中國(guó)儲(chǔ)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(bǔ)償接地電流和抑制弧光過(guò)電壓，確保消弧在時(shí)間上的優(yōu)先權(quán)和快速性是及時(shí)遏制故障擴(kuò)大、避免火災(zāi)和人身傷害的關(guān)鍵。為此，2017年以來(lái)，國(guó)家電網(wǎng)、南方電網(wǎng)相繼發(fā)布導(dǎo)則，并調(diào)整了小電流接地系統(tǒng)故障后的運(yùn)行和處置辦法，要求永久性故障快速隔離、瞬時(shí)性故障安全消弧，這對(duì)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(guān)注，由于有源消弧全補(bǔ)償裝置能夠完全補(bǔ)償接地電流，有源消弧裝置快速投入會(huì)改變故障特征，故障檢測(cè)期間消弧裝置往往不能投入而存在著故障擴(kuò)大的安全隱患，由此故障檢測(cè)和消弧之間在時(shí)間順序上的配合矛盾。研究與故障消弧同步進(jìn)行的故障檢測(cè)方法對(duì)及時(shí)遏制配電網(wǎng)故障擴(kuò)大、進(jìn)一步提高供電安全具有重要意義。
2.論文所解決的問(wèn)題及意義
現(xiàn)有接地故障檢測(cè)技術(shù)主要存在以下問(wèn)題：1）由于快速消弧會(huì)掩蓋接地故障引發(fā)的特征，當(dāng)前故障檢測(cè)方法需要為故障信號(hào)的采集預(yù)留時(shí)間，致使消弧時(shí)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(shí)別方法大都獨(dú)立于消弧過(guò)程之外，需要通過(guò)延時(shí)退出消弧的方式來(lái)觀察故障是否恢復(fù)，存在瞬時(shí)性故障下消弧裝置退出滯后引發(fā)諧振過(guò)電壓、永久性故障下消弧裝置退出過(guò)早使設(shè)備遭受二次短路電流沖擊等問(wèn)題。
為順應(yīng)我國(guó)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(hào)改變的問(wèn)題，利用有源消弧全補(bǔ)償過(guò)程強(qiáng)暫態(tài)信號(hào)的接地故障同步檢測(cè)方法能夠在保障快速消弧同時(shí)提高檢測(cè)靈敏性，并具備實(shí)時(shí)跟蹤故障發(fā)展的能力，是解決上述故障檢測(cè)技術(shù)存在問(wèn)題的有效手段之一。
3.論文重點(diǎn)內(nèi)容
1）有源消弧全補(bǔ)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(duì)稱的條件下，圖1(a)可進(jìn)一步等效為圖1(b)所示的有源消弧全補(bǔ)償電流投入過(guò)程等值運(yùn)算電路。研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)接地故障發(fā)生且注入有源全補(bǔ)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(guò)程中，系統(tǒng)零序電壓有如下特點(diǎn)：
①零序電壓的穩(wěn)態(tài)解為對(duì)稱的周期分量，其幅值與電源電壓幅值有關(guān)。
②含隨時(shí)間增長(zhǎng)而衰減的直流分量，按時(shí)間常數(shù)τ最終衰減至0，且τ反映零序電壓暫態(tài)過(guò)程的發(fā)展速度，對(duì)于一個(gè)確定的配電網(wǎng)，零序電壓暫態(tài)分量的衰減速度隨著過(guò)渡電導(dǎo)的增大而增大。有源消弧過(guò)程零序電壓表達(dá)式中的時(shí)間常數(shù)τ是將零序電壓衰減波形和過(guò)渡電阻測(cè)量與故障程度跟蹤過(guò)程緊密聯(lián)系在一起的“橋梁”。
另外，若在故障相電壓極值點(diǎn)注入全補(bǔ)償電流，則零序電壓直流分量衰減過(guò)程最長(zhǎng)，有利于開(kāi)展基于消弧過(guò)程的故障檢測(cè)；若在故障相電壓過(guò)零點(diǎn)注入全補(bǔ)償電流，零序電壓直流分量衰減過(guò)程最短，有利于在最短的時(shí)間內(nèi)將故障點(diǎn)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(guò)程建模
2）基于消弧過(guò)程衰減直流特征的接地故障跟蹤方法。
在有源消弧全補(bǔ)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(guò)渡電阻辨識(shí)方法原理圖，根據(jù)一階指數(shù)函數(shù)特征，實(shí)際應(yīng)用中僅需讀取零序電壓直流衰減分量曲線上的兩個(gè)特殊點(diǎn)，即可求得衰減時(shí)間常數(shù)τ，然后根據(jù)過(guò)渡電阻與時(shí)間常數(shù)τ的關(guān)聯(lián)方程計(jì)算過(guò)渡電阻。因此，利用消弧過(guò)程中零序電壓直流分量信息快速辨識(shí)過(guò)渡電阻，這與傳統(tǒng)通過(guò)測(cè)量電壓電流求比值的方法得到過(guò)渡電阻相比，基于消弧過(guò)程的過(guò)渡電阻圖像辨識(shí)方法，實(shí)時(shí)且更加直觀，無(wú)需因測(cè)量過(guò)渡電阻而延遲投入消弧裝置。當(dāng)過(guò)渡電阻發(fā)生變化時(shí)，直流分量的曲率隨之發(fā)生改變，此時(shí)重新計(jì)算時(shí)間常數(shù)以靈敏感知接地電阻的變化，檢測(cè)故障程度的發(fā)展情況，準(zhǔn)確判斷瞬時(shí)性或永久性接地故障的發(fā)生，具備消弧過(guò)程中實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)故障自愈程度的能力。
圖2 基于消弧過(guò)程衰減直流特征的接地故障跟蹤原理
3）基于消弧過(guò)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(bǔ)償消弧電流的投切均會(huì)導(dǎo)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(guò)渡電阻的存在使得阻性分量明顯增加，由此導(dǎo)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(shì)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(shì)的差別。如圖3所示(線路1故障)，在實(shí)際應(yīng)用中，僅需觀察上述兩類零序電流波形的變化趨勢(shì)即可快速直觀地實(shí)現(xiàn)故障選線。
圖3 基于消弧過(guò)程零序電流衰減特征的故障選線
4.結(jié)論
1）建立計(jì)及線路不對(duì)稱的故障集總參數(shù)等效模型，實(shí)現(xiàn)了全補(bǔ)償電流注入過(guò)程零序電壓的精確表達(dá)，為消弧過(guò)程故障檢測(cè)提供了更具一般性的理論基礎(chǔ)。
2）利用消弧過(guò)程零序電壓一階指數(shù)衰減特征進(jìn)行過(guò)渡電阻測(cè)量與故障程度跟蹤，能夠在消弧中實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)故障發(fā)展，尤其對(duì)于多數(shù)出現(xiàn)的瞬時(shí)性故障具有廣泛的應(yīng)用場(chǎng)景。
3）提出基于消弧全補(bǔ)償電流投切過(guò)程的故障選線方法，實(shí)際應(yīng)用中對(duì)于低阻、高阻接地均具有優(yōu)異的檢測(cè)靈敏度與準(zhǔn)確度。本方法具有較強(qiáng)的可行性，下一步將開(kāi)發(fā)原理樣機(jī)，進(jìn)行工業(yè)應(yīng)用。
