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配电线路高阻接地故障检测研究

配电线路高阻接地故障检测研究

作者：潘馨湖南大学

学位级别：硕士

配电线路的安全可靠运行,直接关系到人民群众的日常生活和工厂企业的正常生产。配电线路单相高阻接地故障发生后,故障电流微弱,传统保护无法有效识别与及时切除故障。本文针对这一问题,对小电流接地及小电阻接地系统的配电线路单相高阻... 详细信息

配电线路的安全可靠运行,直接关系到人民群众的日常生活和工厂企业的正常生产。配电线路单相高阻接地故障发生后,故障电流微弱,传统保护无法有效识别与及时切除故障。本文针对这一问题,对小电流接地及小电阻接地系统的配电线路单相高阻接地故障检测方法进行研究。研究不同接地方式下配电线路单相高阻接地故障的故障特征。采用伊曼纽尔模型模拟配电网高阻接地故障,在Matlab/Simulink仿真平台上建立了小电流接地(含中性点不接地、中性点经消弧线圈接地)系统以及小电阻接地系统的配电线路单相高阻故障仿真模型;通过理论分析和数字仿真,比较了不同接地方式下配电线路单相低阻接地故障特征和单相高阻接地故障特征,给出了故障仿真波形,为高阻故障检测提供了依据。提出一种基于零序电流非线性畸变的小电流接地系统高阻故障识别方法。配电线路发生单相高阻接地故障时,零序电流波形在“过零点”附近发生畸变,零序电流与时间的线性相关系数小,畸变度大;而由于其它原因引起的零序电流,其波形在“过零点”附近接近于直线,零序电流与时间的线性相关系数大,畸变度小。基于零序电流这一特征,提出了高阻故障的识别判据。针对故障信号衰减直流分量及波形畸变引起“过零点”偏移,导致零序电流畸变度检测不准确的问题,提出了基于信号基波相位的“过零点”定位方法,给出了高阻故障识别的实现步骤,通过大量仿真验证了所提方法的正确性和有效性。提出一种基于零序电流峭度分析的小电阻接地系统高阻故障检测方案。分析了单相高阻接地故障产生的零序电流的波形特征及峭度特性,并与正常运行时配电线路因三相负荷不平衡、线路三相参数不平衡等因素引起的零序电流的峭度特性进行比较,利用高阻接地故障零序电流过零点附近峭度低的特性,通过零序电流四分之一个工频周波与一个工频周波的峭度比,进行配电线路高阻接地故障的检测和选线,给出了峭度比的阈值及高阻故障识别和选线实现流程。多场景仿真结果验证了该方法的可行性。

关键词：配电线路高阻接地故障零序电流非线性畸变相关系数峭度

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配电网高阻接地故障智能识别方法研究

配电网高阻接地故障智能识别方法研究

作者：张君琦福州大学

学位级别：硕士

配电网是电力系统中与用户联系最为紧密的环节,其覆盖面广泛,相比于输电网故障几率高。目前,配电网的规模不断扩大,对配电网馈线的安全性和可靠性的要求也越来越高。相较于一般单相接地故障,高阻接地故障的过渡电阻很大,引起的电压、电... 详细信息

配电网是电力系统中与用户联系最为紧密的环节,其覆盖面广泛,相比于输电网故障几率高。目前,配电网的规模不断扩大,对配电网馈线的安全性和可靠性的要求也越来越高。相较于一般单相接地故障,高阻接地故障的过渡电阻很大,引起的电压、电流突变很小,常规的保护设备难以检测到并可靠动作,故障无法及时排除可能导致电气设备损坏以及火灾、人身触电等安全事故,后果严重。因此需要对其进行快速检测及识别分类,并采取相应措施。通过介绍高阻接地故障检测领域国内外研究方向和发展趋势,对比多种信号特征提取方法和智能分类器的优缺点后,说明局部特征尺度分解(Local Characteristic scale Decom-position,LCD)在非线性、非平稳信号的处理上效果很好,同时提出了将深度学习算法应用在故障识别方面的可能性。分析LCD带通滤波的信号处理过程,说明LCD带通滤波算法在信号分解上可靠性高、可以反映信号的时频信息。考虑到配电网中存在与高阻接地故障波形相似的暂态扰动工况,数据样本中囊括了高阻接地故障、一般单相接地故障以及电容投入、负荷投入、空载线路等暂态扰动工况。本文提出了两种配电网高阻接地故障识别方法。方法1是基于LCD带通滤波和多级支持向量机(Support Vector Machine,SVM)的方法。提取各工况的母线三相电压以及零序电压四个波形的故障前半周波和故障后一个半周波的波形数据,利用LCD带通滤波算法作等频宽分解,构造时频矩阵。对重构时频矩阵提取各频带标准差作为样本特征量,输入支持向量机训练和测试。方法2是基于分块时频谱和卷积神经网络(Convolution Neural Network,CNN)的方法。对得到的时频矩阵求取分块能量谱,将其以图像的形式输入到7层CNN进行训练和测试。利用基于PSCAD/EMTDC软件搭建的10kV配电网模型和基于配电网动态模拟系统的物理实验模型获取训练样本和测试样本。测试结果表明,两种方法对配电网高阻接地故障的识别正确率高,在噪声干扰、采样不同步、分布式电源接入等情况下均有较好的适应性。基于卷积神经网络的识别方法无需人为构造和求取特征量,相比另一种方法在鲁棒性和适应性上更具优势。

关键词：配电网高阻接地故障智能识别 LCD带通滤波支持向量机卷积神经网络

基于暂态投影法的配电网高阻接地故障处理技术研究

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基于暂态投影法的配电网高阻接地故障处理技术研究

作者：詹启帆福州大学

学位级别：硕士

我国中低压配电网广泛采用中性点经消弧线圈接地系统(NES),这种接地方式在发生单相接地故障时,接地点的电流很小。当故障电阻大于三倍的系统零序阻抗时,可认为发生高阻接地故障(HIF),此时系统相电压的大小以及相位根据故障电阻而发生改... 详细信息

我国中低压配电网广泛采用中性点经消弧线圈接地系统(NES),这种接地方式在发生单相接地故障时,接地点的电流很小。当故障电阻大于三倍的系统零序阻抗时,可认为发生高阻接地故障(HIF),此时系统相电压的大小以及相位根据故障电阻而发生改变,系统能够在故障状态下运行一段时间。若线路长时间带故障运行,相电压升高会使得系统中设备的绝缘遭到危害,故障点温升可能引发火灾,特别是导线坠落大地故障电流流向地面引发跨步电压对人身安全造成威胁。因此发生单相接地故障时应及时选出故障线路,确定故障区段,从而排除故障。相比于金属性接地与低阻接地,HIF电气量变化不明显,处理起来更加困难。通过稳态等值电路的分析得出了过渡电阻对中性点电压、故障相电压、故障点电流造成的影响;通过暂态等值电路,分析NES暂态零序电流的构成以及影响各成分的因素。着重对HIF暂态过程进行分析,得出HIF时母线零序电压的特性,健全线路与故障线路、故障点上下游零序电流在幅值及相角上的差别,以此差别为判据基础,通过提出新的算法来放大健全线路与故障线路、故障点上下游之间的差别,从而实现故障选线、区段定位。基于上述理论分析,根据过补偿情况下HIF时线路中各检测点的工频无功功率值为正值,以此为判据对线路中反接的零序电流互感器进行辨别。通过获取母线的纯暂态电压分量以及各检测点的纯暂态电流分量,来消除由于系统不平衡电流以及稳态电流对故障特征量的影响。根据健全线路及故障点下游各检测点有功功率小,故障点上游有功功率大的特点,将各检测点纯暂态电流分量投影到母线纯暂态电压分量上来扩大健全线路与故障线路、故障点上下游幅值以及极性的差异。计算各检测点纯暂态零序经投影后的电流的动态时间弯曲距离,实现HIF的选线以及区段定位。通过ATP-EMTP软件构建配电网NES仿真模型,研究了线路中各种因素对暂态零序电流的影响。采用大量仿真实验证明本文所提算法可以准确地判定故障线路,根据选线结果有效地判定故障区段,并且在受到电磁干扰以及间歇性故障时也能取得很好的效果。最后利用具有单相接地故障处理功能的配电网自动化系统,采用本文提出的基于暂态投影法的单相HIF选线、区段定位法对实际录制波形进行验证,进一步证明了所提方法的适用性以及准确性。

关键词：谐振接地系统高阻接地故障暂态投影法故障选线故障区段定位

小电流接地系统不对称度对高阻接地故障选线影响与解决措施研究

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小电流接地系统不对称度对高阻接地故障选线影响与解决措施研究

作者：洪书文长沙理工大学

学位级别：硕士

小电流接地系统发生高阻接地故障时,故障馈线的故障特征不如金属性接地故障时呈现的明显,而配电网三相馈线对地参数不平衡是普遍存在的,由于不对称度的存在在一定程度上改变了故障馈线与非故障馈线的故障特征,对配电网正确选线有一定的... 详细信息

小电流接地系统发生高阻接地故障时,故障馈线的故障特征不如金属性接地故障时呈现的明显,而配电网三相馈线对地参数不平衡是普遍存在的,由于不对称度的存在在一定程度上改变了故障馈线与非故障馈线的故障特征,对配电网正确选线有一定的影响,所以研究小电流接地系统不对称度对高阻接地故障选线影响尤为重要。论文首先针对国内外关于小电流接地系统发生单相接地故障时选线方法及其配电网不对称度的研究,得到配电网不接地系统与配电网经消弧线圈接地系统发生高阻接地故障时常用的选线方法和研究配电网不对称度对高阻故障选线影响的重要性。其次分析了小电流接地系统在不同的不对称度和不同的接地电阻下发生高阻接地故障时故障馈线的故障特征,得到配电网中性点不接地系统不对称度对各馈线零序电流的影响规律和配电网中性点经消弧线圈接地系统不对称度对各馈线零序电流五次谐波和零序电流暂态分量的影响规律。然后针对不对称度对高阻接地故障选线影响,提出了中性点加入阻性电流的解决方法,阻性电流法是将中性点经电阻接地,在中性点产生阻性电流,当配电网发生故障时,该阻性电流只能通过大地流入到故障馈线,故障馈线的零序电流将会增加,突出故障特征,再通过仿真得到了阻性电流法对小电流接地系统高阻接地故障选线的影响规律,最后通过实验室试验验证了不对称度对小电流接地系统高阻接地故障选线的影响规律和阻性电流法的可行性。通过论文分析揭示了配电网不接地系统零序电流随着配电网不对称度的变化规律;分析了配电网经消弧线圈接地系统不对称度对零序电流五次谐波的影响;研究了配电网经消弧线圈接地系统不对称度对零序电流暂态分量的影响;提出了中性点注入阻性电流的解决措施,并通过接软件仿真和实验室试验验证了该方法的可行性。

关键词：不对称度高阻接地故障零序电流五次谐波暂态分量阻性电流法

220kV输电线路不明原因高阻接地故障仿真分析与应用

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水电能源科学 2015年第7期33卷 188-191页

作者：李阳林周友武刘箐饶斌斌李升健国网江西省电力科学研究院江西南昌330096 江西赣州供电公司江西赣州341000

当输电线路发生单相高阻接地故障时,由于故障特征量不明显,故障测距误差大,输电线路故障分析与查找较困难。针对220kV输电线路发生的2次不明原因高阻接地故障跳闸,应用电力系统全数字实时仿真装置进行电磁暂态—机电暂态混合仿真分析,... 详细信息

当输电线路发生单相高阻接地故障时,由于故障特征量不明显,故障测距误差大,输电线路故障分析与查找较困难。针对220kV输电线路发生的2次不明原因高阻接地故障跳闸,应用电力系统全数字实时仿真装置进行电磁暂态—机电暂态混合仿真分析,一方面验证了保护动作行为的正确性,另一方面通过对比不同故障位置的仿真波形,确定了故障大致位置,结合现场巡视,最终确定了故障原因,并提出了相应的防范措施,有效杜绝了类似故障的重复发生。

关键词：输电线路高阻接地故障不明原因树竹放电仿真分析

小电阻接地配电网断线与高阻接地故障保护策略研究

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小电阻接地配电网断线与高阻接地故障保护策略研究

作者：吴照裕华南理工大学

学位级别：硕士

目前,中性点经小电阻接地系统已逐渐成为大中型城市配电网的主流接地方式,该系统配置的零序保护可有效检测并隔离低过渡电阻的接地类故障。但是,配电网架空线路的现场运行环境较为复杂,因雷击、外力破坏等因素造成的导线断线和接地类故... 详细信息

目前,中性点经小电阻接地系统已逐渐成为大中型城市配电网的主流接地方式,该系统配置的零序保护可有效检测并隔离低过渡电阻的接地类故障。但是,配电网架空线路的现场运行环境较为复杂,因雷击、外力破坏等因素造成的导线断线和接地类故障频繁发生。线路断线后若掉落在非理想导电介质上,也会造成继发的高阻接地故障。传统零序过流保护一般只能切除过渡电阻小于100欧姆的接地故障,对于配网高阻接地故障的检测灵敏度较低。若配电线路发生高阻接地故障(含断线伴随接地故障)后长时间无法被本级保护切除,可能造成越级跳闸,致使停电范围进一步扩大,对系统稳定性造成影响。更为严重的是,配电线路接地后产生的跨步电压,会对现场人员的人身安全造成巨大安全隐患。基于上述问题,本文开展了以下研究工作:(1)对小电阻接地系统发生断线和高阻接地故障后各电气量的变化进行理论分析,提出采用零序功率和负序正序电流比这两个特征量作为故障检测判据。并通过PSCAD/EMTDC仿真验证了该判据在单一高阻接地、单一断线以及断线伴随高阻接地的故障场景中都均有很高的区分度。(2)根据选取的故障判据,并考虑影响算法检测效果的外部因素,设计了一套适用于小电阻接地配电网的断线及高阻接地故障保护策略。其中,高阻接地保护主要用于切除高阻接地和断线伴随电源侧高阻接地故障;断线保护主要用于切除断线及断线伴随负荷侧接地故障。仿真测试结果表明,对于不同条件下的高阻接地或断线故障,故障判据均达到保护动作的门槛值,保护能够正确检测并可靠切除故障。(3)通过开展配网真型试验,模拟各类配网断线及高阻接地的故障场景,对该保护装置进行进一步检测。现场测试结果表明该保护的选择性、可靠性、速动性和灵敏性均达到了预期的要求,具有较高的实用价值。

关键词：配电网小电阻接地系统继电保护高阻接地故障断线故障

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配电网高阻接地故障识别方法研究

配电网高阻接地故障识别方法研究

作者：解洪光中国矿业大学

学位级别：硕士

配电网是连接电力系统与用户的中间环节,其运行环境复杂且覆盖面积广泛,运行时易与地面接触,产生高阻接地故障。此类故障由于接地电阻大,故障发生时暂稳态电气量变化不明显,常规保护难以检测并可靠动作。一旦故障无法及时排除,则可能导... 详细信息

配电网是连接电力系统与用户的中间环节,其运行环境复杂且覆盖面积广泛,运行时易与地面接触,产生高阻接地故障。此类故障由于接地电阻大,故障发生时暂稳态电气量变化不明显,常规保护难以检测并可靠动作。一旦故障无法及时排除,则可能导致电气设备损坏甚至发生火灾、触电等事故。本文针对这一问题,对配电网高阻接地故障特征提取和识别方法进行了研究。本文对配电网的接地方式、单相接地故障后的暂稳态电气量特征进行了总结分析,归纳了高阻接地故障的主要特征。利用PSCAD搭建了10kV配电网中性点经消弧线圈接地模型,在此模型基础上确定了高阻接地故障模型的具体参数,并仿真分析了不同故障初相角、故障位置、过渡电阻阻值对于高阻接地故障零序电流波形的影响。针对高阻接地故障零序电流微弱、易受到噪声影响的问题,本文采用独立分量分析法对故障后的零序电流进行滤波去噪。首先分析了目前常用去噪方法的缺陷,利用独立分量分析算法的盲源分离功能对零序电流进行去噪;然后验证了独立分量分析对于不同种类噪声的滤除效果,并对比了不同去噪方法对含噪零序电流的滤波去噪效果;最后以不同信噪比的信号对比了各个去噪方法的稳定性,证明了独立分量分析去噪具有良好的噪声滤除效果和稳定表现。针对高阻接地故障发生后零序电流特征量难以提取、高阻接地故障难以识别的问题,本文利用小波变换对高阻故障和其他干扰工况发生后两个周波的零序电流波形进行分析,得到每条馈线零序电流的小波近似系数能量和小波能量熵作为特征量,形成故障数据集,输入至改进天牛须算法优化后的极限学习机中进行不同工况的分类识别,并与BP神经网络、支持向量机的识别精度进行对比;最后对本文采用的高阻识别方法进行抗噪能力测试和实测算例验证,结果表明该方法具有良好的抗噪能力和实用性。该论文有图42幅,表12个,参考文献89篇。

关键词：高阻接地故障独立分量分析小波变换天牛须算法极限学习机

小电阻接地配电网单相高阻接地故障检测与保护方法研究

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小电阻接地配电网单相高阻接地故障检测与保护方法研究

作者：孙姣湖南大学

学位级别：硕士

配电网接入居民区,运行环境复杂,配电线路易与树枝间歇性接触或坠落在沥青、草坪、沙地、水泥建筑物等非理想介质表面,引发单相高阻接地故障。此类故障的过渡电阻大,故障特征不明显,普通的保护难以检测,若故障长期存在,则可能引发严重... 详细信息

配电网接入居民区,运行环境复杂,配电线路易与树枝间歇性接触或坠落在沥青、草坪、沙地、水泥建筑物等非理想介质表面,引发单相高阻接地故障。此类故障的过渡电阻大,故障特征不明显,普通的保护难以检测,若故障长期存在,则可能引发严重的后果,如火灾、两相接地短路、大面积停电等。高阻接地故障检测是电力工程师和研究人员所面临的挑战之一。本文针对小电阻接地系统高阻故障特征分析及检测与保护方法展开研究。建立了小电阻接地系统单相接地故障的零序等效模型,分析了单相低阻接地故障和单相高阻接地故障的暂态及稳态特征,对比了单相接地故障各条馈线零序电流与流过中性点小电阻上的电流(后文简称中性点电阻电流)的关系。搭建了小电阻接地配电网的仿真模型,获取了不同故障条件下的电压电流仿真波形。结合理论分析和数字仿真,总结了小电阻接地系统单相高阻接地故障特征,为单相高阻接地故障的检测与保护提供了依据。提出了一种基于中性点电阻电流偏度系数的小电阻接地系统高阻故障检测方法。分析表明,单相低阻接地故障及非故障原因引起的中性点电阻电流及各馈线零序电流均为正弦波,取绝对值后的全工频周期和半工频周期的偏度系数相等且均约为-0.5;单相高阻接地故障时,中性点电阻电流较小且波形发生非线性畸变,电流取绝对值后的全工频周期偏度系数和半工频周期偏度系数不相等且均偏离-0.5;基于上述故障特征,通过计算中性点电阻电流的偏度系数,可快速检测高阻接地故障。仿真分析验证了所提方法的有效性。提出了一种基于中性点电阻电流与馈线电流波形相似度的小电阻接地系统高阻接地故障保护方法。小电阻接地系统发生单相高阻接地故障时,故障回路的阻抗接近阻性,非故障回路阻抗接近容性,中性点电阻电流和故障馈线零序电流在过零点附近发生非线性畸变(波形为尖顶波),非故障馈线零序电流在峰值附近发生畸变(波形为凹陷波)。非故障馈线零序电流和中性点电阻电流波形差别较大,相似性较弱,而故障馈线零序电流与中性点电阻电流波形具有较强的相似性。通过求取故障一个周波后的各馈线零序电流与中性点电阻电流的相关系数,根据各馈线相关系数的差别来实现单相高阻接地故障保护。利用仿真数据对所提方法进行测试,结果表明该方案在低信噪比和不同故障场景下仍不会误动,具有较强的适用性。

关键词：配电网高阻接地故障小电阻接地系统故障检测故障保护

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小电流接地系统单相高阻接地故障识别研究

小电流接地系统单相高阻接地故障识别研究

作者：杜金霄青岛大学

学位级别：硕士

小电流接地系统发生单相高阻接地故障时电气量变化不明显,若处理不及时易引发大面积停电、火灾、人体触电等重大事故,因此,准确识别单相高阻接地故障具有重要现实意义。实际电网中高阻接地故障电流信号往往伴随有各种噪声,对故障特征的... 详细信息

小电流接地系统发生单相高阻接地故障时电气量变化不明显,若处理不及时易引发大面积停电、火灾、人体触电等重大事故,因此,准确识别单相高阻接地故障具有重要现实意义。实际电网中高阻接地故障电流信号往往伴随有各种噪声,对故障特征的提取产生很大干扰;同时,单相高阻接地故障过程复杂,不同条件下的电气量幅值与畸变特性呈现出一定差异性,难以识别。针对上述问题,本文对小电流接地系统的单相高阻接地故障识别方法进行了研究。总结了单相高阻接地故障典型特征,分析了不同故障发生条件对高阻接地故障特征的影响。将实测高阻接地故障零序电流与低阻接地故障零序电流进行对比,总结了单相高阻接地故障的典型时频域特征。基于PSCAD/EMTDC平台搭建了小电流接地系统模型,对不同的高阻接故障模型进行对比,选取最能体现高阻接地故障特征的模型。以该模型为基础进行仿真,给出了不同故障发生条件下的单相高阻接地故障零序电流,为后续的去噪与识别工作奠定了基础。对常用电力信号去噪方法进行了比较,针对传统小波滤波法运算复杂、在强噪声环境下效果不佳的缺点,以传统数学形态学交替混合滤波器为基础,采用改进型最小均方算法对广义数学形态学去噪算法进行了优化。针对经验法选取结构元素不够精准的弊端,设计了一种基于RMSE评价标准的循环算法。分别以正弦波混噪信号及高阻故障零序电流混噪信号为算例,对比不同去噪方法的去噪效果,验证了本文去噪方法的有效性。以支持向量机为基础,采用改进型量子粒子群算法对其参数进行了优化,构建了基于改进型QPSO-SVM的单相高阻接地故障识别模型。针对SVM传统参数优化方法速度慢、精度低的缺陷,引入α值非线性异步递减策略对量子粒子群算法进行了改进,采用改进后的量子粒子群算法对SVM参数进行优化。对单相高阻接地故障与其他故障与工况进行了仿真,对比本文识别算法与其他算法的识别结果,验证了本文识别方法的有效性。给出了基于LMS-MM与改进型QPSO-SVM的单相高阻接地识别方法的设计思想与流程,以S省Z市某10kV不接地系统的实测故障零序电流为验证集样本,基于识别准确度与灵敏度两种指标,对本文单相高阻接地故障识别方法的有效性进行验证。结果表明,本文基于LMS-MM与改进型QPSO-SVM的单相高阻接地故障识别方法能够有效识别出实际故障样本中的单相高阻接地故障。

关键词：高阻接地故障故障识别数学形态学支持向量机量子粒子群优化算法