谐振接地系统单相接地故障暂态特性分析
合集下载
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
1暋 单 相 接 地 故 障 暂 态 模 型 建 立
在理论分析中,通 过 简 化 实 际 传 输 线 路 模 型, 来 进 行 暂 态 特 征 的 定 量 计 算 .通 过 集 总 元 件 构 建 的 传输线路模型如图1所示.
图 1暋 传 输 线 路 模 型 结 构
在图1 中,r 和Ll 表 示 许 多 无 穷 小 长 度 单 元 的 电 阻 和 电 感 ,导 线 间 和 对 地 的 电 容 和 电 导 集 中 等
第 37 卷 暋 第 4 期 暋 暋 暋 暋 暋 暋 暋 暋 暋 暋 暋 暋 暋 暋 暋 陕 西 科 技 大 学 学 报 暋 暋 暋 暋 暋 暋 暋 暋 暋 暋 暋Vol.37 No.4
暋2019年8月 暋暋暋暋暋暋暋暋暋暋暋JournalofShaanxiUniversityofScience& Technology暋暋 暋暋暋暋暋Aug.2019
* 暋 文 章 编 号 :2096灢398X(2019)04灢0138灢06
谐振接地系统单相接地故障暂态特性分析
陈景文,褚恩亮,李英春* ,李暋霞
(陕西科技大学 电气与控制工程学院,陕西 西安暋710021)
摘 暋 要 :谐 振 接 地 系 统 在 提 高 配 电 网 可 靠 性 的 同 时 ,增 加 了 系 统 发 生 单 相 接 地 故 障 时 选 线 的 难 度 .对 此 ,文 章 通 过 分 析 不 同 时 刻 、不 同 接 地 电 阻 以 及 不 同 位 置 故 障 点 的 系 统 暂 态 特 征 ,改 变 谐 振接地系统单相接地故障参数,利用暂态零模分量 进 行 比 较,从 而 得 出 故 障 线 路 的 判 断 依 据. 并通过 PSCAD 仿真软件建立谐振接地系统单相接地故障仿真模型,提取、比较故障发生时刻 前 后 1/2 周 波 的 暂 态 零 模 分 量 进 行 暂 态 分 析 .仿 真 结 果 表 明 ,谐 振 接 地 系 统 发 生 单 相 接 地 故 障 后线电压依旧三相平衡,能够维持系统正常供电;同 时,故 障 点 电 流 由 于 消 弧 线 圈 的 补 偿 而 减 小,能够提高系统运行的可靠性;故障线路和非故障 线 路 在 相 模 变 换 的 解 耦 作 用 下,得 出 的 暂 态 零 模 分 量 具 有 明 显 的 差 异 ,可 以 作 为 故 障 线 路 的 判 断 依 据 . 关 键 词 :谐 振 接 地 系 统 ;单 相 接 地 ;暂 态 特 性 中 图 分 类 号 :TM711暋 暋 暋 暋 文 献 标 志 码 :A
0暋 引 言
在我国6~35kV 配 电 网 系 统 中,为 了 系 统 的 可靠性,常采用中 性 点 不 直 接 接 地 的 方 式,包 括 中 性点不接地、高阻 接 地 和 经 消 弧 线 圈 接 地 方 式.其 中 中 性 点 经 消 弧 线 圈 接 地 又 称 为 谐 振 接 地 .该 电 压 等 级 的 配 电 网 系 统 线 路 结 构 具 有 多 样 性 ,使 得 系 统 故障状态下的电 气 量 特 征 较 为 复 杂.据 统 计,单 相 接地故障占 到 系 统 电 气 总 故 障 的 80% 左 右[1].该 接地方式下,发生 单 相 接 地 时,故 障 点 处 的 故 障 电 容 电 流 受 到 消 弧 线 圈 的 补 偿 作 用 ,抑 制 故 障 点 电 弧 的 产 生 .故 障 相 电 压 降 至 0,非 故 障 相 电 压 提 高 至 3 倍,但是线电压依 旧 保 持 三 相 对 称,允 许 继 续 运 行 1~2h[2灢7].因此,采用谐振接 地 方 式 可 以 极 大 提 高 系 统 可 靠 性 ,抑 制 电 弧 产 生 ,减 小 故 障 接 地 电 流 ,从 而 产 生 较 小 的 跨 步 电 压 ,保 证 人 身 安 全 .
分 量 变 换 的 序 网 相 似 的 复 合 模 网 ,方 便 分 析 暂 态 过
程 ,本 文 采 用 卡 伦 鲍 厄 相 模 变 换 ,即
暋 暋 暋 1 ê1 ëêê1
1 -1 0
1 ùú 0ú -1ûúú
(3)
· 140 ·
陕西科技大学学报
第 37 卷
暋 暋 其 相 模 变 换 矩 阵 中 的 元 素 均 是 实 数 ,简 化 了 相 电流与模电流的 转 换 过 程.由 此,可 以 得 出 模 电 流 为
三相电流解耦分析.
1.1暋 卡 伦 鲍 厄 相 模 变 换
相 模 变 换 关 系 是 由 公 式 (2)定 义 的 :
{晍Us=S-1晍U
暋暋暋暋暋暋暋 晍Is=Q-1晍I
(2)
暋暋式(2)中:晍Us是电压模量,晍Is是电流模量,S 和
Q 分 别 是 电 压、电 流 模 变 换 矩 阵.为 了 得 到 与 对 称
但 是 ,由 于 谐 振 接 地 方 式 下 单 相 接 地 故 障 电 流 受 到 消 弧 线 圈 的 补 偿 作 用 ,其 零 序 电 流 稳 态 量 甚 至 比 非 故 障 线 路 的 稳 态 量 都 小 ,这 使 得 系 统 故 障 线 路 的判定以及故障位置 的 确 定 比 较 困 难 .目 [8灢12] 前 常 采 用 的 故 障 选 线 方 法 均 是 以 暂 态 量 为 主 ,例 如 首 半 波法、暂态无功分量法、暂态能量法等方法 .但 [13灢18] 是其暂态量的提取采用对称分量法中的零序电气 量 作 为 分 析 对 象 ,仅 适 用 于 理 想 换 位 下 的 三 相 对 称 输 电 线 路 ,对 于 三 相 不 对 称 的 不 换 位 输 电 线 路 的 系 统,该方法存 在 较 大 的 误 差[19].因 此,暂 态 量 特 征 的提取成为故障选线的关键.
第4期
陈 景 文 等 :谐 振 接 地 系 统 单 相 接 地 故 障 暂 态 特 性 分 析
· 139 ·
powersupplyofthesystem.Atthesametime,thefaultpointcurrentisreducedbythecom灢 pensationofthearcsuppressioncoil,whichcanimprovethereliabilityofthesystem opera灢 tion.Underthedecouplingofphase灢modetransformation,thefaultyzero灢modecomponents ofthefaultylineandthenon灢faultylinehaveobviousdifferences,whichcanbeusedasthe basisforjudgingthefaultyline. Keywords:theresonancegroundingsystem;singlephasegrounding;transientcharacteristics
暋暋暋暋
éêi0 ùú êi1 ú ëêêi2 ûúú
=
1 3
éê1 ê1 ëêê1
1 -1 0
1 ùú éêiA ùú
0ú -1ûúú
ëêêêiiCB
ú ûúú
(4)
暋暋式(4)中:iA ,iB ,iC 是 相 电 流;i0,i1,i2 是 模 电
流 分 量 又 记 为 零 模 ,1 模 ,2 模 分 量 .依 据 公 式 (3)和
Abstract:Theresonancegroundingsystemincreasesthereliabilityofthedistributionnetwork andincreasesthedifficultyofselectingthelinewhenthesystem hasasingle灢phaseground fault.Inthisregard,thepaperanalyzesthetransientcharacteristicsofthesystemindifferent moments,differentgroundingresistancesandfaultlocationsatdifferentlocations,changes thesingle灢phasegroundfaultparametersoftheresonancegroundingsystem,andcompares thetransientzero灢modecomponentstoobtainthebasisforjudgingthefaultyline.Thesin灢 gle灢phasegroundingfaultsimulation modeloftheresonancegroundingsystemisestablished byPSCADsimulationsoftware.Thetransientzero灢modecomponentsof1/2cyclebeforeand afterthefaultoccurrencetimeareextractedandcomparedfortransientanalysis.Thesimula灢 tionresultsshowthatthelinevoltageisstillbalancedbythethree灢phaseafterthesingle灢 phasegroundfaultoccursintheresonancegroundingsystem,whichcanmaintainthenormal
一点的距离.
正 常 运 行 时 ,每 一 相 都 有 超 前 相 电 压 90曘的 电
容电流,由于三相电压对称,其 零 序 电 流 为 0,消 弧
线圈不工作.发生 单 相 接 地 故 障 时,故 障 相 和 非 故
障相以及故障线路和非故障线路存在不同的暂态
变化过程.由于线 路 之 间 的 耦 合 关 系,使 得 直 接 分 析 线 路 电 气 量 状 态 较 为 复 杂 ,因 此 引 入 相 模 变 换 对
Transientcharacteristicsanalysisofsingle灢phaseearthfaultin theresonancegroundingsystem
CHENJing灢wen,CHU En灢liang,LIYing灢chun* ,LIxia
(SchoolofElectricalandControlEngineering,ShaanxiUniversityofScience & Technology,Xi曚an710021, China)
效 为c 和g.模 型 中 ,三 相 电 气 量 关 系 为 :
ìïd晍U ïdx
= -Z晍I
暋暋暋暋暋暋暋 îíïïdd晍Ix=-Y晍U
(1)
暋暋式(1)中:晍U 是 相 电 压 矢 量,晍I 是 相 电 流 矢 量,
Z 表示线路单位长度的串联阻抗矩阵,Y 表示线路
单位长度的并联阻抗矩阵,x 是测量点至线路任意
本文通过谐振接地系统发生单相接地故障的 等 值 电 路 着 手 ,利 用 相 模 变 换 对 三 相 系 统 进 行 解 耦 处理,提取出独立 的 零 模 分 量,进 而 分 析 了 故 障 点 暂态电容电流和 电 感 电 流,以 及 故 障 全 电 流,并 且 通过 PSCAD 建 立 谐 振 接 地 系 统 单 相 接 地 故 障 仿 真模型,进行定性 分 析.最 终 清 晰 的 展 示 了 谐 振 接 地系统单相接地故障的暂态特性.
* 收稿日期:2019灢01灢22 基 金 项 目 :国 家 自 然 科 学 基 金 项 目 (51577110);陕 西 省 西 安 市 科 技 计 划 项 目 (201805023YD1CG7(5)) 作 者 简 介 :陈 景 文 (1978- ),男 ,内 蒙 古 赤 峰 人 ,副 教 授 ,研 究 方 向 :微 电 网 技 术 及 应 用 通 讯 作 者 :李 英 春 (1969- ),男 ,山 东 莱 州 人 ,高 级 工 程 师 ,硕 士 ,研 究 方 向 :电 力 系 统 继 电 保 护 ,liyingchun@
在理论分析中,通 过 简 化 实 际 传 输 线 路 模 型, 来 进 行 暂 态 特 征 的 定 量 计 算 .通 过 集 总 元 件 构 建 的 传输线路模型如图1所示.
图 1暋 传 输 线 路 模 型 结 构
在图1 中,r 和Ll 表 示 许 多 无 穷 小 长 度 单 元 的 电 阻 和 电 感 ,导 线 间 和 对 地 的 电 容 和 电 导 集 中 等
第 37 卷 暋 第 4 期 暋 暋 暋 暋 暋 暋 暋 暋 暋 暋 暋 暋 暋 暋 暋 陕 西 科 技 大 学 学 报 暋 暋 暋 暋 暋 暋 暋 暋 暋 暋 暋Vol.37 No.4
暋2019年8月 暋暋暋暋暋暋暋暋暋暋暋JournalofShaanxiUniversityofScience& Technology暋暋 暋暋暋暋暋Aug.2019
* 暋 文 章 编 号 :2096灢398X(2019)04灢0138灢06
谐振接地系统单相接地故障暂态特性分析
陈景文,褚恩亮,李英春* ,李暋霞
(陕西科技大学 电气与控制工程学院,陕西 西安暋710021)
摘 暋 要 :谐 振 接 地 系 统 在 提 高 配 电 网 可 靠 性 的 同 时 ,增 加 了 系 统 发 生 单 相 接 地 故 障 时 选 线 的 难 度 .对 此 ,文 章 通 过 分 析 不 同 时 刻 、不 同 接 地 电 阻 以 及 不 同 位 置 故 障 点 的 系 统 暂 态 特 征 ,改 变 谐 振接地系统单相接地故障参数,利用暂态零模分量 进 行 比 较,从 而 得 出 故 障 线 路 的 判 断 依 据. 并通过 PSCAD 仿真软件建立谐振接地系统单相接地故障仿真模型,提取、比较故障发生时刻 前 后 1/2 周 波 的 暂 态 零 模 分 量 进 行 暂 态 分 析 .仿 真 结 果 表 明 ,谐 振 接 地 系 统 发 生 单 相 接 地 故 障 后线电压依旧三相平衡,能够维持系统正常供电;同 时,故 障 点 电 流 由 于 消 弧 线 圈 的 补 偿 而 减 小,能够提高系统运行的可靠性;故障线路和非故障 线 路 在 相 模 变 换 的 解 耦 作 用 下,得 出 的 暂 态 零 模 分 量 具 有 明 显 的 差 异 ,可 以 作 为 故 障 线 路 的 判 断 依 据 . 关 键 词 :谐 振 接 地 系 统 ;单 相 接 地 ;暂 态 特 性 中 图 分 类 号 :TM711暋 暋 暋 暋 文 献 标 志 码 :A
0暋 引 言
在我国6~35kV 配 电 网 系 统 中,为 了 系 统 的 可靠性,常采用中 性 点 不 直 接 接 地 的 方 式,包 括 中 性点不接地、高阻 接 地 和 经 消 弧 线 圈 接 地 方 式.其 中 中 性 点 经 消 弧 线 圈 接 地 又 称 为 谐 振 接 地 .该 电 压 等 级 的 配 电 网 系 统 线 路 结 构 具 有 多 样 性 ,使 得 系 统 故障状态下的电 气 量 特 征 较 为 复 杂.据 统 计,单 相 接地故障占 到 系 统 电 气 总 故 障 的 80% 左 右[1].该 接地方式下,发生 单 相 接 地 时,故 障 点 处 的 故 障 电 容 电 流 受 到 消 弧 线 圈 的 补 偿 作 用 ,抑 制 故 障 点 电 弧 的 产 生 .故 障 相 电 压 降 至 0,非 故 障 相 电 压 提 高 至 3 倍,但是线电压依 旧 保 持 三 相 对 称,允 许 继 续 运 行 1~2h[2灢7].因此,采用谐振接 地 方 式 可 以 极 大 提 高 系 统 可 靠 性 ,抑 制 电 弧 产 生 ,减 小 故 障 接 地 电 流 ,从 而 产 生 较 小 的 跨 步 电 压 ,保 证 人 身 安 全 .
分 量 变 换 的 序 网 相 似 的 复 合 模 网 ,方 便 分 析 暂 态 过
程 ,本 文 采 用 卡 伦 鲍 厄 相 模 变 换 ,即
暋 暋 暋 1 ê1 ëêê1
1 -1 0
1 ùú 0ú -1ûúú
(3)
· 140 ·
陕西科技大学学报
第 37 卷
暋 暋 其 相 模 变 换 矩 阵 中 的 元 素 均 是 实 数 ,简 化 了 相 电流与模电流的 转 换 过 程.由 此,可 以 得 出 模 电 流 为
三相电流解耦分析.
1.1暋 卡 伦 鲍 厄 相 模 变 换
相 模 变 换 关 系 是 由 公 式 (2)定 义 的 :
{晍Us=S-1晍U
暋暋暋暋暋暋暋 晍Is=Q-1晍I
(2)
暋暋式(2)中:晍Us是电压模量,晍Is是电流模量,S 和
Q 分 别 是 电 压、电 流 模 变 换 矩 阵.为 了 得 到 与 对 称
但 是 ,由 于 谐 振 接 地 方 式 下 单 相 接 地 故 障 电 流 受 到 消 弧 线 圈 的 补 偿 作 用 ,其 零 序 电 流 稳 态 量 甚 至 比 非 故 障 线 路 的 稳 态 量 都 小 ,这 使 得 系 统 故 障 线 路 的判定以及故障位置 的 确 定 比 较 困 难 .目 [8灢12] 前 常 采 用 的 故 障 选 线 方 法 均 是 以 暂 态 量 为 主 ,例 如 首 半 波法、暂态无功分量法、暂态能量法等方法 .但 [13灢18] 是其暂态量的提取采用对称分量法中的零序电气 量 作 为 分 析 对 象 ,仅 适 用 于 理 想 换 位 下 的 三 相 对 称 输 电 线 路 ,对 于 三 相 不 对 称 的 不 换 位 输 电 线 路 的 系 统,该方法存 在 较 大 的 误 差[19].因 此,暂 态 量 特 征 的提取成为故障选线的关键.
第4期
陈 景 文 等 :谐 振 接 地 系 统 单 相 接 地 故 障 暂 态 特 性 分 析
· 139 ·
powersupplyofthesystem.Atthesametime,thefaultpointcurrentisreducedbythecom灢 pensationofthearcsuppressioncoil,whichcanimprovethereliabilityofthesystem opera灢 tion.Underthedecouplingofphase灢modetransformation,thefaultyzero灢modecomponents ofthefaultylineandthenon灢faultylinehaveobviousdifferences,whichcanbeusedasthe basisforjudgingthefaultyline. Keywords:theresonancegroundingsystem;singlephasegrounding;transientcharacteristics
暋暋暋暋
éêi0 ùú êi1 ú ëêêi2 ûúú
=
1 3
éê1 ê1 ëêê1
1 -1 0
1 ùú éêiA ùú
0ú -1ûúú
ëêêêiiCB
ú ûúú
(4)
暋暋式(4)中:iA ,iB ,iC 是 相 电 流;i0,i1,i2 是 模 电
流 分 量 又 记 为 零 模 ,1 模 ,2 模 分 量 .依 据 公 式 (3)和
Abstract:Theresonancegroundingsystemincreasesthereliabilityofthedistributionnetwork andincreasesthedifficultyofselectingthelinewhenthesystem hasasingle灢phaseground fault.Inthisregard,thepaperanalyzesthetransientcharacteristicsofthesystemindifferent moments,differentgroundingresistancesandfaultlocationsatdifferentlocations,changes thesingle灢phasegroundfaultparametersoftheresonancegroundingsystem,andcompares thetransientzero灢modecomponentstoobtainthebasisforjudgingthefaultyline.Thesin灢 gle灢phasegroundingfaultsimulation modeloftheresonancegroundingsystemisestablished byPSCADsimulationsoftware.Thetransientzero灢modecomponentsof1/2cyclebeforeand afterthefaultoccurrencetimeareextractedandcomparedfortransientanalysis.Thesimula灢 tionresultsshowthatthelinevoltageisstillbalancedbythethree灢phaseafterthesingle灢 phasegroundfaultoccursintheresonancegroundingsystem,whichcanmaintainthenormal
一点的距离.
正 常 运 行 时 ,每 一 相 都 有 超 前 相 电 压 90曘的 电
容电流,由于三相电压对称,其 零 序 电 流 为 0,消 弧
线圈不工作.发生 单 相 接 地 故 障 时,故 障 相 和 非 故
障相以及故障线路和非故障线路存在不同的暂态
变化过程.由于线 路 之 间 的 耦 合 关 系,使 得 直 接 分 析 线 路 电 气 量 状 态 较 为 复 杂 ,因 此 引 入 相 模 变 换 对
Transientcharacteristicsanalysisofsingle灢phaseearthfaultin theresonancegroundingsystem
CHENJing灢wen,CHU En灢liang,LIYing灢chun* ,LIxia
(SchoolofElectricalandControlEngineering,ShaanxiUniversityofScience & Technology,Xi曚an710021, China)
效 为c 和g.模 型 中 ,三 相 电 气 量 关 系 为 :
ìïd晍U ïdx
= -Z晍I
暋暋暋暋暋暋暋 îíïïdd晍Ix=-Y晍U
(1)
暋暋式(1)中:晍U 是 相 电 压 矢 量,晍I 是 相 电 流 矢 量,
Z 表示线路单位长度的串联阻抗矩阵,Y 表示线路
单位长度的并联阻抗矩阵,x 是测量点至线路任意
本文通过谐振接地系统发生单相接地故障的 等 值 电 路 着 手 ,利 用 相 模 变 换 对 三 相 系 统 进 行 解 耦 处理,提取出独立 的 零 模 分 量,进 而 分 析 了 故 障 点 暂态电容电流和 电 感 电 流,以 及 故 障 全 电 流,并 且 通过 PSCAD 建 立 谐 振 接 地 系 统 单 相 接 地 故 障 仿 真模型,进行定性 分 析.最 终 清 晰 的 展 示 了 谐 振 接 地系统单相接地故障的暂态特性.
* 收稿日期:2019灢01灢22 基 金 项 目 :国 家 自 然 科 学 基 金 项 目 (51577110);陕 西 省 西 安 市 科 技 计 划 项 目 (201805023YD1CG7(5)) 作 者 简 介 :陈 景 文 (1978- ),男 ,内 蒙 古 赤 峰 人 ,副 教 授 ,研 究 方 向 :微 电 网 技 术 及 应 用 通 讯 作 者 :李 英 春 (1969- ),男 ,山 东 莱 州 人 ,高 级 工 程 师 ,硕 士 ,研 究 方 向 :电 力 系 统 继 电 保 护 ,liyingchun@