小电流接地系统单相弧光接地的选线研究
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摘要
小电流接地系统由于其供电可靠性高,在我国6-66kV配电网广泛采用。随着电网容量和输电线路长度的增加,电网对地电容电流不断增加,使得弧光接地越来越不可避免,这增加了小电流接地系统单相故障选线的难度。
本文从传统电弧物理数学模型入手,建立了针对小电流接地系统的电弧仿真模型。该模型设置了电弧的稳态峰值电流和弧长两个输入参数,通过改变这两个参数可以方便地获得不同稳态电流下的不同弧长电弧。将此模型嵌入到由MATLAB/SIMULINK构建的小电流接地系统仿真模型中,即可进行单相接地的故障选线研究。
本文分析了小电流接地系统弧光单相接地的故障特性,对“基于小波包重构算法的小电流单相接地故障选线原理”在弧光接地时的动作行为进行了研究。由于受到弧光接地中产生的非线性、时变性、阻尼性电弧的影响,该选线原理在相电压过零处发生弧长100cm的弧光接地故障的极端情况下会发生选线错误。对此,本文提出了改进措施:以小波包分解提取出故障电弧引起的暂态特征频段,对其重构后进行选线,仿真结果证明了其能够实现各种弧光单相接地故障的正确选线。
Neutral un-effectual grounding system (NUGS) is widely used in 6-66kVdistribution networks in China because of its high reliability. With the increase of netcapacity and length of transmission lines, the grounding capacitance current becomeslarger which leads to inevitable arc’s earthing faults. As a result it raises the difficultyof line detection for single-phase-to-earth fault.
After theoretical analyzing on traditional arc model which is based on physicalconcept and mathematical derivation, arc simulation model for NUGS is established.Two parameters, which are the peak value of steady state arc current and arc length,are introduced in this model. By setting these two parameters, various arcs can beeasily obtained under different steady state arc current. With the model embedded inthe NUGS simulation model, research on line detection for single-phase-to-earth faultin NUGS can be implemented.
Fault features of single-phase arc’s earthing in NUGS are analyzed, and then theoperating behavior of“Principle of Fault line-detection based on wavelet packetsreconstruction algorithm in NUGS”for arc’s earthing fault is studied. As a result ofthe nonlinear, dynamic and damping behavior of arc, the above methodology fails todetect the fault line at the extreme case of arc’s earthing fault that happens near zeropoint of the phase voltage and with the arc’s length exceeding 100cm. Consideringthis extreme case, improved measure is proposed in this paper. It extracts thecharacteristic frequency bands, which compose arc transient feature, fromzero-sequence current of each line via wavelet packets decomposition algorithm. Thenreconstructed coefficients are utilized to detect the faulty line. Simulation resultsprove that it is reliable under whatever arc’s earthing fault condition.
本文从传统电弧物理数学模型入手,建立了针对小电流接地系统的电弧仿真模型。该模型设置了电弧的稳态峰值电流和弧长两个输入参数,通过改变这两个参数可以方便地获得不同稳态电流下的不同弧长电弧。将此模型嵌入到由MATLAB/SIMULINK构建的小电流接地系统仿真模型中,即可进行单相接地的故障选线研究。
本文分析了小电流接地系统弧光单相接地的故障特性,对“基于小波包重构算法的小电流单相接地故障选线原理”在弧光接地时的动作行为进行了研究。由于受到弧光接地中产生的非线性、时变性、阻尼性电弧的影响,该选线原理在相电压过零处发生弧长100cm的弧光接地故障的极端情况下会发生选线错误。对此,本文提出了改进措施:以小波包分解提取出故障电弧引起的暂态特征频段,对其重构后进行选线,仿真结果证明了其能够实现各种弧光单相接地故障的正确选线。
Neutral un-effectual grounding system (NUGS) is widely used in 6-66kVdistribution networks in China because of its high reliability. With the increase of netcapacity and length of transmission lines, the grounding capacitance current becomeslarger which leads to inevitable arc’s earthing faults. As a result it raises the difficultyof line detection for single-phase-to-earth fault.
After theoretical analyzing on traditional arc model which is based on physicalconcept and mathematical derivation, arc simulation model for NUGS is established.Two parameters, which are the peak value of steady state arc current and arc length,are introduced in this model. By setting these two parameters, various arcs can beeasily obtained under different steady state arc current. With the model embedded inthe NUGS simulation model, research on line detection for single-phase-to-earth faultin NUGS can be implemented.
Fault features of single-phase arc’s earthing in NUGS are analyzed, and then theoperating behavior of“Principle of Fault line-detection based on wavelet packetsreconstruction algorithm in NUGS”for arc’s earthing fault is studied. As a result ofthe nonlinear, dynamic and damping behavior of arc, the above methodology fails todetect the fault line at the extreme case of arc’s earthing fault that happens near zeropoint of the phase voltage and with the arc’s length exceeding 100cm. Consideringthis extreme case, improved measure is proposed in this paper. It extracts thecharacteristic frequency bands, which compose arc transient feature, fromzero-sequence current of each line via wavelet packets decomposition algorithm. Thenreconstructed coefficients are utilized to detect the faulty line. Simulation resultsprove that it is reliable under whatever arc’s earthing fault condition.
引文
[1]郑志杰,王艳,李磊.20kV配电网中性点接地方式的探讨[J].电力勘测设计,2010,1:62-64
[2]王中旗,张建军,秦国防.城网10kV电力系统中性点接地方式研究[J].济源职业技术学院报,2009,3:26-28
[3]方创.中山电网kV系统中性点接地方式分析[J].沿海企业与科技,2009,8:108-110
[4]曹文雨,张建兴.客运专线10kV电力贯通系统中性点接地方式探讨[J].供变电,2010,1:25-27
[5]陈亚,中压电网中性点接地方式运行特性研究:[硕士学位论文],保定,华北电力大学,2004
[6]孙庆海,田刚.浅析煤矿电网中性点接地[J].煤矿现代化,2010,2:86-88
[7]郝玉山,杨以涵,任元恒,等.小电流接地微机选线的群体比相比幅原[理J].电力情报,1994,2:15-19
[8]刘兴艳,董洋洋.基于五次谐波电流变化特征的单相接地故障选线方法[J].电子质量,2010,3:35-37
[9]马珂,张宝会.中性点非直接接地系统故障选线原理的发展与展望[J].继电器,2003,31(5):65-70
[10]梁睿,辛健,王崇林,等.应用改进型有功分量法的小电流接地选线[J].高电压技术,2010,36(2):375-379
[11]朱丹,蔡旭.小电流接地电网改进能量法接地选线原理[J].继电器,2004,32(10):44-48
[12]易东,李群湛,黄彦全.零序导纳法接地选线保护原理[J].电力自动化设备,2002,22(10):40-42
[13]刘娟,小电流接地系统故障选线新方法研究:[硕士学位论文],昆明,昆明理工大学,2005
[14]胡佐,李欣然,石吉银.基于残留于首半波综合的接地选线方法研究[J].继电器,2006,34(7):6-9
[15]毛玲,小波变换在小电流接地系统单相接地故障选线方面的应用与研究:[硕士学位论文],南京,河海大学,2002
[16]檀国彪,等.基于最大Isinφ(或Δ(Isinφ))原理的微机选线装置[J].中国电力,1995,28(7):16-20
[17]曾祥君，尹项根，张哲等．配电网接地故障负序电流分布及接地保护原理研究[J]．中国电机工程学报，2001，21(6)：85-89
[18]王新超，桑在中．基于“S注入法”的一种故障定位新方法[J]．继电器，2001，29(7)：9-12
[19]郑罡，基于注入法的小电流接地系统单相接地故障定位方法：[硕士学位论文]，山东，山东大学，2007
[20]束洪春，肖白．配电网单相电弧接地故障选线暂态分析法[J]．电力系统自动化，2002，26(21)：58-61
[21]赵新红，袁洪，车伟，等．小波变换在小电流接地电弧故障选线中的应用[J]．高电压技术，2005，31(10)：18-20
[22]唐轶，陈奎，陈庆，一种新的电弧接地故障选线方法[J]．煤炭科学技术，2008，36(8)：65-69，112
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[30]张艳霞，姜惠兰．电力系统保护与控制[M]．北京，清华大学出版社，2005
[31]齐郑，小电流接地系统单相接地故障选线及定位技术的研究：[硕士学位论文]，保定，华北电力大学，2005
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[45]戴剑锋，张艳霞．基于多频带分析的自适应配电网故障选线研究[J]．中国电机工程学报，2003，23(5)：44-47
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