單相接地故障分析與選線技術

前言

1緒論

0.1引言

0.2研究意義

0.3故障選線技術現(xiàn)狀分析

0.4配電網(wǎng)故障選線的難點

O.5相關術語

2諧振接地配電網(wǎng)的補償消弧原理

1.1消弧線圈

1.2自動跟蹤補償消弧線圈

1.3諧振接地電網(wǎng)的運行

1.4補償裝置的參數(shù)選擇

3單相接地故障建模及特性分析

2.1單相接地故障的分布參數(shù)模型

2.2單相接地故障的穩(wěn)態(tài)特性分析

2.3單相接地故障暫態(tài)特性的分析方法

2.4單相接地故障的暫態(tài)建模

2.5低阻抗單相接地故障電流

2.6單相接地故障電流的振蕩機理

2.7高阻抗單相接地故障電流

2.8單相接地故障的暫態(tài)規(guī)律

2.9單相接地故障的仿真分析

4單相接地的故障模式分類

3.1故障暫態(tài)信號的分析方法

3.2單相接地故障的頻譜特性

3.3單相接地故障的特征參數(shù)

3.4單相接地故障信號的能譜熵

3.5單相接地的模式分類

4基于故障模式的自適應故障選線方法

4.1故障信號主頻帶

4.2強故障模式的選線方法

4.3小角故障模式的選線方法

4.4弱故障模式的選線方法

4.5單相接地故障的選線過程

4.6諧波量對選線方法的影響

5基于固有模態(tài)能量的選線方法

5.1經(jīng)驗模態(tài)分解

5.2故障信號的固有模態(tài)能量分析

5.3固有模態(tài)能量選線算法

6單相電弧接地故障

6.1電弧基本理論

6.2交流電弧的特性

6.3單相電弧接地故障

6.4電弧接地故障的數(shù)學模型

6.5電弧故障的電磁暫態(tài)仿真 2100433B

單相接地故障分析與選線技術內容簡介

《單相接地故障分析與選線技術》可作為電力部門、科研院所及工礦企業(yè)從事電力系統(tǒng)相關工作的科技人員的參考書，也可作為高等院校電氣工程相關專業(yè)的教師、研究生和高年級本科生的教材及參考書。

單相接地故障分析與選線技術作者簡介

王清亮，博士，副教授，碩士研究生導師，陜西省自動化協(xié)會會員，主要從事電氣安全和變電站自動化方面的教學及科研工作，主講電力系統(tǒng)自動化、配電網(wǎng)規(guī)劃與運行、礦山供電、微機保護等本科及研究生課程。在《儀器儀表學報》、《煤炭學報》、《電力系統(tǒng)自動化》等影響因子較高的期刊公開發(fā)表20余篇學術論文，其中重要期刊8篇，核心期刊15篇，EI檢索10余篇；主持中央與地方共建的供電安全實驗室的設計及調試工作，完成了“礦井高壓電網(wǎng)單相接地故障機理分析與保護技術研究”等2項陜西省教育廳基金項目及“秦源煤業(yè)繼電保護、容性電流測試評估”等十余項橫向課題的研究。在單相接地故障、漏電保護和電網(wǎng)絕緣監(jiān)測方面具有較為系統(tǒng)和深入的研究。

針對現(xiàn)有的供配電系統(tǒng)的故障選線方法存在故障識別率不高和可靠性難以定量分析的問題，提出了一種基于改進的希爾伯特黃變換(HHT)和信心度的供配電系統(tǒng)故障選線的新方法。

選線故障選線方法

出現(xiàn)了很多故障選線方法，在理論上故障選線的方法已經(jīng)相對成熟，但是在小電流接地系統(tǒng)中，每條饋線線路繁雜，真正能用到實際的選線技術少之又少。相對于故障穩(wěn)態(tài)分量，故障暫態(tài)分量包含的故障特征更明顯。采用小波算法處理故障行波信號，通過特征信號制定選線機制達到選線的目的。采用小波變換，分析提取到的暫態(tài)零序電流信號，通過奇異性分析實現(xiàn)故障選線。將信息熵應用到故障信號特征向量的提取中，可以有效的排除干擾，正確地提取特征信號。

通過對研究成果的總結，提出了基于改進HHT 變換和信心度的供配電系統(tǒng)故障選線新方法，提取每條饋線暫態(tài)零序電流分量在故障時刻的瞬時相角和幅值信息，通過比較相角關系制定故障選線投票機制。利用特征點瞬時幅值判斷投票的可信性，并制定了合理的選線信心度，得到故障選線結果。在 ATP/EMTP 中建立了仿真模型進行驗證，針對不同故障工況，經(jīng)過大量的仿真和計算，表明該方法定義的選線信心度合理，大大提高了選線結果的正確性和可信度，為配電網(wǎng)小電流接地故障選線提供了重要的參考作用。

選線電力系統(tǒng)故障識別方法

針對小電流接地系統(tǒng)提出了一種基于改進的HHT 和信心度配電網(wǎng)故障選線新方法。通過改進的HHT 變換準確提取故障特征量，利用瞬時特征量判斷投票的可信性。并制定了合理的選線信心度，然后進行故障選線識別。經(jīng)過仿真驗證該方法選線正確率很高，計算時間極大縮短，并且不受過渡電阻、故障位置和故障初相角的影響，同時，為故障選線的結果提供了一個可靠性的度量，拓展了配電網(wǎng)故障選線的新思路，也為電力系統(tǒng)故障識別提供了重要的參考作用。 2100433B

小電流接地故障選線定位問題在現(xiàn)場一直沒有得到徹底解決。不少情況下，仍用傳統(tǒng)的順序拉閘法和目測巡線法查找故障線路和故障點。經(jīng)過多年的研究，已有多種不同的選線原理問世，并有多種實用化裝置投入運行，取得了一定的應用效果。但是，由于各種查找單相接地故障的保護裝置主要利用了較小的特征量作為判據(jù)，準確率較低。為基于單相接地故障穩(wěn)態(tài)量的典型選線定位原理，利用零序電流、零序電壓的幅值和相位關系構成判據(jù)，判據(jù)特征量較小。為基于單相接地故障暫態(tài)量的選線定位原理，雖然故障的暫態(tài)量比穩(wěn)態(tài)量大很多倍，但有故障電氣量存在時間短不易采集故障數(shù)據(jù)的缺陷。為基于外加診斷信號的選線定位原理，該類原理開辟了小電流接地故障選線定位原理的新蹊徑，以“S注入法”為代表，因從母線PT 的二次側向故障相注入特殊的交流信號，受母線 PT 容量的限制，注入的判據(jù)信號較微弱。為利用信息融合理論的綜合性選線定位判據(jù)，盡管各種選線原理一定程度上能夠取長補短，但每一種選線原理仍然是依據(jù)較小的判據(jù)特征量，特別是高過渡電阻故障時，判據(jù)特征量更小，不能從本質上提高選線定位的準確率。

選線注入半波直流的選線定位原理

為增大選線定位判據(jù)特征量，根據(jù)小電流接地故障中性點對地電壓的變化特征，提出從系統(tǒng)中性點處向故障系統(tǒng)注入半波直流電流，由中性點對地電壓為直流發(fā)生裝置提供電源，直流發(fā)生裝置由高壓硅堆 D、限流電阻 R 和投切開關 K_d 構成，接于接地變一次側中性點。直流發(fā)生裝置僅在單相接地故障發(fā)生后短時投入，選線定位結束后即切除。

發(fā)生接地故障時，中性點對地電壓不為 0，直流發(fā)生裝置投入后，將會產(chǎn)生半波直流電流，對中性點不接地系統(tǒng)，該直流電流在系統(tǒng)中性點、接地線路接地相、接地點和大地之間形成回路；對消弧線圈接地系統(tǒng)，消弧線圈對地支路有半波直流電流流通。可見，只有故障饋線中變電站至接地點的線路中有直流電流流通，而非故障饋線中沒有該直流電流。因此，通過對半波直流電流尋蹤可實現(xiàn)故障選線和定位，即為注入半波直流的選線定位原理。

選線直流電流詳細分析

針對小電流接地故障選線定位判據(jù)數(shù)值小導致選線準確率低和定位困難的現(xiàn)狀，以增大判據(jù)特征量為思路，在詳細分析了小電流接地故障時中性點對地電壓變化規(guī)律的基礎上，提出了注入半波直流的選線定位原理。對注入的直流電流進行了詳細分析，對該原理的抗過渡電阻能力及其對配電網(wǎng)的影響進行了分析，得出如下結論：

（1）該原理能夠適用于中性點不接地系統(tǒng)和消弧線圈接地系統(tǒng)。對中性點不接地系統(tǒng)，具有很高的抗過渡電阻能力和較高的選線定位靈敏度；對消弧線圈接地系統(tǒng)，抗過渡電阻能力和選線定位靈敏度降低，可通過調節(jié)直流發(fā)生裝置的限流電阻提高靈敏度。

（2）注入的直流電流不影響配電網(wǎng)的正常運行。注入直流電流的大小以半波直流電流的檢測精度為條件，即在滿足半波直流電流的檢測精度的前提下，可盡量減小注入直流電流的量值。

（3）現(xiàn)場實驗和仿真數(shù)據(jù)表明該選線定位原理的有效性?；谠撛淼倪x線定位裝置已投入現(xiàn)場試運行，選線定位準確。