中性点不接地柔直配电网的单极接地故障暂态过程分析及保护新方案

针对中性点不接地的柔直配电网分析了直流馈线发生单极接地故障的暂态过程,提出了单极接地保护新方案,能有效解决现有直流线路保护不能反应中性点不接地柔直配电网的单极接地故障问题。在单极接地故障的分析中,将故障发展过程分为子模块电容放电阶段和交流重新馈入充电阶段。基于叠加原理分析了子模块电容放电阶段的电流流通路径、直流馈线暂态零模电流的电流成分和变化规律,得到故障馈线暂态零模电流主要呈现衰减非周期分量特征、非故障馈线暂态零模电流主要呈现振荡衰减分量特征的结论;利用牛顿迭代法推导了交流重新馈入充电的时刻,分析了影响因素并计算了过渡过程持续的最短时间。基于子模块电容放电开始时刻至交流重新馈入充电时刻这一段的暂态特征提出单极接地保护方案。该方案利用直流母线出现的零模电压启动保护,利用零模电压极性实现故障选极,利用故障馈线暂态零模电流绝对值的第一个积分时段值大于非故障馈线的值、且呈现衰减非周期分量特征选出故障馈线。搭建仿真模型,对故障分析结果和保护方案的有效性进行了验证。

灵活接地系统中性点接地电阻投入暂态特征分析

灵活接地系统发生永久性单相接地故障后,通过延时闭合中性点接地电阻(并联小电阻)投切开关以期可靠切除故障。目前,基于稳态信息的灵活接地系统保护方法应用效果难以达到要求,而关于小电阻投入时的暂态特征分析尚未有完整结论,制约了灵活接地系统接地故障暂态保护理论的发展。文中建立基于线路分布参数的灵活接地系统并联小电阻投入暂态分析模型,研究系统内各元件间的谐振特性,并据此提出一种简化模型。针对低阻、高阻接地故障,分别给出暂态电流、电压的解析表达式,分析其谐振频率、衰减时间常数及最大幅值等主要特征值随系统参数及故障条件的变化规律,以及各线路暂态零序电流的分布特征,并与谐振接地阶段故障时刻的暂态特征作对比。最后,利用数字仿真及现场试验数据验证了所提暂态特征分析简化模型的正确性。

基于特征融合的GA-SVM配电网单相接地故障选线方法

针对配电网单相接地故障数据量较少时,选线方法精度不高,提出一种基于特征融合的遗传算法优化支持向量机(genetic algorithm-support vector machine,GA-SVM)配电网单相接地故障选线方法,采用傅里叶变换、有功功率法以及小波包变换对不同故障工况下每一条线路的暂态零序电流进行分解,提取基波幅值、五次谐波幅值、平均有功功率分量及小波能量值四种特征,经主成分分析法对这四种特征进行融合,提取主成分分量,建立特征数据库,将特征数据库的80%作为训练集,20%作为测试集,通过GA-SVM对特征数据库中的样本进行训练,实现故障选线。通过MATLAB/Simulink搭建包含5条馈线的配电网仿真模型进行验证,结果表明,提出的算法可以通过小样本数据实现故障选线,选线精度较高,适用性强。

复杂地质条件下隧道地质雷达与数值模拟研究

文章探讨了地质雷达在复杂地质条件下隧道勘探中的应用。对复杂地质条件对隧道施工的影响进行了分析,重点介绍了地质雷达在隧道地质勘探中的关键作用,以及数值模拟技术在解决复杂地质问题中的优势。在理论层面,着重阐述了地质雷达的基本原理以及数据处理方法,并通过运用gprMax软件设计实验,研究尺寸因素对目标体的影响。结合湖南永州紫金山3号隧道工程项目的案例,使用地质雷达采集数据并验证了数值模拟的结果。在这一实例中,有效地应用了地质雷达技术,预测了隧道掘进面前的断层破碎区及其断层位移,这为工程操作提供了重要的指引和帮助。这些发现不仅深化了大家对地质雷达在隧道勘探中应用的认识,同时也为复杂地质环境下的隧道工程施工提供了实际可行的预警和探测手段。

典型配电故障下直流偏置电压形成及电压互感器熔断分析

电磁式电压互感器(PT)高压侧保护用熔断器频繁熔断问题广泛存在于10~35 kV的中性点不接地配电网中,增加了电网的运维负担,威胁供电可靠性。为分析PT高压侧熔断器频繁熔断的深层机理,该文基于叠加原理,采用数值计算方法,分析了典型故障下的系统空载暂态电压,发现该电压呈现交直流复合的特殊形态——工频电压附加直流偏置电压,归纳总结了直流偏置电压的形成条件和机理为:故障消失时,三相杂散电容的净电荷不为零(Qn≠0),且Qn无泄放路径而形成直流偏置电压。在线路长度、PT阻抗、负载及无功补偿装置等不同因素影响下,研究了Qn泄放路径对直流偏置电压的影响规律,发现直流偏置电压作用下PT深度饱和是触发熔断器熔断的最终原因。最后,通过PSCAD/EMTDC中的10 kV配电网模型和380 V/150 V的实物动态模拟试验平台进行了仿真与试验验证。

桥臂复用模块化多电平变流器单极接地故障无闭锁穿越及能量均衡

考虑到模块化多电平换流器(MMC)的轻型化和发生概率最高的单极接地故障穿越要求,桥臂复用模块化多电平换流器(AM-MMC)在单极接地故障下的无闭锁穿越及能量均衡问题亟待解决。该文在AM-MMC拓扑结构及工作原理的基础上分析了AM-MMC的单极接地故障特性,推导了故障电流数学表达式。通过在上、下臂配置全桥子模块,混合AM-MMC(HAM-MMC)可具备无闭锁单极接地故障穿越能力,并减少25%的电容数量,在轻型化及经济成本方面具有一定的竞争力。由于AM-MMC复杂的复用模式及单极接地故障导致的上、下臂不对称,该文重点分析了其穿越过程中的能量不均衡机理,提出了通过基频及二倍频直接环流控制均衡桥臂能量的交替复用无闭锁单极接地故障穿越策略。基于Matlab/Simulink的仿真结果表明,HAM-MMC可无闭锁穿越单极接地故障,且所提控制策略较常规MMC均衡能量效果更好。

基于差动电流积分相关性的直流配电网单极接地故障保护方法

针对小电流接地的直流配电网在发生高阻接地故障时故障辨识困难,以及电流差动保护易受分布电容暂态电流干扰的问题,提出一种基于差动电流积分相关性的直流配电网单极接地故障保护方法。研究通过分析直流配电网在发生故障后的故障电流特征,验证了分布电容暂态电流为故障电流的主要成分。利用发生区内外故障时差动电流的极性差异并引入Pearson相关性系数,根据正负差动电流积分与其积分绝对值的相关性构造故障线路识别判据。仿真分析表明,所提方法可快速识别故障线路,具有一定的耐受噪声和同步误差的能力,且在高阻接地情况下依旧能准确识别故障线路。

内燃机车电路接地故障诊断策略分析

在我国铁路系统中,内燃机车是客车和货车运行的主要牵引动力,主电路是内燃机车基础动力电路。因为内燃机车运行所处环境较为复杂并且并不固定,所以经常会出现各种故障情况,这样就对故障维修工作提出了更高的要求。基于此,本文围绕内燃机车辅助、控制电路及主电路接地故障诊断策略展开分析,确保内燃机能够始终维持稳定、安全的运行状态。

基于外施信号法的级差型接地故障处置方法

为处理不接地系统的接地故障,本文基于“外施信号发生装置+馈线终端”将级差保护方法应用于外施信号接地选线中,提出级差型接地故障检测判据及动作原则,在接地故障选相的基础上实现了选段。最后,通过案例验证了方法的有效性。验证结果表明,该故障判别方法准确率高,可以最大程度地缩小接地故障导致的停电范围、提高故障处置效率和供电可靠性。

基于STM32的配电网单相接地故障定位系统的设计

配电网故障定位系统对电网供电可靠性具有重要意义。针对配电网单相接地故障,利用某高压实验平台搭建10 kV配电网仿真模型,提取零序电流暂态分量作为故障特征量,以STM32为主控芯片,设计了一套符合中小型企业的配电网故障定位系统。该定位系统硬件设计方面主要包括数据采集模块、数据处理模块、运算控制单元和通信模块;软件设计方面主要包括模数转换程序、故障定位程序。测试表明,该定位系统能够准确、及时地判断出配电网单相接地故障发生的区间段。

面向接地故障定位的异频信号注入频率估计研究

当噪声较大时,注入频率估计性能大幅下降,设计面向接地故障定位的异频信号注入频率估计方法。设计由供电单元、感应单元、数字单元构成的信号采集器,采集接地故障定位的三相电压信号与零序电压信号。分别设计模拟滤波器与数字滤波器,滤波注入信号。通过SDFT算法估计滤波后注入信号的注入频率,实现面向接地故障定位的异频信号注入频率估计。在SNR固定为40 dB的情况下,测试注入频率估计性能。测试结果表明,随着频率的升高,该方法的频率估计结果标准差始终较低,整体变化较为稳定,证明了该方法具有较好的抗噪性能,可以准确估计接地故障定位时注入的异频信号频率。

基于少量测点的风电场集电线单相接地定位方法

风电场集电线上有很多风电机组接入,且所接系统为中性点经电阻接地,故现有电力线路故障定位方法难以应用。为此,提出了一种基于故障后少量电流量与线路母线电压数据的风电场集电线单相接地故障定位方案。该方案在应用时不存在其他故障定位方法的分散相量同步采集问题。首先,根据风电机组变压器高压侧三角形接线和风电场中性点经电阻接地构成零序回路的特点,使用零序电流分布构建了故障区域判断方法。然后,通过分析风电机组电流与线路电流的关联关系,形成了风电机组电流估算方法,由此补偿线路电流,针对故障区域实现单端量故障测距。该方案将新型区域判断和测距方法相结合,能降低测点需求,可适用于含分支集电线工况。仿真验证结果表明,所提方案能够准确实现故障区域判断与故障测距,定位效果不受故障位置、过渡电阻、故障初相角等因素影响。

基于PRP监测帧的城轨信号系统车地无线通信冗余网络监视方法

在城市轨道交通线路采用不同车地无线通信制式的场景中,基于并行冗余协议(PRP)构建的信号系统车地无线通信冗余网络,存在单一链路传输故障监测困难的问题。通过对CBTC系统不同车地无线通信场景及需求进行分析,在充分研究IEC 62439-3监测帧数据结构和工作机制的基础上,提出采用周期性发送监测帧来实现对冗余通信网络节点链状态的监视,并构建了监视机制和算法流程,对该监视方法进行测试和网络负载影响分析。测试结果表明:监测帧可监视数据链路通信状态,且监测帧数据传输对既有网络影响小,验证了该方法在城轨信号系统车地通信并行冗余网络实时监视和网络故障快速定位中应用的可行性。

基于有源消弧暂态衰减信息的配电网接地故障跟踪检测方法

现有配电网单相接地故障检测技术缺乏消弧过程的故障程度跟踪与选线能力。该文充分利用消弧过程中的暂态信息,建立考虑线路参数不对称的集总参数等效模型,论证消弧过程零序电压衰减直流特征的物理意义,提出考虑快速消弧的配电网故障检测新方法,对于低、高阻接地故障均有较高的检测灵敏度。实际应用中,仅需观测消弧全补偿电流投切过程中零序电压及零序电流波形,即可实现过渡电阻测量、故障程度跟踪与故障选线,具有瞬时性故障实时跟踪、故障检测与故障消弧同步进行的优势,操作简单、易于实现。仿真实验证实了方法的有效性,为配电网故障检测提供了新的理论依据。

风电场集电线路单相接地故障柔性电压消弧与动态保护新原理

为解决风电场集电系统长期存在的线路单相接地故障处理难题,提出风电场中性点柔性接地方式,理论推导获得柔性接地风电场三序等效电路,与集电线路单相接地故障复合序网模型,建立风电场零序电压柔性调控理论,提出集电线路单相接地故障柔性电压消弧方法,可主动将故障点电压及故障残流迅速抑制到零,实现单相接地故障电弧的可靠消除。进一步提出基于零序电流动态增量的高阻故障辨识与保护方法,通过柔性调控零序补偿电流,逐渐放大故障残流,实现永久性单相接地故障的灵敏感知与保护。利用PSCAD/EMTDC搭建含双馈异步风电机(doubly-fedinduction generator,DFIG)的规模化风电场模型,模拟多种运行与故障条件对所提方法进行验证,仿真结果表明,该方法能够在考虑系统不平衡电压的情况下精准调控集电线路故障点电压,实现瞬时性单相接地故障快速可靠消弧,动态感知并持续抑制永久性单相接地故障残流,实现集电线路高阻接地故障的灵敏保护。该技术有望提升风电场运行灵活性与故障防御能力,有力保障新能源电能外送的持续性、可靠性。

陆缘地壳背景下白云凹陷油气差异成藏条件研究

珠江口盆地位于南海北部陆缘,地壳厚度从北侧的29 km向南部迅速减薄至17~18 km,海水深度从北部的<0.1 km向南增至>2 km,白云凹陷正处于盆地南部的陆缘地壳强烈薄化带深水区,受此影响,白云凹陷具有特殊的油气成藏条件。一是受壳幔级拆离断裂控制而发育形成大型宽深断陷,最大沉积地层厚度超过10 km,沉积面积超2×10^(4) km^(2);二是发育高变地温场,地温梯度从凹陷北部的3.5℃/100 m向南最高升至8.5℃/100 m,平均达5℃/100 m,高地温使得烃源岩热演化加速,储层快速致密;三是发育浅水及深水、陆相及海相沉积储盖组合;四是白云凹陷裂陷期发育多个生烃洼陷,每个生烃洼陷,烃源岩发育规模不同、环境不同,热演化程度不同,导致生成的油气规模和相态的差异。众多地质条件的差异,导致同一洼陷,甚至同一洼陷不同构造部位的油气成藏条件都存在较大差异,由此造成油气分布及富集程度的差异。本文通过对白云凹陷各成藏条件的精细分析,明确其在区域上的分布特征,进而指出不同区带油气富集主控因素,为白云凹陷下一步勘探提供参考和依据。

中性点柔性接地配电网故障相恢复电压暂态时域特征分析

配电网接地故障过零熄弧后的电压暂态恢复特性决定了系统过电压水平及电弧重燃特性,目前,中性点柔性接地配电网故障熄弧后暂态恢复电压变化机理尚不明确,为此建立柔性接地配电网接地故障暂态等值电路,理论解析故障过零熄弧后故障恢复电压的时域表达式。在此基础上,对比分析配电网谐振接地与柔性接地方式下,系统参数变化对故障相恢复电压暂态峰值与恢复速度的影响,揭示暂态时间尺度下故障相恢复电压特征随注入零序电流值与电流注入时机的变化规律,阐明通过中性点注入可控零序电流抑制故障暂态过电压的机理。在PSCAD/EMTDC仿真环境与10 kV真型配电网实验场中模拟各种运行和故障工况,仿真与真型实验结果均验证柔性接地配电网故障相恢复电压时域解析特征与变化规律的正确性。

基于FTU的配电网单相接地故障定位与恢复方法

配电网发生最多的故障是接地故障。针对准确地检测隔离接地故障线路并尽快恢复供电,提出基于配电开关监控终端(FTU)的配电网单相接地故障定位与恢复方法。利用配电网各节点FTU的小波包变换暂态选线及相电流暂态特征选线技术,结合故障路径自适应处理控制策略,配合首开关延时合闸逻辑,从而实现多分支配电网故障定位与自动隔离恢复。所提方法能够快速选出故障线路并隔离故障区段,有利于故障快速消除,提高系统运行的安全性、可靠性。

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。

基于零序特征参量差异的谐振接地系统熄弧时刻判别方法

在谐振接地系统中,熄弧时刻的准确判别对于接地故障的选线、消弧效果评估以及熄弧后暂态信息提取和利用具有指导意义。该文针对谐振接地系统单相接地故障,分析了故障点工频电流熄弧前后的故障电气特征,并利用母线零序电压和消弧线圈电流,通过求取其信号的一阶导数及其平方信号的二阶导数,构造两种特征参量。研究发现该特征参量在熄弧前为常数,熄弧后发生明显变化,据此可形成相应的熄弧时刻判别的基本判据。考虑到系统实际运行中各种因素的影响,在此基础上形成熄弧时刻判别的附加判据,从而最终提出基于零序特征参量差异的谐振接地系统熄弧时刻判别方法。通过Mat Lab/Simulink仿真和现场实测,验证了该熄弧时刻判别方法的有效性和准确性。