Fault Line Selection Method Considering Grounding Fault Angle for Distribution Network

In the distribution network system with its neutral point grounding via arc suppression coil, when single-phase grounding fault occurred near zero-crossing point of the phase voltage, the inaccuracy of the line selection always existed in existing methods. According to the characteristics that transient current was different between the fault feeder and other faultless feeders, wavelet transformation was performed on data of the transient current within a power frequency cycle after the fault occurred. Based on different fault angles, wavelet energy in corresponding frequency band was chosen to compare. The result was that wavelet energy in fault feeder was the largest of all, and it was larger than sum of those in other faultless feeders, when the bus broke down, the disparity between each wavelet energy was not significant. Fault line could be selected out by the criterion above. The results of MATLAB/simulink simulation experiment indicated that this method had anti-interference capacity and was feasible.

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。

基于初始电流行波相位的多端混合直流线路单端保护方案

为了解决LCC-MMC型多端混合直流系统线路保护存在的问题,提出一种基于初始电流行波相位的多端混合直流线路单端保护方案。首先基于多端混合直流输电线路发生不同位置和类型的故障工况,推导直流线路入射电压行波的解析式并计算其高频段相位。其次结合线路边界行波折反射原理和测量波阻抗特性,提出利用初始电压行波相位的区内外识别判据,并根据雷击和短路故障的入射行波低频相位特性构建雷击干扰判据。在PSCAD/EMTDC中搭建昆柳龙多端混合直流系统模型进行验证,证明所提方案仅利用单端量信息即可满足故障判断和选线要求,满足速度性的同时具备一定的抗过渡电阻能力(500Ω)。

灵活接地系统小电阻退出暂态特征及对暂态故障选线方法影响

灵活接地系统发生高阻接地故障时,中性点小电阻并联阶段保护往往拒动,仍需考虑小电阻退出时的暂态特征对已有暂态故障选线方法的影响。并联小电阻退出时伴随一定的暂态过渡过程,文中针对此过程建立灵活接地系统单相接地故障暂态等值电路。分析了并联小电阻退出时系统各暂态电气量特征、不同故障情况对暂态电气量幅值的影响、暂态零序电流与暂态零序电压的约束关系,明确并联小电阻退出后暂态量对暂态故障选线方法稳定性的影响。当灵活接地系统高阻接地故障小电阻退出时,产生的暂态电气量将导致暂态幅值比较法、暂态极性选线法、暂态功率方向法误动,但暂态零序电流投影法选线正确,仿真验证了分析结果的正确性。

基于柔性调控零序电压的不平衡配电网故障检测方法

在柔性消弧过程中实现故障选线、过渡电阻测量与故障性质判定对现有配电网单相接地故障检测具有重要意义。针对配电网三相对地参数不对称的柔性接地系统,首先分析不平衡零序电压对消弧效果的影响,提出柔性消弧全补偿电流的计算方法。然后分析正常运行状态下和单相接地故障状态下注入电流和母线零序电压之间的约束关系。结果表明:无论系统处于何种状态,均可通过改变注入电流来柔性调控母线零序电压,进而调控各线路零序电流。并根据柔性调控零序电压前后各线路零序电流的变化规律,提出一种可实现故障选线、过渡电阻测量和故障性质判定的故障检测方法。Matlab/Simulink仿真验证了该方法的有效性和准确性。

注入电流分布特性辨识的配电网故障选线方法

针对谐振接地系统单相接地故障特征微弱,基于故障特征的选线方法灵敏度和可靠性降低的问题,提出一种主动注入信号辨识的故障选线方法。首先,推导了注入电流受线路对地导纳影响下的分布特性,利用此分布特性构造选线判据。然后,从不同角度分析了注入信号对系统运行的影响,选择适宜参数的注入信号。考虑降低注入频率能够提高主动注入式选线方法的耐过渡电阻能力,故选择注入低频信号。测量注入信号后各条馈线的零序电流,选择稳态零序电流时间窗,利用Prony算法辨识各条线路零序电流中25 Hz电流幅值完成故障选线。最后,Pscad仿真和现场实测波形验证结果表明,该方法在不同故障场景下均能准确实现故障选线,且具有良好的耐过渡电阻能力。

基于暂态零序导纳值的谐振接地系统单相接地故障选线方法

谐振接地系统削弱了故障线路和非故障线路的零序特征差异,为此提出了一种基于暂态零序导纳值的谐振接地系统选线方法。首先从理论上推导了单相接地故障下故障线路和非故障线路的暂态零序导纳公式,比较了两者的特征差异。在此基础上,构建了基于暂态零序导纳最大均值指标的单相接地故障选线方法。最后,基于PSCAD/EMTDC软件对所提方法的性能进行了全面的验证和测试。结果表明,所提方法具有耐受过渡电阻能力强的优势。仅需计算故障后半个工频周期内的暂态零序导纳,计算量小、速度快、易于实现。同时,在噪声干扰、电流互感器反接、网络拓扑结构变化、线路参数变化、采样频率变化等干扰因素下仍有较高的选线准确度。

高阻型单相接地故障信号的暂态分量影响因素研究

高阻型单相接地故障信号的暂态分量,在故障过渡电阻这一主要影响因素之外,还受到以下影响因素的制约,进而影响暂态判据选线的准确度:配电网发生故障时所运用的系统接地方式、故障发生时的相角、故障发生点距母线的距离、故障发生出线的长度等。其中系统接地方式由于为配电网系统本身的设计所导致,不受故障本身随机性的影响,因而其影响对于研究高阻型单相接地故障特征的暂态分量具有基础意义。本文利用了Matlab-Simulink仿真平台,重点针对过渡电阻阻值、中性点接地方式对高阻型单相接地故障暂态分量的影响进行了仿真分析,着重探究了过渡电阻阻值以及几种中性点非有效接地方式,在接近真实情况的三相不平衡条件下对高阻型单相接地故障暂态分量的影响。结果表明高阻型单相接地故障的过渡电阻较小、系统消弧线圈补偿度较小或中性点不接地,将影响高阻型单相接地故障信号的暂态分量并使得其强度较大、信噪比较高。

针对海上风电场汇集线路单相接地故障的柔直侧新型距离保护方案

海上风电场汇集线路发生单相接地故障时,线路两侧短路电流分别由风电机组换流器和柔直换流器提供,由于正序、负序与零序网络串联,在传统大电网存在场景下不受控制影响的零序电流也将像正序和负序电流一样呈现幅值受限、相位受控特性,柔直侧距离保护无法正确识别单相接地故障。该文建立海上风电场汇集线路单相接地故障时的复合序网,分析汇集线路两侧故障特性,在不借助线路双端通信的前提下,利用柔直侧负序和零序电流准确求取风机侧零序电流。基于此,构建关于故障距离的方程,提出柔直侧新型距离保护方案,解决了双端均为逆变型电源的线路中零序电流受控导致距离保护性能下降的问题。此外,所提保护方案受风电场无功支撑策略、过渡电阻大小及性质影响小。测试结果表明,该保护方案可以准确识别海上风电场汇集线路区内外单相接地故障。

基于投入并联小电阻的含多分支配电网单相接地故障行波测距方法

含多分支配电网拓扑结构复杂,传统算法常忽略分支,测距精度受到影响。为此,提出基于投入并联小电阻的含多分支配电网单相接地故障行波测距方法。首先,检测故障零模、线模波到达首端的时间差,投入消弧线圈处并联小电阻,利用并联小电阻产生的零模波到达首端的时刻,以及零模波到达故障点后折、反射产生的线模波到达首、末端的时刻,消除零模波波速影响。其次,定义故障判别系数,判断故障发生在主干线路或分支上,根据故障所在区段精确计算故障距离,并根据混合线路的特点对故障判别系数进行修正以适应混合线路。最后,在PSCAD仿真平台上对所述方法进行验证,结果表明所提方法可判断故障区段,精确定位故障点且耐受过渡电阻能力和抗同步误差能力强。

基于DTW-Hilbert与改进K-means的谐振接地系统故障选线方法

受消弧线圈、过渡电阻、环境噪声等因素的影响,谐振接地系统故障信号特征微弱,且基于单一判据构成的故障选线方法难以保证选线结果的可靠性。针对上述问题,提出了一种基于动态时间弯曲(DTW)距离算法-Hilbert包络能量与改进K-means聚类算法的谐振接地系统故障选线方法。基于故障线路与健全线路波形相似度差距较大的原理,采用DTW距离算法定量刻画各线路电流序列之间的波形相似程度;为避免单一判据可能存在的选线盲区,基于故障线路与健全线路的能量系数区分度明显的原理,引入Hilbert包络能量衡量暂态零序电流信号中的高频分量幅值;为增强所提选线方法的数据处理能力与效率,采用改进K-means聚类算法对故障特征数据集进行分类处理,将各条线路的故障信息整理为故障数据集,作为改进K-means聚类算法的输入,聚类算法输出各条线路的聚类标签,依据聚类标签判定故障线路。仿真实验结果表明:①该方法在面对不同过渡电阻、不同故障距离、不同故障初相角、不同线路结构等工况时,均可确保选线结果的准确性;②相较于传统的K-means聚类算法,改进K-means聚类算法将选线准确率提升了3.4%。现场测试数据表明:该方法具有较强的抗噪声干扰能力,能够在强噪声环境下将保护的耐过渡电阻能力提升至3000Ω。

电网单相断线故障类型及电压特征

断线故障包括断线不接地、断线电源端接地、断线负荷端接地等。而断线故障类型、位置、系统中性点接地方式等均会影响系统电压幅值和相位等电气量特征。为挖掘各种断线故障在不同情景下的电压特征,系统地归纳和总结了单相断线故障类型,分析了不同断线故障下中性点可能的移动范围及断线后断口两端电压变化特征,运用对称分量法推导了110 kV断线时,负荷侧35 kV、10 kV母线电压特征,对断线故障定位、电网故障判别与处置具有现实意义。

基于ICEEMDAN-GWO-SVM的煤矿井下单相接地故障选线

为解决煤矿配电网发生单相接地故障时,难以对故障线路准确识别的问题,提出一种基于改进的自适应噪声完备集合经验模态分解(ICEEMDAN)的灰狼算法优化支持向量机(GWO-SVM)配电网单相接地故障选线方法。采用ICEEMDAN对不同工况下的每一条线路的零序电流进行分解,对各线路分解后的第一个模态分量IMF1求裕度因子、残差量相对能量系数和综合相关系数,然后将求解出的3种特征值组合形成特征向量,最后输入GWO-SVM中进行模式识别。通过Matlab/Simulink搭建包含4条馈线的10 kV配电网仿真模型进行验证。仿真结果表明,该方法不受故障位置、故障初始角、过渡电阻的影响,具有较高的选线准确率。

一起气体绝缘金属封闭开关设备起动过程中断路器接地故障分析

气体绝缘金属封闭开关设备(GIS)气室存在金属异物时容易导致电场畸变甚至绝缘击穿。本文结合一起220kV GIS断路器合闸送电过程中C相断路器发生单相接地故障的案例,通过进行SF6气体成分分析、局部放电在线监测、解体、缩比模型下金属异物模拟试验、螺栓材质分析可知,当GIS气室内部存在金属异物时,分合闸操作会导致在线监测局部放电信号远大于正常信号,但局部放电信号出现的频次少,可能无法满足告警条件。通过模拟试验表明,若GIS气室内部存在金属异物,当GIS受到振动冲击时更易发生内部绝缘击穿。因此,此次故障主要由操作过程中的振动冲击和气流影响下的内部金属异物放电引起。

基于功率系数的超高压输电线路单相接地故障位置识别研究

在判别单相接地故障性质时,识别故障位置是一个重要步骤。设计一种基于功率系数的超高压输电线路单相接地故障位置识别方法。该方法能够计算超高压输电线路单相接地故障下的功率系数,实现对负载损耗来源的量化。在实际负载损耗情况下,将线路等价为一个暂态等值电路,并实施输电线路的暂态分析,提取线路单相接地故障的暂态特征。基于多特征加权灰靶决策,设计超高压输电线路单相接地故障位置识别模型,实现单相接地故障的位置识别。测试结果表明,该方法的故障位置识别误差和平均故障位置识别时间都较短,具有一定的有效性。

基于相量测量的配电网单相断线接地识别方法

在配电网中,带有断线的单相接地故障发生得越来越频繁,经常造成重大安全事故。由于谐振接地系统和非接地系统的电源侧电气特性相同,很难区分谐振接地系统和非接地系统中的单相断线接地故障和单相接地故障。本文提出了一种区分单相断线接地故障和单相接地故障的方法,首先分析两种故障的电源侧和负荷侧电压特性,利用相位测量单元作为测量设备,选择负荷侧故障相电压和非故障相电压之间的相位差作为识别标准,然后分析了配电网中的运行条件和外部设备对识别方法的影响,计算了由其引起的相位误差,并修正识别方法,最后通过仿真验证了所提方法的有效性和鲁棒性。

基于二次谐波分量的10 kV单相接地脉冲选线的研究

受电力系统结构、运行工况等因素的影响,现有选线方法均存在不足之处。为保证选线准确性,提出一种脉冲电流选线方法,该脉冲电流流过故障线路,结合二次谐波分量检测技术进行检测。对中性点非有效接地系统进行建模与仿真,结合高压试验室现场试验,以验证该方法的有效性。

110 kV及以上输电线路单相接地故障点自动定位方法

为提升单相接地故障定位精度,提出110 kV及以上输电线路单相接地故障点自动定位方法。采集110 kV及以上输电线路故障信号,并使用行波信号对其进行提取分析,基于故障行波信号测量故障距离,定位单相接地故障点。测试结果表明,该方法能够实现高精度的故障定位,应用效果较好。