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谐振接地系统单相断线故障分析

电力系统及其自动化学报 2019年第2期31卷 58-65页

作者：张洪涛曹丽丽冯光薛永端周宁王鹏国网河南省电力公司运维检修部郑州450018 中国石油大学(华东)信息与控制工程学院青岛266580 国网河南省电力公司电力科学研究院郑州450052

配电线路断线故障逐年增加,缺乏简单有效的检测手段。针对谐振接地系统,建立了单相断线故障模型。考虑断线位置、故障线路对地电容占系统对地电容的比例和负载阻抗大小的影响,分析了断口前后中性点电压、各相电压与线电压的变化特征。... 详细信息

配电线路断线故障逐年增加,缺乏简单有效的检测手段。针对谐振接地系统,建立了单相断线故障模型。考虑断线位置、故障线路对地电容占系统对地电容的比例和负载阻抗大小的影响,分析了断口前后中性点电压、各相电压与线电压的变化特征。结果表明:断口前后故障相电压变化有明显差异,而非故障相电压变化相同;断口前方线电压没有变化,后方故障相与两健全相之间的线电压幅值之和等于两健全相电压之间的线电压,且相位相反或相同。用MATLAB仿真验证了理论分析的正确性。研究成果可为谐振接地系统单相断线故障的检测与定位提供理论依据。

关键词：谐振接地系统单相断线故障故障分析电压特征

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基于零序导纳的消弧线圈接地系统馈线单相断线故障保护方法

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南方电网技术 2023年第5期17卷 117-124页

作者：霍建彬李巍周歧林白浩李党袁智勇广东电网有限责任公司广州供电局广州510620 南方电网科学研究院广州510663

配电网规模逐渐扩大且运行环境复杂多变,消弧线圈接地系统的单相断线故障愈发频繁,由于消弧线圈的补偿作用,发生断线故障时的电气量较弱,难以监测故障构建保护方案。针对消弧线圈系统馈线发生单相断线故障,提出了一种基于零序导纳的消... 详细信息

配电网规模逐渐扩大且运行环境复杂多变,消弧线圈接地系统的单相断线故障愈发频繁,由于消弧线圈的补偿作用,发生断线故障时的电气量较弱,难以监测故障构建保护方案。针对消弧线圈系统馈线发生单相断线故障,提出了一种基于零序导纳的消弧线圈接地系统馈线单相断故障保护方法。首先分析线路首端零序电流和母线零序电压的特征,利用零序电流与零序电压之比得到零序导纳,指出非故障线路零序导纳相位在第一象限,而故障线路零序导纳相位在第二象限或第三象限。然后对消弧线圈过补偿情况的故障线路零序导纳进行改进,用线路零序导纳相位乘以对应的符号系数,扩大了故障线路与非故障线路零序导纳相位对的差异,基于零序导纳的相位特性建立了故障保护判据。最后通过PSCAD/EMTDC仿真,结果验证了所提方法的可靠性。

关键词：消弧线圈接地系统单相断线故障零序导纳断线保护

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基于配电网双端信息融合的单相断线故障实时监测方法

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电力科学与技术学报 2020年第3期35卷 12-18页

作者：曾祥君陈磊喻锟刘白杨郭婷婷朱亮长沙理工大学智能电网运行与控制湖南省重点实验室国网湖南省电力公司长沙供电分公司国网湖南省电力公司

由于配电网结构复杂、运行方式多变,易发生各类断线故障。单相断线故障的故障特征不明显,常规方法难以有效监测,可靠性低。为解决这一问题,提出一种基于配电网双端信息融合的单相断线故障监测方法,通过实时监测电源侧及负载侧电压、电... 详细信息

由于配电网结构复杂、运行方式多变,易发生各类断线故障。单相断线故障的故障特征不明显,常规方法难以有效监测,可靠性低。为解决这一问题,提出一种基于配电网双端信息融合的单相断线故障监测方法,通过实时监测电源侧及负载侧电压、电流信号,提取断线故障特征信息,综合建立断线故障识别判据,实现单相断线故障实时监测,该方法显著提高了单相断线故障的识别精度。PSCAD/EMTDC仿真分析结果表明:该方法不受配电线路参数和系统运行方式的影响,能够有效排除其它故障,可靠准确地识别单相断线故障,监测准确、快速,满足配电网安全运行在线监测实时性要求,具有一定的工程应用价值。

关键词：配电网双端信息实时监测单相断线故障

含逆变型分布式电源配电网单相断线故障分析与保护研究

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含逆变型分布式电源配电网单相断线故障分析与保护研究

作者：邹南华北电力大学

学位级别：硕士

配电网在电力系统中承担着分配电能的作用,其供电可靠性和供电质量至关重要。近几年,随着配电网中绝缘导线的应用逐渐增多,断线故障发生概率增加,由于故障后无明显过流,使得故障检测及定位比较困难;其次,逆变型分布式电源(Inverter Inte... 详细信息

配电网在电力系统中承担着分配电能的作用,其供电可靠性和供电质量至关重要。近几年,随着配电网中绝缘导线的应用逐渐增多,断线故障发生概率增加,由于故障后无明显过流,使得故障检测及定位比较困难;其次,逆变型分布式电源(Inverter Interfaced Distributed Generation,IIDG)的接入会对单相断线故障特性产生影响,传统的故障保护方法不再适用。因此,本文通过对IIDG的控制策略、模型以及输出特性的研究,深入分析了IIDG接入位置和容量对传统配电网单相断线故障零序电压的影响,并提出了基于序分量的单相断线故障保护方法和基于零序电压差的辅助故障定位判据。首先,研究了IIDG控制策略、输出特性和等值模型。深入研究了配电网正常运行及对称故障下的IIDG PQ控制策略,分析了此控制策略下IIDG输出特性与等值模型。研究了配电网发生不对称故障下的IIDG正序分量控制策略,先建立双dq同步旋转坐标系下的控制模型,实现正负序分量的解耦,再采用正序分量控制策略消除负序分量。同时根据IIDG并网点正序电压的大小,采用低电压穿越控制策略。利用仿真验证了不同控制策略下的输出特性及模型的正确性。其次,分析了IIDG接入配电网单相断线故障零序电压分布。针对IIDG对传统单相断线故障特性产生影响这一问题,建立了含IIDG配电网故障模型,推导得出单相断线不接地、单相断线电源侧接地以及单相断线负荷侧接地三种故障形态下的断口两侧零序电压表达式。通过绘制相量图的方法,分析了IIDG接入位置、容量、故障接地电阻以及故障位置对系统侧零序电压分布的影响。利用仿真验证了所述分析方法的合理性以及分析结果的正确性。最后,提出了基于序分量的单相断线整体保护方案。在分析了故障后各节点负序阻抗以及断口两侧零序电压差的基础上,借鉴电流差动保护的思想,定义了负序差动阻抗,基于区内外故障时负序差动阻抗的特征差异,提出了一种基于负序差动阻抗的保护判据。该判据利用负序差动阻抗幅值作为动作量,利用其相位构造具有自适应性的制动阈值,针对重载保护失效的问题,提出了将零序电压差作为辅助判据,分析了不可测负荷分支对上述保护判据的影响,并提出了通过比较负序电流幅值进行故障定位的方法。仿真结果表明,所述方法可以可靠定位,具有不受中性点运行方式、IIDG、过渡电阻以及负荷影响的特点。

关键词：配电网单相断线故障 IIDG 故障特性零序电压分布保护

考虑负荷不平衡的10kV配电网单相断线故障特征分析与定位

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考虑负荷不平衡的10kV配电网单相断线故障特征分析与定位

作者：陈锐凯南昌大学

学位级别：硕士

配电网网络结构复杂多样,故障频发,其中单相断线故障较为常见。配电网发生单相断线故障时线路会产生大量负序、零序电流,引起电力设备过热甚至损毁。同时,配电网断线故障会出现断线坠地的情况,造成人员触电、森林火灾等安全隐患。因此,... 详细信息

配电网网络结构复杂多样,故障频发,其中单相断线故障较为常见。配电网发生单相断线故障时线路会产生大量负序、零序电流,引起电力设备过热甚至损毁。同时,配电网断线故障会出现断线坠地的情况,造成人员触电、森林火灾等安全隐患。因此,亟需对配电网发生单相断线故障时的电气量特征进行分析,并研究单相断线故障区段定位方法,实现对故障的快速识别以及处理,提升配电网运行的安全性和可靠性。对10kV配电网中性点不接地系统进行建模,在负荷不平衡且负荷不平衡度发生变化时,以中性点为参考点,研究了断线位置、故障线路的对地电容占系统总对地电容比以及接地过渡电阻改变时地电位在复平面中的运动轨迹。基于地电位运动轨迹,详细分析了配电网系统发生单相断线不接地、单相断线并电源侧接地以及单相断线并负荷侧接地故障时的线路电气量变化特征。结果表明:在不接地系统发生单相断线故障后,随着负荷不平衡度变化,地电位在复平面上始终沿着圆弧运动,断口前后故障相电压以及线电压幅值、相位变化较大,健全相电压以及线电压基本无变化;断口下游故障相与两健全相之间的线电压幅值之和大于正常线电压幅值、小于1.63倍的正常线电压幅值,其中幅值较小线电压的幅值始终小于0.5倍的两健全相间线电压幅值,幅值较大的线电压相位始终与两健全相间线电压相反,依据此特征,提出了相应的中性点不接地系统故障区段定位方法。对10kV配电网中性点谐振接地系统进行建模,在负荷不平衡且负荷不平衡度发生变化时,以中性点为参考点,研究了阻尼率、失谐度、断线位置、故障线路的对地电容占系统总对地电容比以及接地过渡电阻对地电位的影响。详细分析了谐振接地系统发生单相断线故障时,断口上下游三相相电压、线电压的变化特征,绘制了相应的电压运动轨迹,并给出了电压幅值及相位的变化范围。结果表明:谐振接地系统发生不接地断线故障时,系统的失谐度、阻尼率会影响各电压,产生偏移角θ,中性点电压相位超前不接地系统单相断线不接地故障时(180-θ)。谐振接地系统发生单相断线故障时,断口下游故障相与两健全相之间的线电压幅值之和等于正常线电压幅值,幅值较小线电压的幅值始终小于0.5倍正常线电压幅值,幅值较大的线电压相位始终与两健全相间线电压相位相反,依据此特征,提出了相应的中性点谐振接地系统故障区段定位方法。基于MATLAB/Simulink平台,搭建了10kV配电网仿真模型,分别对中性点不接地系统以及谐振接地系统,就断线位置、过渡电阻大小、负载平衡度对配电网单相断线故障的电压影响进行了仿真,验证了本文理论分析的正确性,以及故障区段定位方法的有效性。

关键词： 10kV配电网不接地系统谐振接地系统单相断线故障负荷不平衡电压特征区段定位仿真验证

10kV配电网单相断线故障特征分析与定位方法

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10kV配电网单相断线故障特征分析与定位方法

作者：张弛南昌大学

学位级别：硕士

配电网直接面向广大电力用户,是提高电力系统运行效率与保证供电质量的关键环节。随着架空绝缘导线的广泛应用,雷击断线概率增大,加之受设备老化、外力破坏等因素影响,近年来配电网单相断线故障呈现多发态势。断线故障发生后断点处线路... 详细信息

配电网直接面向广大电力用户,是提高电力系统运行效率与保证供电质量的关键环节。随着架空绝缘导线的广泛应用,雷击断线概率增大,加之受设备老化、外力破坏等因素影响,近年来配电网单相断线故障呈现多发态势。断线故障发生后断点处线路可能坠地造成接地复故障,从而引发停电、火灾、人畜触电等安全事故。因此,非常有必要开展配电网单相断线故障特征分析与定位研究,迅速发现并切除故障,消除安全隐患,这对于保证配电网安全可靠运行具有重要意义。构建了不同中性点接地方式(中性点不接地、中性点谐振接地)、不同故障形态(单相断线不接地、单相断线并电源侧接地、单相断线并负荷侧接地)的10kV配电网单相断线故障分析模型。综合考虑阻尼率、失谐度、接地过渡电阻、负荷阻抗以及故障线路断口下游对地电容占比等影响因素,以中性点为参考点,分析了地电位随对地电容占比以及过渡电阻变化的运动轨迹。对于单相断线故障,地电位随对地电容占比变化的轨迹为一直线;对于单相断线并坠地故障,地电位随过渡电阻变化的运动轨迹为一圆弧。分析了负荷阻抗对称分布时的中性点电压、断口上游线电压和相电压以及断口下游线电压和相电压的故障特征,给出了上述各电压的幅值和相位变化范围。综合考虑不同中性点接地方式、不同故障形态、接地过渡电阻,断口上、下游的负荷阻抗以及线路对地导纳,利用对称分量法将abc坐标系下的边界条件转化为序分量下的边界条件,制定了各种单相断线故障形态的复合序网图,并利用复合序网图对故障线路的断口处和出口处以及健全线路出口处的各序电流分量进行了分析。对于任一类型的单相断线故障,故障线路出口处的负序电流与健全线路的负序电流幅值和相位均有显著差异,且接地过渡电阻对负序电流特征影响微弱;而零序电流故障特征受线路零序电容及接地过渡电阻影响较大。当健全线路的零序电容远大于故障线路的零序电容时,健全线路出口处的零序电流可能大于故障线路出口处的零序电流;随着接地过渡电阻增大,各线路零序电流的幅值逐渐减小,故障线路的零序电流特征逐渐减弱。根据健全线路与故障线路的负序电流相关性较低、而健全线路之间的负序电流相关性较高的特征,提出一种基于负序电流相关性的故障选线方法。在故障选线基础上,利用故障线路断口下游的线电压发生显著变化的特征,进行故障区段定位及故障选相。针对中性点不接地系统和谐振接地系统故障后的中性点电压及断口上、下游故障相电压的特征差异,分别设计了相应的单相断线故障类形辨识判据。最后,利用MATLAB/Simulink仿真平台搭建了10kV配电网单相断线故障仿真模型。设置不同的过渡电阻、故障位置以及线路参数,分别对不接地系统以及谐振接地系统各种单相断线故障的电压以及序电流的故障特征进行了仿真验证。测试了所提出的故障选线、区段定位以及故障类型辨识方法,证明了其有效性。

关键词： 10kV配电网单相断线故障电压特征序电流相关分析法故障选线区段定位仿真验证

小电流接地系统单相断线故障分析及定位方法研究

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小电流接地系统单相断线故障分析及定位方法研究

作者：卢磊南昌大学

学位级别：硕士

近年来配电网绝缘化率逐渐提高,也伴随着越来越多的雷击断线故障事件,加上外力破坏和线路老化等多重因素使得配电网发生单相断线故障的频率越来越高。配电网发生单相断线故障后,故障电流很小,系统无法准确对故障做出判断,故障长时间得... 详细信息

近年来配电网绝缘化率逐渐提高,也伴随着越来越多的雷击断线故障事件,加上外力破坏和线路老化等多重因素使得配电网发生单相断线故障的频率越来越高。配电网发生单相断线故障后,故障电流很小,系统无法准确对故障做出判断,故障长时间得不到解决可能导致人员触电事故,同时电气设备也会因长时间的缺相运行而受到损坏。因此,有必要对配电网发生单相断线故障后的故障特征和定位方法进行研究,这对于减少因单相断线故障而引发的人身安全和财产损失具有重要意义,同时也能提高配电网的供电稳定性和可靠性。本文以小电流接地系统为研究对象,分别对不接地系统和谐振接地系统在不同影响因素下的故障电压特征变化规律做了详细的分析。对于不接地系统,分别对系统发生单相断线不接地故障、单相断线兼电源侧接地故障和单相断线兼负荷侧接地故障的故障电压特征做了分析。在综合考虑断线位置、故障部分线路对地电容占系统总对地电容的比例、负荷阻抗的大小分布和断线接地过渡电阻的大小等几个方面的影响因素下,分析了不接地系统发生单相断线故障后的中性点偏移电压和断口前后三相电压和线电压的电压特征。对于谐振接地系统,分别从阻尼率、失谐度、断线位置、故障部分线路对地电容占系统总对地电容的比例、负荷阻抗的大小分布和断线接地过渡电阻的大小等几个方面进行分析,在考虑负荷阻抗对称的情况下分别分析了谐振接地系统发生单相断线不接地故障、单相断线兼电源侧接地故障和单相断线兼负荷侧接地故障的故障电压特征,推导出了故障后中性点偏移电压和断口前后三相电压和线电压的电压特征。在小电流接地系统发生单相断线故障电压特征分析的基础上,针对不接地系统和谐振接地系统分别提出了不同的单相断线故障定位方法。对不接地系统提出了分别利用断口下游相/线电压的幅值和相位关系进行断线故障区间定位的方法,针对谐振接地系统提出了利用断口下游线电压的幅值关系进行断线故障区间定位的方法,所提出的故障定位方法在已有的配电网自动化平台上增加一个软件分析模块就能快速识别断线故障区间。最后,利用仿真软件MATLAB/Simulink搭建了10kV配电网单相断线故障仿真模型,分别对不接地系统和谐振接地系统发生单相断线故障进行了仿真,仿真结果验证了所提故障辨识和故障定位方法的正确性。

关键词：小电流接地系统单相断线故障中性点偏移电压电压特征区间定位仿真验证

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配网线路单相断线故障定位与辨识方法研究

配网线路单相断线故障定位与辨识方法研究

作者：李科君上海交通大学

学位级别：硕士

单相接地故障与单相断线故障是配电网中的常见故障,且仅依靠传统的集中式测量系统难以对两者进行区分。其中单相断线故障不同于危险性较小的单相接地故障,其容易引发设备烧毁、人畜触电等经济、安全事故,危险性极高,加之国内配网系统大... 详细信息

单相接地故障与单相断线故障是配电网中的常见故障,且仅依靠传统的集中式测量系统难以对两者进行区分。其中单相断线故障不同于危险性较小的单相接地故障,其容易引发设备烧毁、人畜触电等经济、安全事故,危险性极高,加之国内配网系统大多采用小电流接地方式,带故障运行会造成巨大经济损失与人员伤亡。因此,找到一种能对单相断线故障进行定位辨识的方法就十分重要。通过对单相断线故障定位辨识方法的发展现状研究,本文发现目前的配电网故障定位方法虽然发展较为成熟,但一般仅依靠单一的稳态信息量或暂态信息量进行定位,受系统运行方式影响较大;而在断线故障辨识方法上,国外相关研究较少,国内研究仅处于起步阶段,提出的方法对故障情况考虑不足,普适性差,且依赖电网运行经验。针对这些问题,本文在深入研究单相断线故障特征的基础上,提出了单相断线故障的定位方法与辨识方法,主要研究工作与取得的成果如下:（1）提出了基于电流相关度的初步故障区段定位方法。本文对故障区段建立了等效电路模型,比较分析了故障区段与非故障区段内电流特性的差异:故障区段内故障点上、下游测量点之间电流相关度低,非故障区段内测量点之间电流相关度高。根据这一特征,比较每个测量点与其下游测量点之间的电流相关度,就可以实现初步故障区段定位。（2）提出了基于小波变换的配网线路单相断线故障精确定位方法。本文首先采用小波变换的方法来提取初步故障区段内各测量点的初始行波波头,确定初始行波的极性与到达时刻,然后在此基础上采用D型行波定位方法进行故障点的精确定位。（3）分析了单相接地故障与单相断线故障上、下游电压向量特征。本文建立了两种故障的故障点上、下游等效电路模型,对不同中性点接地方式、不同接地过渡电阻阻值条件下两种故障的上、下游三相电压向量特征进行了计算分析。分析结果表明故障上游两种故障电压向量特征基本一致,难以进行区分;而在故障下游,故障相电压向量与非故障相电压向量和之间的夹角θ存在差异,可以作为故障辨识的判据。（4）提出了基于向量夹角的单相断线故障辨识方法。在分析总结两种故障的下游电压向量特征差异的基础上,本文提出利用|θ|作为判据进行单相断线故障辨识,同时引入了辨识阈值θ1与θ1加强方法的鲁棒性:若|θ|≤θ2,则判定故障为单相断线故障;若|θ|≥θ1,则判定故障为单相接地故障;若θ2＜|θ|＜θ1,则判定故障难以准确辨识。（5）提出了辨识阈值θ1与θ1的合理取值。本文对影响该方法的多种因素进行了分析计算,综合因素对辨识阈值的取值影响提出了具有较强普适性的故障辨识阈值合理取值:θ1=95°、θ2=85°。（6）对提出的故障定位方法与辨识方法进行了实验验证。基于PSCAD/EMTDC平台进行的仿真实验结果表明,所提出的单相断线故障定位方法对不同位置故障均能进行精确定位,定位误差小,准确度高;而在实验场完成的真型实验结果表明,所提出的单相断线故障辨识方法在不同中性点接地方式、不同接地过渡电阻阻值与不同三相电压不平衡度条件下,均可以保持极高的辨识准确率。综合来说,本文所提出的单相断线故障定位与辨识方法理论基础扎实,适用性广泛,定位、辨识准确度高,有望解决目前配网单相断线故障定位与辨识难的问题。

关键词：配电网单相断线故障故障定位故障辨识广域测量

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基于小波变换配电网单相断线故障选线与定位

基于小波变换配电网单相断线故障选线与定位

作者：朱玲玲新疆大学

学位级别：硕士

随着配电网自动化水平的提高,单相断线故障选线和定位日渐成为人们关注和研究的焦点,对其故障特征的研究也日益紧迫。经分析,发生单相断线故障以后,线路中正序电流出现突变,其暂态分量可以作为故障启动判断的标志,并且通过理论推导得... 详细信息

随着配电网自动化水平的提高,单相断线故障选线和定位日渐成为人们关注和研究的焦点,对其故障特征的研究也日益紧迫。经分析,发生单相断线故障以后,线路中正序电流出现突变,其暂态分量可以作为故障启动判断的标志,并且通过理论推导得出了故障时正序电流暂态分量的大小和相位特点,还大于或等于负序电流分量。经大量数据仿真分析,在故障暂态过程中,故障电流中含有大量丰富的谐波成分,各次谐波在故障期间有突变。基于此,本文利用小波变换这一新兴的信号分析工具,提取故障时的暂态分量信息,构造出了基于小波变换模极大值奇异性检测原理的新型选线判据;并和BP神经网络相结合实现模极大值与故障点位置之间的映射关系,进行故障定位。新判据利用小波对暂态突变信号或微弱变化信号处理上的优势,弥补了以往传统方法基于稳态信号分析原理的不足,增强了抗干扰能力,具有更高的可靠性和准确性。本文理论推导出配电网经消弧线圈接地时三类单相断线故障的零序电压、负序电流、正序电流特点和变化,并仿真了在经消弧线圈接地配电网中三类单相断线故障时所提保护方案的选线情况,这对提高配电网自动化水平具有重要的意义。根据小波变换模极大值和BP神经网络的特点,本文构造出小波神经网络模型,首次提出利用正序电流暂态分量小波变换模极大值和BP神经网络结合,进行故障定位的新方法。并针对10kV配电网进行了ATP和MATLAB仿真和验证,结果表明文中故障选线判据和定位方法是可靠有效的。

关键词：配电网单相断线故障故障选线和定位小波变换 BP神经网络正序电流暂态分量