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基于阻性电流之配电网接地故障选线探究
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  • 用途:硕士毕业论文 Master Thesis
  • 编辑:若诗
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  • 论文编号:el2020120920185321196
  • 日期:2020-12-17
  • 来源:上海论文网
本文是电力论文,本文研究并实现了小电流接地方式的故障选线和定位(当中性点不接地系统和中性点经消弧线圈接地系统产生单相接地故障时)。首先本文对小电流接地系统单相接地故障选线的背景、研究意义以及国内外研究现状详细阐述细致划分,调研解读了当下常用的以小电流接地形式系统出现单相接地故障情况的选线方法。为了对配电网选线方法进行更好的研究,本文主要依据小电流接地系统单相接地故障的规律,通过系统等效图对中性点不接地系统和中性点经消弧线圈接地系统中发生单相接地故障时的阻性电流分别进行理论分析。随后分别搭建了中性点不接地系统和中性点经消弧线圈接地系统的仿真模型,对其进行仿真分析。通过改变不同的故障条件,分析系统中故障线路和非故障线路阻性电流的变化,对选线保护进行验证分析,随后对于故障线路,分析其不同区段中阻性电流在不同故障条件下的变化,验证其故障区段定位的能力。最后编写基于阻性电流选线和定位的算法程序,对选线判据和故障定位判据进行算法验证。

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1绪论

 

我国配电网发展历史中,传统的故障选线方法为通过人工拉闸选线实现选线。当系统发生故障,由工作人员手动对各馈线进行逐一拉闸,若某条线路断开后故障信号消失,则该线路即为故障线路。该方法既浪费大量人力,又大大增加了停电时间和几率,使供电可靠性难以得到保证。长期以来,我国在单相接地选线和定位方面,已经取得了一些研究成果:如利用稳态量的方法、基于故障暂态信号方法、行波法、S注入法和中性点投入中阻抗倍增零序电流的方法等[6],但是都存在诸如高阻故障下选线判据失效或信号难以提取、信号特征不明显等问题,中性点非有效接地配电网的单相接地故障选线和区段定位问题仍未很好地得到解决。基于阻性电流的故障选线技术,是以系统中性点投入中电阻后,各线路所提取到的阻性电流为判据,通过比较各线路阻性电流的特征值挑选出发生单相接地故障的线路,在选出故障线路后,通过线路不同区段阻性电流的不同变化对故障进行定位。它以配电网为对象,当其出现单相接地故障情况时,能够对其实现实时精准故障选线和区段定位的功能。及时辨别线路和故障区段,能够使工作人员及时对故障线路进行检修,此举可快速恢复安全可靠供电,降低故障对电力系统的危害,减少财产损失以及对居民日常生活的影响。

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2现有中性点投入中阻的选线方法原理及分析

 

2.1基于短时零序电流增量方法的接地故障选线技术
基于零序电流有功分量的选线技术是在消弧线圈并联电阻的接地方式基础上,通过比较零序电流有功分量与零序电压间的相位关系,与零序电压具有同相关系的即为健全线路,反之即为故障线路,以此作为选线判据对单相接地故障实行选线。表中数字为正,即表示零序电流有功分量与零序电压相位相同;反之即表示有功分量与零序电压相位相反。由表2.1、2.2可知,当过渡电阻在1000Ω及以下时,健全线路零序电流与零序电压同相,故障线路始端与故障点电源侧的零序电流与零序电压反相;而当系统发生高阻接地故障时,健全线路的有功分量也出现了负值,选线判据即失效。通过前文分析可知,在基于短时零序电流增量方法的接地故障选线技术中,当中性点运行方式为不接地时,若接地电阻满足5000FR,零序电流增量可以实现选线,一旦系统出现超高电阻接地故障,以中电阻的投切实现零序电流增量为选线判据即失效
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2.2基于零序电流有功分量的消弧线圈并联电阻选线技术
当中性点运行方式为经消弧线圈接地时,若接地电阻满足1300FR,零序电流增量可以实现选线,但是对于出现超高过渡电阻接地故障情况,通过采取零序电流增量进行故障选线的判据即失效。本章对目前已有的中性点投入中电阻进行故障选线的技术进行了简单的原理介绍和理论分析,通过查阅文献,对理论分析以及现有仿真相结合,不难发现,虽然当下对于中性点投入中电阻进行选线的技术研究已进行多年,但都是基于对零序电流的研究基础上,因此都存在着耐过渡电阻能力低、灵敏性不强等缺点,在遇到高阻接地故障时,即存在选线判据失效的风险。当系统发生断线等超高阻接地故障时,该缺点会导致系统无法及时选线,从而可能引发更严重的后果,因此对其耐高阻能力方面仍需进一步改善。

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3利用阻性电流的选线与定位方法......................................................................................18
3.1阻性电流的理论分析...............................................................................................18
3.2阻性电流与过渡电阻间关系讨论...........................................................................21
3.3选线与定位判据的提出...........................................................................................25
3.4相关参数设置及特性分析.......................................................................................25
4仿真分析与算法验证..........................................................................................................29
4.1仿真模型...................................................................................................................29
4.2选线判据的仿真分析...............................................................................................31
4.3选线判据的算法验证...............................................................................................40
4.4故障区段定位的仿真分析.......................................................................................41
5总结与展望..........................................................................................................................46

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4仿真分析与算法验证

 

4.1仿真模型
本章将分别对中性点不接地系统,中性点经消弧线圈接地系统两个对象,设计构造模型进行仿真实验,分别在两个系统中验证阻性电流对故障选线及故障区段定位判据的准确性,同时讨论不同故障条件,如故障过渡电阻、电容电流等对其的影响。同时,本节通过编程,对系统数据直接进行程序计算,从而对提出的选线和定位判据进行算法验证。本文通过采集各线路中流过的电流,经傅里叶变换提取出各线路的工频零序电流,同时提取出零序电流与零序电压的相角,再将提取出的零序电流与电流电压间相角差的余弦值相乘,求得阻性电流。零序电流与零序电压的相角提取模块如图4.3所示。
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4.2选线判据的仿真分析
在当前电网的实际生产中,故障选线的启动判据一般由零序电压来设定。由《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合设计规范》可知,谐振接地系统在正常运行情况下,中性点的长时间电压位移不应超过系统额定相电压的15%。因此对于消弧线圈接地系统,零序电压启动定值可按整定,本文中系统启动定值约为850V;不接地系统正常运行时中性点的长时间电压位移较小,因此可按整定,本文中系统启动定值约为550V。分析图4.4、4.5数据信息得到,通常在系统出现单相接地故障情形时,产生的零序电压超过设定阈值,选线判据得以启动,故障线路上流过的零序电流在中电阻投入后具有一定增量。分析表4.1可知,健全线路上所流过的阻性电流在故障发生后,其值接近于0,中电阻的投入对其无太大影响。故障线路上所流过的阻性电流在中电阻投入前其变化规律与健全线路相似,同样接近于0。当中电阻投入后,故障线路流过的阻性电流增加,其值与零序电流值接近,与前文理论分析相符。

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5总结与展望
为了更好地使配电网中中性点非有效接地方式发挥其优势和特性,本文对配电网中发生单相接地故障时的故障选线和故障定位技术进行了研究,通过理论分析与建模仿真相结合的方法对本文提出的选线和定位判据进行了分析验证。(2)对配电网中中性点不接地系统和中性点经消弧线圈接地系统的选线问题分别进行了研究。接地变压器投入系统之前,故障线路与健全线路阻性电流没有太大差别,而当中性点投入中电阻后,故障线路所流过的阻性电流有效值远大于系统其他各条健全线路所流过的阻性电流,因此以阻性电流有效值作为选线判据即可实现对单相接地故障的选线。改变发生单相接地故障时的系统各条件,如电容电流、接地电阻等,该选线判据并未受到影响,依然具有准确快速选线的能力。
参考文献(略)