Analysis on the fault characteristics of three-phase short-circuit for half-wavelength AC transmission lines

Half-wavelength AC transmission(HWACT) is an ultra-long distance AC transmission technology, whose electrical distance is close to half-wavelength at the system power frequency. It is very important for the construction and operation of HWACT to analyze its fault features and corresponding protection technology. In this paper, the steady-state voltage and current characteristics of the bus bar and fault point and the steady-state overvoltage distribution along the line will be analyzed when a three-phase symmetrical short-circuit fault occurs on an HWACT line. On this basis, the threephase fault characteristics for longer transmission lines are also studied.

Comparison between open phase fault of arc suppression coil and single phase to earth fault in coal mine distribution network

When, in a coal mine distribution network whose neutral point is grounded by an arc suppression coil (ASC), a fault occurs in the ASC, compensation cannot be properly realized. Furthermore, it can damage the safe and reliable run of the network. We first introduce a three-phase five-column arc suppression coil (TPFCASC) and discuss its autotracking compensation theory. Then we compare the single phase to ground fault of the coal mine distribution network with an open phase fault at the TPFCASC using the Thévenin theory, the symmetrical-component method and the complex sequence network respectively. The results show that, in both types of faults, zero-sequence voltage of the network will appear and the maximum magnitude of this zero-sequence voltage is different in both faults. Based on this situation, a protection for the open phase fault at the TPFCASC should be estab-lished.

振动条件下三相交流电动机线路故障电弧诊断方法

串联故障电弧是由电气线路或设备中电气连接松动或线路绝缘老化引起的空气击穿现象,会导致设备损坏、电路短路等问题,甚至引起电气火灾。为了准确识别三相交流电动机的振动故障电弧,提出一个基于一维卷积神经网络(1D CNN)并结合鹈鹕优化算法(POA)的故障诊断模型。所提模型可以直接利用上位机输出的一维时序电流数据进行训练;通过POA寻找1D CNN的最佳超参数,提升模型的识别能力;经过t-SNE算法分析模型的特征提取效果后,证实其有效性。测试结果显示,故障电弧识别准确率高达99.72%,所提方法比现有技术更加方便且性能更优。

交流供电系统故障电弧隐患检测方法研究综述

交流故障电弧尤其是串联故障电弧是交流供电系统引发火灾的重要原因,其诱因复杂,产生过程隐蔽,特征现象不明显,如果不及时发现和处置,可能导致灾难性火灾,对人身安全和财产构成严重威胁。首先分析了交流故障电弧隐患发生的机理及其典型故障特征;其次系统阐述了交流供电系统中故障电弧检测和定位方法;最后,针对交流供电系统,从实际应用的角度出发指出了当前亟需解决的问题,并展望了未来交流故障电弧检测以及故障电弧定位的应用场景和研究方向。

基于OS-EM-ELM的边缘侧串联电弧故障检测方法

电弧故障的高度随机性、复杂性使得其难以被准确识别。针对传统电弧识别算法对硬件算力要求高、实时性较低且一旦固定无法更改的问题,提出一种适用于边缘计算、多负载种类和多特征结合的误差最小化极限学习机(EM-ELM)电弧故障检测方法。通过快速傅里叶变换(FFT)、db4小波分解,提取周期均值差、脉宽百分比、间谐波因数及小波高频能量,作为边缘侧电弧故障检测算法的输入特征。在此基础上提出结合在线序列(OS)方法的OS-EM-ELM方法,运用现场运行数据对算法进行改进,提高适应性。实验结果表明,所提方法能有效地区分正常和电弧故障的波形,且适用于多种类型负载同时工作的复杂情况,计算量小,可实现在线训练,适应性强,应用成本低,更加符合电弧检测装置边缘计算的要求。

换流站交流滤波支路断路器燃弧故障建模分析

换流站动态无功平衡需要频繁动作断路器投切滤波支路电容器组,投切容性负荷易诱发暂态过电压,近年来已发生多起断路器击穿爆炸恶性事故。现有模型无法准确模拟断路器投切容性负荷导致的击穿燃弧过程,针对该问题,分析现场实录故障数据,发现动态燃弧电阻是准确模拟的关键因素;针对传统时变电阻模型和Mayr电弧模型以工频熄弧原理为基础的局限性,将预燃弧阶段分为起弧阶段和不完全燃弧阶段,将全熄弧阶段分为准熄弧阶段和熄弧阶段,提出基于高频熄弧过程的二次动态燃弧模型。数值仿真与换流站实测波形对比,验证所提模型的正确性;并基于此模型,对断路器击穿燃弧电压、电流和电阻的动态特性进行分析,为后续换流站交流断路器燃弧故障的识别和预警提供基础。

交流滤波器支路断路器高频燃弧故障检测研究

为了维持系统动态无功平衡,换流站交流断路器需要频繁的投切滤波器组,容易出现击穿燃弧事故,破坏断路器的绝缘能力甚至引发爆炸等恶性事故。由于断路器燃弧故障电流呈现高频振荡衰减特性,振荡持续时间短,无固定稳态周期,无明显零休区间,现有的燃弧故障检测方法难以适用。针对该问题,该文通过分析预击穿阶段和稳态燃弧阶段的电弧电流特性,提出一种基于一阶累加生成和平均偏移度的断路器高频燃弧故障检测方法。仿真分析不同故障条件下算法的正确性和适用性,现场录波数据证实算法的有效性。

基于集合经验模态分解的交流航空故障电弧识别

故障电弧作为一种破坏性强,识别难度大的电路故障,给飞机的安全带来很大的威胁。然而目前航空业应用的电弧识别方法远不能达到要求。所以本文提出了一种将集合经验模态分解和LM优化的BP神经网络相结合的交流航空故障电弧识别方法。首先建立串联和并联交流电弧实验模拟平台,采集电弧电流波形,分析波形动态特性。将波形进行集合经验模态分解,选取差别明显模态分量作为故障特征分量。计算故障特征分量的能量熵作为交流故障电弧的特征量,输入到LM算法优化的BP神经网络,进行识别。结果表明,识别率达到90%以上,较好地识别出了航空故障电弧。

基于Mayr模型的低压配电线路故障电弧研究

针对故障电弧研究需要搭建专门的实验环境来分别模拟串联故障电弧、并联故障电弧和接地故障电弧而存在费用较高、实际操作比较困难的问题,提出了一种能在Matlab7软件中工作的Mayr电弧模型的设计方案;介绍了Mayr电弧模型方程的物理意义,采用Mayr电弧模型封装子系统对低压交流线路发生的串联故障电弧进行了仿真,并根据仿真电路,模拟了低压交流线路发生串联故障电弧的实验。仿真及实验结果表明,Mayr电弧模型的故障电弧电流与实验采集到的故障电弧电流比较接近,采用Mayr电弧模型用于低压交流线路故障电弧仿真具有一定的可行性。

基于CNN_LSTM模型的复杂支路故障电弧检测

在低压交流配电系统中,当多支路并联的复杂系统的某1支路中出现串联电弧故障时,识别难度大幅提升。为了预防此类情况引发的电气火灾,提出1种卷积神经网络(CNN)与长短时记忆网络(LSTM)结合的串联故障电弧检测方法。首先,搭建实验平台用以采集不同负载在不同支路下发生故障时和正常工作时的干路电流数据;然后,构建CNN_LSTM模型并做出相应改进,将电流数据直接输入到模型中,由模型自主提取波形特征并进行分类。研究结果表明:该方法可以快速、准确地识别出电弧故障,准确率达99.04%以上,且能够较为准确地检测出是哪类负载所在的支路发生电弧故障,准确率达97.90%,可为复杂支路下的电弧故障识别研究提供参考。

基于电弧随机性和卷积网络的交流串联电弧故障识别方法

随着接入低压配电系统负载种类的增加,低压交流串联电弧故障的识别难度大幅提升。针对此类问题,提出基于电弧随机性的卷积网络识别方法。首先,对采集到的电流数据进行陷波滤波,以放大电弧的高频随机特性;然后,基于皮尔逊相关系数计算电流周期间的相似度,并通过求解一阶导数获得电弧特征值作为检测标准。与基于小波变换和奇异值分解法、基于经验模态分解和概率神经网络法、电流周期间差异法相比,所提方法对电弧半周期的识别精度最高。最后,将电弧特征值生成特征向量,并采用AlexNet模型进行训练,进一步增加方法的普适性。试验结果验证了所提方法的有效性。

一起交流滤波器用断路器击穿事故分析

在高压直流输电系统中,由于交流滤波器用断路器投切频繁,工作环境恶劣,高压断路器开断电路后容易发生绝缘击穿故障。基于一起交流滤波器燃弧故障实例,简述了事故过程,分析了断路器处于正常工作阶段、击穿故障阶段、持续性燃弧熄弧阶段和完全击穿阶段等不同阶段时相应的滤波器支路电压电流特性,计算了断路器正常工作时电流谐波含量和总谐波畸变率。最后,通过分析各个阶段的电弧电压和电流动态变化录波波形以及现场断路器解体检查情况,总结了燃弧故障发生的原因,并提出相关建议,为交流滤波器用断路器的生产和运维检修提供了依据。

简化的Schavemaker交流电弧模型参数的计算方法研究

以工业、商业、住宅的电气系统为背景,以建立准确的电弧模型为目的,基于简化的Schavemaker模型进行研究,提出一种基于神经网络的模型参数计算方法。利用基于实验数据的模型参数计算方法得到神经网络训练样本,构建模型参数与工作条件之间的神经网络。利用所建网络可在无法获得特定工作条件下的电弧实验数据时直接预测该工作条件下的模型参数值。最终的验证结果表明,所提出的基于神经网络的模型参数计算方法准确度高,而且相比于现有方法具有一定的优越性。同时也反映了所建交流电弧模型能有效地实现电弧模拟,可为进一步的交流电弧特征学习和检测算法设计提供方法和工具。

变频系统中交流电弧故障特性及检测技术

目前,交流电弧故障特性分析基本上都是基于恒频系统,先进飞机交流电源系统向变频电源方向发展,频率变化范围为360~800 Hz。交流电弧故障的特征量如电流变化率、平肩段比例、谐波分量等都会随着频率而变化,因此恒频系统的电弧故障检测算法无法完全适用于变频系统中。基于此,本文搭建了交流电弧故障实验平台,在115 V/360~800 Hz条件下模拟了串行和并行电弧故障。在此基础上,分析了不同频率条件下故障电流的变化规律,从时域和频域角度研究了交流电弧故障电流的特征,提取了电流有效值的标准差、奇次谐波功率和、偶次谐波功率和作为变频系统电弧故障检测的特征量,最后设计并验证了交流电弧故障检测算法的有效性和可行性。

基于GIS快速接地开关的自适应重合闸研究

单相自适应重合闸技术具有诸多传统重合闸技术所不具有的优势,技术的关键是自动化装置如何准确地区分瞬时性故障和永久性故障,提出了基于GIS快速接地开关(HSGS)的一种区分输电线路单相瞬时性故障与永久性故障的新方法。其基本思想是根据在瞬时性故障情况下故障点潜供电弧熄灭后流过快速接地开关的电流峰值明显升高与永久性故障情况下流过快速接地开关的电流变化不明显来区分故障类型。通过公式推导和Simulink仿真测试验证了此方法的可行性,其原理简单,易于实现。

变压器升高座区域电弧故障与压力特性研究

变压器是特高压输电系统中的重要设备,变压器油箱内电弧放电故障引起的压强陡升将引起变压器燃爆事故,严重威胁电力系统的安全稳定运行。目前,尚缺乏针对高电压、大容量变压器升高座区域的电弧放电故障试验研究,燃爆过程不明晰,变压器防爆性能提升受到限制。通过搭建变压器网侧升高座区域油箱内的电弧放电故障真型模拟试验平台,进行大电流、高爆燃容量模拟短路试验,实现了对电弧放电故障后箱体内部压力上升过程和传递特性的测试试验;通过收集升高座筒壁上不同点位压强数据,得到不同燃弧能量下升高座内部压强时域变化曲线,分析电弧能量、电流与压力的关系,以及升高座、油箱及出线装置等结构对压力传递特性的影响过程。试验结果表明,电弧能量与电弧电流是影响升高座内升压的重要因素,电流从20kA增加至40kA时,筒壁上压强峰值将从0.79MPa增加至1.17MPa;同时,压力释放装置对于防止燃爆事故发生非常关键。试验研究初步阐明了变压器类设备油箱内部短路故障压力产生与传递的物理机制,对变压器防爆设计具有重要的指导意义。

低压交流故障电弧试验与数据库的建立

建立故障电弧试验平台,开展故障电弧、抑制性电弧和误动作等各种试验,累计进行试验14 754组。采集并记录试验电流、电压数据,利用小波分析、相空间重构和分形处理等手段对试验数据进行分析。提炼和总结出适合我国供电特点的故障电弧防护指标,得到典型故障电弧数据1 000余条,建立了拥有自主知识产权的故障电弧数据库。

航空电弧断路器的研究及应用

介绍了一种检测航空交流故障电弧的方法,通过频域中的滤波后,在时域中进行检测,在软件中加入甄别判据。最后,从民机的安全性出发,总结了电弧检测断路器在民机上的应用。

航空交流故障电弧损伤模型的研究

在分析电弧总能量模型的基础上,建立了电弧损伤模型。通过建立SAEAS5692—2007中的电弧测试试验,获取了三相115 V、400 Hz并行电弧损伤数据,与模型结果进行了对比分析。总结了模型的主要优缺点,为确定电气线路互联系统分离距离和系统安全性评估奠定了理论基础。

基于COMSOL Multiphysics的交流故障电弧仿真研究

在分析交流故障电弧物理特性的基础上,建立了大电流交流电弧的磁流体动力学(MHD)模型。在能量平衡方程中加入一个热源项,对控制方程进行改进,建立了小电流交流电弧的MHD模型。利用COMSOL Multiphysics软件对交流电弧复杂物理过程进行仿真,研究交流电弧各个物理场及电弧外部特性,为交流故障电弧的机理研究和影响因素分析提供了一种新思路。