配电网相电压不对称动态变化下的高阻接地故障辨识

配电网单相高阻接地故障与相电压不对称动态变化间具有相似的中性点位移电压波形,易引起接地保护的误判。为此,该文建立不对称导纳矢量模型,通过分析相电压不对称动态变化的原因,揭示非故障条件下中性点位移电压的变化机理。同时建立故障电路全响应模型,刻画中性点位移电压随过渡电阻的变化轨迹,研究高阻接地故障和不对称导纳动态变化时的位移电压稳态重合区域及暂态特征差异。在论证二者稳态特征存在混叠的同时,揭示暂态过程中故障初相角对中性点位移电压直流衰减分量的影响规律。采用经验小波变换提取中性点位移电压直流衰减分量和高频分量,并利用直流衰减分量辨识故障;对于特定故障初相角导致的直流分量无法检测场景,提出基于方差贡献率的重心频率分布特征判断方法辨识接地故障。仿真分析表明,该方法为5 kΩ及以下的高阻接地故障与不对称导纳动态变化提供了明显的区分特征,为单相接地故障的准确辨识提供了新思路。

基于系统参数优化的对称双极海上风电送端联接变阀侧单相接地故障应力调控方法

为应对海上风电系统送端联接变阀侧单相接地故障引起的换流阀内过电压、过电流及风电场并网点电压跌落共存的问题,提出了一种基于系统参数优化的对称双极海上风电系统故障应力调控方法。首先,构建换流阀的数学模型与风电机组控制模型,通过电路分析揭示故障后换流阀过电压和过电流特性、风电场并网点电压跌落特性及其影响规律;其次,根据系统关键参数对故障后电压和电流的影响机制,提出一种基于系统参数优化的故障应力调控方案,即通过系统关键参数优化配置,实现过电压、过电流以及并网点电压跌落的综合调控,显著延长系统故障后换流阀的耐受时间和风电场不脱网运行时间;最后,通过对称双极海上风电经柔性直流系统仿真分析,验证了本文所提出方法对系统故障应力调控的有效性,为海上风电优化设计提供支撑。

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。

基于拐点密集区凹凸波动特性的直流配网故障检测方法

基于模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)的柔性直流配电网具有不存在换相失败等优点。但换流器存在低惯性、弱阻尼等特性,导致故障电流上升速度快且峰值高,对系统危害极大。针对直流配电网发生单极接地故障难以准确选择故障馈线的问题,提出了一种基于拐点密集区凹凸波动特性的直流配网故障检测方法。首先,利用变分模态分解算法对各馈线零模电流进行分解,选取特征分量。然后,计算特征分量的二阶导数,选择拐点密集区并进行归一化处理,得到各馈线的凹凸波动性。最后,判定凹凸波动性与其他馈线相异的线路为故障线路。仿真结果表明,所提方法能够快速识别故障馈线,且受过渡电阻、采样频率、数据窗和噪声等因素影响小。

电力系统中非对称接地和断线故障分析

将对称分量法应用到中性点不接地电网非对称故障分析中,用于计算电网各位置的故障后电流和电压,并首次应用零序序网图解释中性点偏移的物理含义。然后本文系统介绍了中性点接地和不接地电网非对称故障中负序和零序分量的分布问题,最后对接地短路和断线故障进行了对比分析。

基于无线通信的多点接地故障定位研究

为了精准提取三相电流故障分量,提升多点接地故障定位效果,提出一种基于无线通信的多点接地及故障定位方法。利用ZigBee无线通信技术采集并传输多点接地电流信息;以无线传感器为节点,利用相邻节点信息的故障网络电流提取法,获取邻近节点间的电流差,即多点接地暂态零序三相电流故障分量;依据该故障分量,建立多点接地故障定位模型;利用自适应二进制差分进化算法求解故障定位模型,通过自适应调整的变异因子与交叉因子,改进二进制差分进化算法,获取更为精准的故障定位求解结果。实验证明,该方法可精准传输三相电流信息,合理提取三相电流故障分量,且与实际情况相符。在不同过渡电阻与相位角时,该方法接地故障定位误差仅有0.04。

一种基于经验模态分解和局部极大值点数的配电网高阻接地故障检测方法

配电网高阻接地故障(HIF)因故障特征微弱而难以被常规装置检测到,容易引发过电压、火灾和人身触电等安全问题。本文提出一种将时频分解和阈值判断结合的HIF识别方法。首先,利用经验模态分解(EMD)对零序电流进行处理;然后,选取第二个固有模态分量(IMF)作为特征分量并进行高斯滤波;最后,统计特征分量的局部极大值点的个数来判断是否发生HIF。利用PSCAD/EMTDC软件搭建10kV配电网模型进行算法验证。仿真结果表明,所提方法能够以较高的准确率将HIF和一些常见的干扰事件区分开,并且在发生噪声干扰、采样率变化、系统中性点接地方式改变及系统网络结构改变的情况下,均表现出较好的适应性。

矿山供电系统单相接地故障区段定位方法

中性点非有效接地的矿山高压供电系统发生单相接地故障后,故障暂态过程交叉干扰严重,故障信号呈现出很强的非线性、非平稳性、高时变性和复杂性,故障定位难度很大。针对此难题,提出了一种基于分布散度的故障区段定位方法。首先,通过等效电路分析了故障特性,研究并采用Choi-Williams分布(Choi-Williams Distribution,CWD)时频能量谱克服故障信号中多频率成分交叉干扰。然后,采用改进KL散度表征故障区段上下游信号时频分布差异,处理上下游信号CWD时频能量谱中重叠部分,消除故障区段上下游信号相似成分的不利影响。在此基础上,借助零序电流信号CWD-KL散度构建了故障定位判据。最后,仿真测试与对比分析验证了所提方法的有效性与优越性。

基于零序导纳变化的跨线异名相两点相继接地故障检测

小电流接地系统中普通单相接地的故障检测技术已逐渐成熟,但一些特殊的接地故障的特征与检测方法仍需深入研究。文中针对不接地系统与谐振接地系统发生的跨线异名相两点相继接地故障,建立了等值电路模型,分析了后发接地故障前后故障路径与非故障路径的电气量特征。分析发现非故障路径零序导纳始终不变,而在两个接地点过渡电阻均小于3000Ω的条件下,故障路径零序导纳的模值或相角至少有一项存在明显差异。基于此,提出了基于零序导纳变化的小电流接地系统跨线异名相两点相继接地时后发故障检测方法,可进一步实现后发故障选线与定位。基于数字仿真和实际故障数据验证了故障特征分析的正确性与检测方法的可行性。

Grounding Locations Assessment of Practical Power System

Grounding Points (GPs) are installed in electrical power system to drive protective devices and accomplish the person nel safety. The general grounding problem is to find the optimal locations of these points so that the security and reli ability of power system can be improved. This paper presents a practical approach to find the optimal location of GPs based on the ratios of zero sequence reactance with positive sequence reactance (X0/X1), zero sequence resistance with positive sequence reactance (R0/X1) and Ground Fault Factor (GFF). The optimal values of these indicators were deter-mined by considering several scenarios of fault disturbances such as single line to ground on a selected area of the Iraqi National Grid (132 KV) taking into account the statue of GPs for transformers in the other substations. From the presented results in this paper, it is noted that GFF calculated for some substations could be used to measure the effectiveness of GPs. However, the operated time of relay can be taken as a criterion of this measurement for selecting the best location of GPs.

不接地系统异名相两点接地故障工频电气量及其对选线的影响分析

中性点不接地系统异名相两点接地且至少一个故障点过渡电阻较大时,故障电流较小出线保护不能直接切除,仍需依赖接地故障选线装置实现保护。根据故障边界条件建立不接地系统异名相两点接地故障复合序网,利用节点阻抗矩阵分别推导出两个接地点故障电流、系统零序电压等工频电气量随两个接地点过渡电阻的变化规律,并进一步分析了其对现有选线技术的影响。结果表明,异名相两点高阻接地时工频电气量总体特征与传统小电流接地故障特征相近,零序电压一般介于两个故障点单独接地时的零序电压之间,其中两个故障线路出口的零序电流既不符合故障线路特征也不符合健全线路特征,已有稳态选线原理并不完全适用。最后,利用数字仿真和现场数据验证了理论分析的正确性。

基于VR的电力电缆接地故障点检测仿真系统

为了确保电力电缆的安全运行,提出一种基于VR的电力电缆接地故障点检测仿真系统。分析电力电缆接地故障点的主要故障类型,构建系统硬件部分。通过VR技术和现代计算机技术,对电力电缆线路场景三维建模,熟悉电力电缆的组成结构,采用复制小波变换提取低频正弦信号发生器产生的低频电流,根据计算电流信号的阻性分量获取不同支路接地电阻,判断故障点,最终实现电力电缆接地故障点检测。仿真实验结果表明,所提系统可以获取高准确性的电力电缆接地故障点检测结果。

针对多点接地故障的变压器铁芯建模优化与电流特征研究

针对变压器铁芯多点接地故障,对接地电流进行研究,提出了一种实际应用上更简便的均匀化建模方法,并验证方法的准确性。同时通过建立变压器铁芯多点接地故障有限元模型,在Maxwell三维瞬态模式下对变压器多点接地故障进行有限元分析计算,探究了变压器铁芯多点接地故障下短路电流特征。

基于注入交流信号的铝电解槽多点接地故障定位检测方法

在电解铝生产过程中,铝电解槽的接地故障时有发生,但目前企业对于铝电解槽多点接地故障的情况还无法准确有效地解决。为此,提出一种基于注入交流信号的铝电解槽多点接地故障检测方法,该方法对铝电解槽系列施加交流激励,测量电解槽两端和电解槽对地的交流电压,并计算相邻槽的电压差和槽与槽对地电压的相差,设置相应的判据。当电解槽同时满足所有判据时,则可判定该电解槽存在接地故障。通过仿真计算和实验,验证了该方法可准确定位铝电解槽在单点接地或多点接地故障时的故障槽位置。

分布式电源接入对变压器中性点工频过电压特性的影响及对策

为避免一刀切的“间隙安装策略”带来的成本高问题,有必要针对分布式电源从配电网接入情形给出间隙安装策略的建议。通过建立配电网发生单相接地故障时的复合序网络,分析不接地变压器中性点工频过电压的产生机理;在PSCAD/EMTDC中搭建计及低压侧分布式电源接入的110 kV电网模型,对比分析不同类型和容量分布式电源接入下变压器中性点的电压值或电压波形的变化规律。结果表明:接入PQ控制型逆变型分布式电源且其容量显著大于低压侧负荷容量时对变压器中性点绝缘安全的威胁程度最高;根据不同变压器中性点绝缘水平、接入分布式电源的类型和容量应选择不同的间隙安装方案。

水轮发电机转子一点接地故障分析与处理

综合多起水轮发电机转子一点接地故障排查经验,提出了总体上按励磁测量保护回路、励磁直流回路、励磁交流回路对转子一点接地故障的回路检查方法,规范了故障排查流程,提高了排查效率。同时针对水轮发电机空载态报转子一点接地故障且故障点50%,从发生原理进行深入剖析、系统总结,采取相应措施为后续有效处理类似故障保障。

中性点不接地系统单相漏电故障特征及选线判据

从研究中性点不接地系统单相漏电故障机理分析入手,采用戴维南定理进行稳态分析,得到了发生故障时故障线路与非故障线路零序电压和零序电流之间的关系。基于零序功率方向原理计算出发生故障时的各支路之间的关系,最终得到选线判据。为了对理论分析结果的正确性进行验证,最后进行了极端情况下的分析,验证了等效电路和理论分析的正确性,并且验证了故障选线判据的选线准确性和普适性。

大型汽轮发电机定子接地故障点分析

定子接地故障是发电机的常见故障,属于较为严重的故障类型,影响机组的安全运行。文章介绍了定子接地故障点的排查方法,通过对发电机在故障发生时出现的异常现象及运行参数的变化情况进行分析,缩小了故障区域的排查范围,从而缩短了排查周期。

谐振接地系统两点间同相接地故障分析

本文详细分析了中性点经过消弧线圈接地系统中同一相位不同两点发生接地故障的情况,包括发生该故障时故障电流的流向路径,及其等值电路和计算公式。同时,利用MATLAB中可视化仿真工具(Simulink)实现了中性点经消弧线圈接地系统的配电网的动态系统建模,根据短路发生的不同时刻和不同的接地电阻等多种情况,对中性点经消弧线圈接地系统的同相位发生不同两点接地故障进行了仿真。该分析对故障选线以及整定计算工作有一定的参考意义。

大型水电站机组定子一点接地保护动作故障分析

发电机定子一点接地故障是发电机常见故障之一,但由于发电机直连一次设备与发电机定子电气参数相似,目前常规定子接地保护装置无法准确定位故障点给事故排查造成困扰。本文针对某大型水电站一起发电机定子一点接地保护动作跳闸事故,结合发电机定子一点接地保护配置,辅助以故障录波图分析,可以达到迅速定位故障点的目的,为事故应急处置提供依据,大大缩短了机组故障停运的时间,具备一定的行业参考意义。