单相接地故障分析与选线技术

前言

1绪论

0.1引言

0.2研究意义

0.3故障选线技术现状分析

0.4配电网故障选线的难点

O.5相关术语

2谐振接地配电网的补偿消弧原理

1.1消弧线圈

1.2自动跟踪补偿消弧线圈

1.3谐振接地电网的运行

1.4补偿装置的参数选择

3单相接地故障建模及特性分析

2.1单相接地故障的分布参数模型

2.2单相接地故障的稳态特性分析

2.3单相接地故障暂态特性的分析方法

2.4单相接地故障的暂态建模

2.5低阻抗单相接地故障电流

2.6单相接地故障电流的振荡机理

2.7高阻抗单相接地故障电流

2.8单相接地故障的暂态规律

2.9单相接地故障的仿真分析

4单相接地的故障模式分类

3.1故障暂态信号的分析方法

3.2单相接地故障的频谱特性

3.3单相接地故障的特征参数

3.4单相接地故障信号的能谱熵

3.5单相接地的模式分类

4基于故障模式的自适应故障选线方法

4.1故障信号主频带

4.2强故障模式的选线方法

4.3小角故障模式的选线方法

4.4弱故障模式的选线方法

4.5单相接地故障的选线过程

4.6谐波量对选线方法的影响

5基于固有模态能量的选线方法

5.1经验模态分解

5.2故障信号的固有模态能量分析

5.3固有模态能量选线算法

6单相电弧接地故障

6.1电弧基本理论

6.2交流电弧的特性

6.3单相电弧接地故障

6.4电弧接地故障的数学模型

6.5电弧故障的电磁暂态仿真 2100433B

单相接地故障分析与选线技术内容简介

《单相接地故障分析与选线技术》可作为电力部门、科研院所及工矿企业从事电力系统相关工作的科技人员的参考书，也可作为高等院校电气工程相关专业的教师、研究生和高年级本科生的教材及参考书。

单相接地故障分析与选线技术作者简介

王清亮，博士，副教授，硕士研究生导师，陕西省自动化协会会员，主要从事电气安全和变电站自动化方面的教学及科研工作，主讲电力系统自动化、配电网规划与运行、矿山供电、微机保护等本科及研究生课程。在《仪器仪表学报》、《煤炭学报》、《电力系统自动化》等影响因子较高的期刊公开发表20余篇学术论文，其中重要期刊8篇，核心期刊15篇，EI检索10余篇；主持中央与地方共建的供电安全实验室的设计及调试工作，完成了“矿井高压电网单相接地故障机理分析与保护技术研究”等2项陕西省教育厅基金项目及“秦源煤业继电保护、容性电流测试评估”等十余项横向课题的研究。在单相接地故障、漏电保护和电网绝缘监测方面具有较为系统和深入的研究。

针对现有的供配电系统的故障选线方法存在故障识别率不高和可靠性难以定量分析的问题，提出了一种基于改进的希尔伯特黄变换(HHT)和信心度的供配电系统故障选线的新方法。

选线故障选线方法

出现了很多故障选线方法，在理论上故障选线的方法已经相对成熟，但是在小电流接地系统中，每条馈线线路繁杂，真正能用到实际的选线技术少之又少。相对于故障稳态分量，故障暂态分量包含的故障特征更明显。采用小波算法处理故障行波信号，通过特征信号制定选线机制达到选线的目的。采用小波变换，分析提取到的暂态零序电流信号，通过奇异性分析实现故障选线。将信息熵应用到故障信号特征向量的提取中，可以有效的排除干扰，正确地提取特征信号。

通过对研究成果的总结，提出了基于改进HHT 变换和信心度的供配电系统故障选线新方法，提取每条馈线暂态零序电流分量在故障时刻的瞬时相角和幅值信息，通过比较相角关系制定故障选线投票机制。利用特征点瞬时幅值判断投票的可信性，并制定了合理的选线信心度，得到故障选线结果。在 ATP/EMTP 中建立了仿真模型进行验证，针对不同故障工况，经过大量的仿真和计算，表明该方法定义的选线信心度合理，大大提高了选线结果的正确性和可信度，为配电网小电流接地故障选线提供了重要的参考作用。

选线电力系统故障识别方法

针对小电流接地系统提出了一种基于改进的HHT 和信心度配电网故障选线新方法。通过改进的HHT 变换准确提取故障特征量，利用瞬时特征量判断投票的可信性。并制定了合理的选线信心度，然后进行故障选线识别。经过仿真验证该方法选线正确率很高，计算时间极大缩短，并且不受过渡电阻、故障位置和故障初相角的影响，同时，为故障选线的结果提供了一个可靠性的度量，拓展了配电网故障选线的新思路，也为电力系统故障识别提供了重要的参考作用。 2100433B

小电流接地故障选线定位问题在现场一直没有得到彻底解决。不少情况下，仍用传统的顺序拉闸法和目测巡线法查找故障线路和故障点。经过多年的研究，已有多种不同的选线原理问世，并有多种实用化装置投入运行，取得了一定的应用效果。但是，由于各种查找单相接地故障的保护装置主要利用了较小的特征量作为判据，准确率较低。为基于单相接地故障稳态量的典型选线定位原理，利用零序电流、零序电压的幅值和相位关系构成判据，判据特征量较小。为基于单相接地故障暂态量的选线定位原理，虽然故障的暂态量比稳态量大很多倍，但有故障电气量存在时间短不易采集故障数据的缺陷。为基于外加诊断信号的选线定位原理，该类原理开辟了小电流接地故障选线定位原理的新蹊径，以“S注入法”为代表，因从母线PT 的二次侧向故障相注入特殊的交流信号，受母线 PT 容量的限制，注入的判据信号较微弱。为利用信息融合理论的综合性选线定位判据，尽管各种选线原理一定程度上能够取长补短，但每一种选线原理仍然是依据较小的判据特征量，特别是高过渡电阻故障时，判据特征量更小，不能从本质上提高选线定位的准确率。

选线注入半波直流的选线定位原理

为增大选线定位判据特征量，根据小电流接地故障中性点对地电压的变化特征，提出从系统中性点处向故障系统注入半波直流电流，由中性点对地电压为直流发生装置提供电源，直流发生装置由高压硅堆 D、限流电阻 R 和投切开关 K_d 构成，接于接地变一次侧中性点。直流发生装置仅在单相接地故障发生后短时投入，选线定位结束后即切除。

发生接地故障时，中性点对地电压不为 0，直流发生装置投入后，将会产生半波直流电流，对中性点不接地系统，该直流电流在系统中性点、接地线路接地相、接地点和大地之间形成回路；对消弧线圈接地系统，消弧线圈对地支路有半波直流电流流通。可见，只有故障馈线中变电站至接地点的线路中有直流电流流通，而非故障馈线中没有该直流电流。因此，通过对半波直流电流寻踪可实现故障选线和定位，即为注入半波直流的选线定位原理。

选线直流电流详细分析

针对小电流接地故障选线定位判据数值小导致选线准确率低和定位困难的现状，以增大判据特征量为思路，在详细分析了小电流接地故障时中性点对地电压变化规律的基础上，提出了注入半波直流的选线定位原理。对注入的直流电流进行了详细分析，对该原理的抗过渡电阻能力及其对配电网的影响进行了分析，得出如下结论：

（1）该原理能够适用于中性点不接地系统和消弧线圈接地系统。对中性点不接地系统，具有很高的抗过渡电阻能力和较高的选线定位灵敏度；对消弧线圈接地系统，抗过渡电阻能力和选线定位灵敏度降低，可通过调节直流发生装置的限流电阻提高灵敏度。

（2）注入的直流电流不影响配电网的正常运行。注入直流电流的大小以半波直流电流的检测精度为条件，即在满足半波直流电流的检测精度的前提下，可尽量减小注入直流电流的量值。

（3）现场实验和仿真数据表明该选线定位原理的有效性。基于该原理的选线定位装置已投入现场试运行，选线定位准确。