保护关键技术研究

随着电力行业的快速发展,110 kV及以上电压等级均已有比较成熟的保护措施,6 kV（10 kV）到35 kV这个电压等级范围内的厂用中压配电开关柜为供电系统的供电枢纽,在发生内部故障时是否能迅速切除故障,对全厂（变电站）配电系统的安全运行至关重要。目前各电网公司在35 kV及以下配电柜正逐步应用弧光保护,弧光保护技术也是现今中国继电保护领域一项突出的技术进步。采用弧光保护系统,从弧光故障到跳闸时间可以做到小于4 ms,远远快于传统的继电保护装置,保护人员和设备不受到弧光的危害。电弧光保护技术在电力领域已     

基于新型故障电弧模型的电弧能量特性分析

建筑物低压配电系统中频繁发生的电气火灾现象主要由故障电弧引起。电气火灾发生的频率和严重程度与故障电弧释放能量的大小密切相关。为此,分析了故障电弧引起的电路特征变化,根据该特征建立了能描述发生故障时电弧电路动态变化特征的新型故障电弧时变电阻模型,利用该模型计算了不同负载情况下故障电弧的电压、电流。在此基础上,分析了不同负载条件下故障电弧能量特性,并讨论了故障电弧的能量与负载有功功率、功率因数的关系。研究结果表明,负载有功功率越大、功率因数越小,故障电弧释放的能量越大,越容易引发电气火灾,需要重点进行故障电弧检测与防治。     

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。     

电弧反射电缆故障测距装置脉冲发射时刻选择算法

电弧反射法(ARM)是一种广泛应用的电缆故障测距方法.由于不清楚测试过程中电缆故障点电弧电阻的动态特性,因此施加测试脉冲时脉冲发射时刻的选择比较困难.分析了ARM测距装置放电过程中的电压和电流特性,以及故障点的电弧电阻特性.论证了在直流电弧放电阶段电弧电阻较低而且稳定,是发射脉冲的最佳时段.据此提出根据电流最大值和故障...     

低压故障电弧检测概述

综述了目前故障电弧检测的研究内容、成果及发展方向。指出低压配电柜和家庭供配电系统各自产生故障电弧时所表现的物理特征不同,使得各自的故障电弧检测方法有所差异。分别讨论了了基于电弧数学模型、电弧物理现象和电流电压波形的电弧检测方法。     

家用空调电弧故障检测装置的研究

针对国内电弧性电气火灾防范的技术要求,依据美国UL1699标准建立低压电弧检测试验平台,利用电弧发生装置进行模拟电弧故障试验。采集空调工作电流波形,分析不同工况下电流波形的变化特征,建立了基于电流时域上的“平肩”宽度和“平肩”宽度变化率检测算法,研制出空调电弧故障检测装置。试验结果表明,检测装置能够有效检测到空调电弧故障,并及时脱扣保护电路。     

配电网单相接地故障的柔性熄弧装置

现有柔性熄弧方法仅利用有源逆变器控制故障点电压为零,熄弧电源容量高达50 kVA,且体积较大。针对这一问题,在电压熄弧的基础上,提出了功率源转换与有源逆变器结合的柔性熄弧方法。在配电网发生单相接地故障时,通过功率源转换将中性点电压反相钳位到接近于故障相电源电压,偏差电压的幅值和相位通过有源逆变器进行精确补偿,使故障点电压远小于熄弧电压,实现快速熄弧。在利用Matlab/Simulink对传统消弧线圈的仿真基础上,仿真了仅投功率源转换、功率源转换结合有源逆变器的柔性熄弧方法在各工况下的运行特性。通过10 kV真型配网实验场,验证了该方法的有效性。结果表明该柔性熄弧装置可以有效降低故障点电压,实现快速熄弧,大大降低有源逆变器的容量。     

10kV配电网系统弧光接地过电压研究

比较了中性点直接接地、不接地、经消弧线圈接地等接地方式的安全性和供电特点,从理论上利用EMTP/ATP电磁暂态程序建立仿真模型,以吉林省66 kV某变电站发生的10 kV单相接地故障为例,计算了弧光接地过电压并分析了降低弧光接地过电压的措施,得出中性点经消弧线圈接地,能够降低弧光接地过电压的幅值;接地残流小于10 A时接地电弧易于自熄弧;弧光接地过电压标幺值由中性点不接地时的2.01降至0.97;在脱谐度绝对值相等条件下,消弧线圈工作在过补偿和欠补偿状态下的弧光接地过电压幅值相差不大。