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(fast Fourier transform,FFT)和小波包分析提取了不同条件下故障电压、电流、高次谐波、零序分量以及频率分布等故障特征。研究结果表明:改进后Cassie-Mayr联合模型不但解决了电弧电流从大电流到小电流的转换突变问题,且不同模型权重占比的分配更能准确地表征实际燃弧弧道阻抗变化的随机性;通过设置电弧燃弧时间长短,准确地描述间歇性重燃的随机性;电弧断续时刻为非整数周期下的过电压、过电流幅值高于整数周期;电缆线路增大了故障线路电流,过电流可达3.81~7.20pu,不利于熄弧;大电流系统故障相零序电流主频在0~400Hz,小电流系统故障相零序电流主频在1200~1600Hz。

智能接地配电系统

为了发挥中性点非有效接地配电网供电可靠性高的优越性,提出了一种通过在变电站配置智能接地装置并在馈线配置具有零序保护功能的配电终端和故障指示器,将配电网升级为智能接地配电系统的方法。发生单相接地时,智能接地装置可以迅速将故障相短暂金属性接地从而可靠熄灭电弧。若为永久性接地故障,随后控制中性点短暂投入中电阻以显著增大接地点上游的零序电流并基于配电终端和故障指示器处配置的零序电流保护可靠地实现单相接地选线、定位和隔离。论述了智能接地配电系统的组成和关键技术,重点论述了通过电阻分级开关应对选相错误并抑制开关操作引起的系统暂态过程的方法。结合实例论证了所建议的方法的可行性和有效性。

基于暂态零序电流的小电流接地故障选线仿真

建立了伴有电弧过程的小电流接地系统的仿真模型,利用电磁暂态程序EMTP全面仿真了不同故障情况对故障稳态和暂态电压、电流幅值特征和相位特征产生的影响。借助于Matlab程序设计得到了相应的零序电压及零序电流的幅值、相位及波形。通过对仿真数据及波形的进一步分析,得到了基于暂态零序电流的故障检测方法灵敏度高于基于稳态零序电流的检测方法,它不仅适用于中性点不接地系统,而且也适用于中性点经消弧线圈接地系统及间歇性电弧接地故障的结论。

基于暂态过程的非有效接地系统故障相辨识方法

针对中性点非有效接地系统的单相电弧接地故障,将故障相母线快速接地以熄灭原接地点电弧的处理措施得到了广泛的应用。该方法通常需要在一个周期内辨识故障相并动作,但以稳态判据为主的传统故障相辨识方法在间歇性电弧接地时易出现错误。文中分析了传统方法的失效原因,通过配电网等效模型推导了电弧熄灭后母线三相电压的暂态时域表达式,利用多尺度小波变换提取相电压高频分量,依据其幅值相位特征并结合传统判据,提出了新的暂态辨识方法以解决间歇性弧光接地的故障相辨识问题。仿真结论证明了方法的有效性。

改进的消弧线圈故障期间调谐方法

正确调谐是消弧线圈正常工作的前提。传统调谐方法只针对正常运行时线路对地电容的大小,而对单相接地故障期间消弧线圈如何调谐的研究鲜见报道。在现有方法的基础之上,考虑到系统不平衡对馈线负序电流的影响,提出种基于馈线负序电流增量和的故障期间调谐新方法。通过分析单相接地故障期间馈线的负序电流,证明了馈线负序电流增量和也能够跟踪接地点残流的变化,提出在故障期间可以调节消弧线圈使馈线负序电流增量和小以保证消弧线圈达到佳补偿位置。仿真结果验证了该方法的可行性。与原方法相比,该方法不要首先判断故障线路且避免了系统不平衡因素的影响。

智能接地配电系统应用关键技术

为了更好地应用智能接地配电系统处理中性点非有效接地系统单相接地故障,对智能接地配电系统应用中的一些关键技术问题进行了研究。论述了一种接地故障相的软导通和软关断控制有效抑制操作过程可能发生的强烈暂态过程、并避免因选相错误导致两相短路接地的方法。对智能接地装置设计了开关柜结构、户外箱变结构和柱上箱变结构3种结构形式和4种接入方式。探讨了智能接地装置的接入断路器的继电保护问题。讨论了智能接地配电系统的安全性问题。

中性点不接地和消弧线圈接地电力系统中单相接地引发相间短路的探析

在中性点不接地(绝缘)和消弧线圈接地电力系统中,单相间歇性电弧接地有时会引发相间短路,过去将这类事故原因大多归结为绝缘弱或单相间歇性电弧接地过电压高。事实上,所有这类型事故均用这两个原因是解释不了的,也不全面。国内外实测"单相间歇性电弧接地过电压"为3～4倍相电压,正常绝缘水平是能耐受的。在分析事故时,提醒人们不要忘了早就实测证实的,在单相接地过渡阶段的高频振荡电流电弧效应。分析认为:"几百安培的高频振荡电流电弧效应"是引发烧毁电缆或室内配电装置的一个不可忽视的原因。

基于数字仿真结果的小电流接地故障模拟测试系统

针对日益增长的小电流接地故障检测与保护装置的测试需求,研制了基于数字仿真结果的小电流接地故障模拟测试系统。搭建了能够模拟主要单相接地故障场景的典型配电系统;给出了仿真步长的选择方法;利用霍哈赖纳(Hochrainer)模型仿真电弧,对燃弧与熄弧条件进行了改进;在线路上并联一个高阻值电阻,解决ATP-EMTP中Π等效模型无法设置对地电导,使得熄弧后直流电荷无法释放的问题。通过仿真波形和实际故障波形的对比,验证了测试系统的可用性。

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。

小接地电流系统单相间歇性弧光接地过电压抑制方法

为了提高小接地电流系统的输出稳定性,设计小接地电流系统单相间歇性弧光接地过电压抑制方法。通过匹配滤波检测及参数控制相结合的方法,建立单相间歇性弧光接地过电压传输参数辨识模型。根据参数辨识结果,通过输入平衡功率传递控制进行电压均衡调节,并构建单相间歇性振荡波束控制模型,进而进行弧光接地电压的稳态调节以及过电压保护,实现单相间歇性弧光接地过电压抑制。结果表明,能有效抑制单相间歇性弧光接地过电压,小接地电流系统的输出稳定性较好,抗干扰能力较强。

中性点非有效接地配电网的单相接地定位能力测试技术

为检验中性点非有效接地配电网的单相接地定位能力,探索了单相接地定位现场测试技术。分析了采用二次模拟测试法进行单相接地定位能力现场测试面临的困难。提出了一种基于可控弧光放电装置的单相接地定位能力测试方法,其能够在现场方便地发生直接接地、稳定电弧接地、间歇性电弧接地、金属性接地、经各种过渡电阻接地、永久性接地、瞬时性接地等各种单相接地现象。论述了基于可控弧光放电装置的移动式单相接地现场测试成套设备的组成,介绍了其应用和现场测试情况。结果表明,所提出的单相接地定位能力现场测试方法和所研制的测试设备可行且有效。

谐振过电压烧损开关柜的原因及防治措施

为了明确10 kV开关柜经常烧毁的主要原因,并提出预防措施,对2014—2018年,辽宁电力10 kV线路开关柜损坏情况进行了梳理、统计和分析。结果表明:TV铁磁谐振过电压是损毁开关柜的最主要原因;单相永久性接地和单相间歇性弧光接地是引起铁磁谐振的主要原因;采用4TV接线方式的消谐效果最好,经济性能最优。

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。

小电流接地电网单相间歇性电弧接地故障定位方法

在小电流接地电网中发生单相间歇性电弧接地故障的情况下,故障定位的难度较大,而传统的扰动信号方法对于间歇性电弧接地的处理能力不足。通过分析间歇性电弧燃弧及熄灭过程的特点,以及扰动信号对于电弧燃烧过程的影响,提出应在电弧燃烧时加入扰动信号的改进方法。利用多尺度小波变换对故障相电压信号进行分解,记录电压突变点,利用电压突变次数辨识间歇性电弧并捕捉电弧重燃时刻,利用快速电力电子开关实现扰动信号的快速投入。仿真结果证明了所提改进方法的有效性。

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。

应急自备发电机组应注意中性点接地问题

通过亲历的一个应急自备柴油发电机组改造的工程案例,分析探讨了单相间歇性电弧接地及由其产生的系统内部过电压问题。

10kV低电阻接地系统在石油化工企业的应用

为了正确认识单相接地故障的危害性,并将其不良后果降到最低限度,依据国家和行业现行有关标准规范规定,借鉴有关文献的理论分析结果,结合石油化工企业10kV配电系统的特点,从抑制单相接地故障间歇性电弧过电压的水平、单相接地故障继电保护的可靠性、地电位升高对人身和低压电气设备的安全性以及电信线路遭受电磁感应电压的允许限值等诸多方面进行综合分析,归纳总结出适合石油化工企业的10kV低电阻额定容量取值范围;肯定了目前既有项目10kV低电阻工程设计值的合理性;阐释了低电阻接地系统对石油化工企业大型10kV配电系统的动态稳定性和可靠性是有益的,并且完全满足石油化工企业安全稳定连续生产的要求。

某变电站35kV出线电缆头爆炸事故起因探析

结合对某电网110kV某变电站35kV出线电缆头爆炸事故的分析研究,指出在35kV经消弧线圈接地系统中,在系统单相间歇性接地时,会在接地点燃起电弧,引起弧光过电压,从而使非故障相对地电压进一步升高,造成绝缘损坏,形成两点甚至多点接地短路,造成电网停电事故,并提出应对弧光过电压的一些技术措施。