中國儲能網(wǎng)訊：
1.研究背景
單相接地是配電網(wǎng)最主要的故障類型，極易形成山林起火和人身觸電等威脅公眾安全的事故，消弧裝置能夠補償接地電流和抑制弧光過電壓，確保消弧在時間上的優(yōu)先權(quán)和快速性是及時遏制故障擴大、避免火災和人身傷害的關鍵。為此，2017年以來，國家電網(wǎng)、南方電網(wǎng)相繼發(fā)布導則，并調(diào)整了小電流接地系統(tǒng)故障后的運行和處置辦法，要求永久性故障快速隔離、瞬時性故障安全消弧，這對配電網(wǎng)單相接地故障快速處置能力提出更高要求。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，有源柔性接地方式得到了廣泛關注，由于有源消弧全補償裝置能夠完全補償接地電流，有源消弧裝置快速投入會改變故障特征，故障檢測期間消弧裝置往往不能投入而存在著故障擴大的安全隱患，由此故障檢測和消弧之間在時間順序上的配合矛盾。研究與故障消弧同步進行的故障檢測方法對及時遏制配電網(wǎng)故障擴大、進一步提高供電安全具有重要意義。
2.論文所解決的問題及意義
現(xiàn)有接地故障檢測技術(shù)主要存在以下問題：1）由于快速消弧會掩蓋接地故障引發(fā)的特征，當前故障檢測方法需要為故障信號的采集預留時間，致使消弧時間延遲。2）現(xiàn)有的接地故障發(fā)展跟蹤與接地故障類型識別方法大都獨立于消弧過程之外，需要通過延時退出消弧的方式來觀察故障是否恢復，存在瞬時性故障下消弧裝置退出滯后引發(fā)諧振過電壓、永久性故障下消弧裝置退出過早使設備遭受二次短路電流沖擊等問題。
為順應我國全面提升配電電纜網(wǎng)單相接地故障快速處置能力的發(fā)展要求，著力解決有源消弧裝置快速投入引起故障信號改變的問題，利用有源消弧全補償過程強暫態(tài)信號的接地故障同步檢測方法能夠在保障快速消弧同時提高檢測靈敏性，并具備實時跟蹤故障發(fā)展的能力，是解決上述故障檢測技術(shù)存在問題的有效手段之一。
3.論文重點內(nèi)容
1）有源消弧全補償衰減直流特征分析。
圖1(a)為柔性接地配網(wǎng)集總參數(shù)等效模型。在考慮線路參數(shù)不對稱的條件下，圖1(a)可進一步等效為圖1(b)所示的有源消弧全補償電流投入過程等值運算電路。研究發(fā)現(xiàn)，當接地故障發(fā)生且注入有源全補償電流后，故障相電壓按一階指數(shù)規(guī)律衰減至0。在此過程中，系統(tǒng)零序電壓有如下特點：
①零序電壓的穩(wěn)態(tài)解為對稱的周期分量，其幅值與電源電壓幅值有關。
②含隨時間增長而衰減的直流分量，按時間常數(shù)τ最終衰減至0，且τ反映零序電壓暫態(tài)過程的發(fā)展速度，對于一個確定的配電網(wǎng)，零序電壓暫態(tài)分量的衰減速度隨著過渡電導的增大而增大。有源消弧過程零序電壓表達式中的時間常數(shù)τ是將零序電壓衰減波形和過渡電阻測量與故障程度跟蹤過程緊密聯(lián)系在一起的“橋梁”。
另外，若在故障相電壓極值點注入全補償電流，則零序電壓直流分量衰減過程最長，有利于開展基于消弧過程的故障檢測；若在故障相電壓過零點注入全補償電流，零序電壓直流分量衰減過程最短，有利于在最短的時間內(nèi)將故障點相電壓抑制至燃弧電壓以下，更有利于快速故障消弧。
圖1 消弧過程建模
2）基于消弧過程衰減直流特征的接地故障跟蹤方法。
在有源消弧全補償電流投入后，零序電壓的直流分量與故障相電壓均按照一階指數(shù)規(guī)律衰減。圖2為過渡電阻辨識方法原理圖，根據(jù)一階指數(shù)函數(shù)特征，實際應用中僅需讀取零序電壓直流衰減分量曲線上的兩個特殊點，即可求得衰減時間常數(shù)τ，然后根據(jù)過渡電阻與時間常數(shù)τ的關聯(lián)方程計算過渡電阻。因此，利用消弧過程中零序電壓直流分量信息快速辨識過渡電阻，這與傳統(tǒng)通過測量電壓電流求比值的方法得到過渡電阻相比，基于消弧過程的過渡電阻圖像辨識方法，實時且更加直觀，無需因測量過渡電阻而延遲投入消弧裝置。當過渡電阻發(fā)生變化時，直流分量的曲率隨之發(fā)生改變，此時重新計算時間常數(shù)以靈敏感知接地電阻的變化，檢測故障程度的發(fā)展情況，準確判斷瞬時性或永久性接地故障的發(fā)生，具備消弧過程中實時監(jiān)測故障自愈程度的能力。
圖2 基于消弧過程衰減直流特征的接地故障跟蹤原理
3）基于消弧過程衰減直流特征的接地故障選線方法。
配電網(wǎng)發(fā)生故障后，全補償消弧電流的投切均會導致零序電壓產(chǎn)生以一階指數(shù)衰減的直流分量，在該分量的作用下，電阻和電容產(chǎn)生的衰減直流電流方向分別與該電壓分量方向相同和相反。配電網(wǎng)正常線路的零序?qū)Ъ{主要為分布電容，故障線路零序阻抗因過渡電阻的存在使得阻性分量明顯增加，由此導致正常和故障線路零序電流在一階指數(shù)衰減零序電壓作用下的衰減趨勢不同。研究發(fā)現(xiàn)，正常線路的零序電流和故障線路零序電流的衰減直流分量除大小差異外，還反映在波形衰減趨勢的差別。如圖3所示(線路1故障)，在實際應用中，僅需觀察上述兩類零序電流波形的變化趨勢即可快速直觀地實現(xiàn)故障選線。
圖3 基于消弧過程零序電流衰減特征的故障選線
4.結(jié)論
1）建立計及線路不對稱的故障集總參數(shù)等效模型，實現(xiàn)了全補償電流注入過程零序電壓的精確表達，為消弧過程故障檢測提供了更具一般性的理論基礎。
2）利用消弧過程零序電壓一階指數(shù)衰減特征進行過渡電阻測量與故障程度跟蹤，能夠在消弧中實時監(jiān)測故障發(fā)展，尤其對于多數(shù)出現(xiàn)的瞬時性故障具有廣泛的應用場景。
3）提出基于消弧全補償電流投切過程的故障選線方法，實際應用中對于低阻、高阻接地均具有優(yōu)異的檢測靈敏度與準確度。本方法具有較強的可行性，下一步將開發(fā)原理樣機，進行工業(yè)應用。
