電力電纜運(yùn)行故障模型的建立以及故障特征量的提取研究

摘要：對(duì)小電流接地系統(tǒng)單相接地故障選線的研究，除了廣泛深入的理論研究外，還有必要通過(guò)試驗(yàn)來(lái)對(duì)理論研究的成果進(jìn)行驗(yàn)證。考慮到在實(shí)際條件下，電力系統(tǒng)在正常運(yùn)行下禁止接地試驗(yàn)，這樣很難獲得接地故障的原始數(shù)據(jù)，因此通常通過(guò)數(shù)字仿真的方法來(lái)驗(yàn)證研究成果。在小電流接地系統(tǒng)仿真試驗(yàn)研究中應(yīng)用最廣泛的是MATLAB和ATP。本文將利用ATP進(jìn)行線路仿真數(shù)據(jù)分析。

關(guān)鍵詞：故障選線；故障特征；數(shù)據(jù)分析

引言

小電流接地方式下的配電網(wǎng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，其故障電流的微弱性以及故障電弧的不穩(wěn)定性和故障形式的多變性，都給故障選線帶來(lái)了困難，本文通過(guò)對(duì)電力電纜運(yùn)行故障模型進(jìn)行建立以及對(duì)其故障特征量進(jìn)行提取，并進(jìn)行了歸一化處理，構(gòu)成了一個(gè)比較完備的用于驗(yàn)證選線方法的數(shù)據(jù)庫(kù)。

1 基于ATP的系統(tǒng)仿真分析及仿真模型的建立

1.1 仿真模型建立及模型參數(shù)設(shè)置

1.1.1 采樣頻率的選擇

信號(hào)采樣頻率的選取會(huì)對(duì)采集數(shù)據(jù)造成一定影響。如果采樣頻率過(guò)高，采集到的數(shù)據(jù)的相關(guān)程度就會(huì)增加，故障數(shù)據(jù)的特征就不是很明顯，不利于辨識(shí)；而采樣頻率過(guò)低，采集到的數(shù)據(jù)就很少，這就可能丟失必要的信息，很容易造成故障線路的漏選。

圖1為系統(tǒng)的仿真模型示意圖，分別提取圖1中各線路故障后的暫態(tài)分量，進(jìn)行頻譜分析，計(jì)算其幅頻和相頻特性。首先通過(guò)各條線路零序電流的頻譜分析得到暫態(tài)信號(hào)的主諧振頻率(定義暫態(tài)信號(hào)中幅值較大、能量較高的信號(hào)對(duì)應(yīng)的頻率為主諧振頻率)，進(jìn)而選取適合本課題使用的采樣頻率。

1.1.2 仿真模型的搭建及參數(shù)設(shè)置

本文以某110kV變電站10kV母線的輻射型配電網(wǎng)絡(luò)為模型搭建仿真平臺(tái)，其仿真模型示意圖如右圖1所示。該系統(tǒng)共有6條出線，線路長(zhǎng)度分別為5km，10km，12km，15km，20km，30km。變壓器低壓側(cè)中性點(diǎn)通過(guò)開(kāi)關(guān)K與消弧線圈接地，中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)和經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)分別通過(guò)開(kāi)關(guān)K的開(kāi)合狀態(tài)來(lái)表示，具體參數(shù)的設(shè)置見(jiàn)表1。

根據(jù)以上參數(shù)，利用EMTP/ATP仿真軟件建立小電流接地系統(tǒng)的仿真模型如圖2所示。

2 模型仿真結(jié)果及分析

2.1 諧振接地系統(tǒng)，正常運(yùn)行時(shí)，母線端三相電壓、電流波形如圖3所示。

2.2 諧振接地系統(tǒng)，發(fā)生金屬性接地故障：以在t=0.05s時(shí)刻，線路L6在距離母線15km處發(fā)生金屬性接地故障為例，仿真得到故障線路首端的三相電壓及零序電壓、零序電流波形如圖4所示。

根據(jù)圖3所示，得出以下結(jié)論：

(1) 發(fā)生單相接地故障后，暫態(tài)電流幅值遠(yuǎn)大于穩(wěn)態(tài)電流幅值；

(2) 暫態(tài)過(guò)程結(jié)束后，故障相電壓幾乎變?yōu)榱悖枪收舷嚯妷荷邽榫€電壓；系統(tǒng)中出現(xiàn)零序電壓，當(dāng)暫態(tài)過(guò)程結(jié)束后，其值為電網(wǎng)正常運(yùn)行時(shí)的相電壓。

3 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)EMTP/ATP搭建的單母線6條饋線的110kV變電站仿真模型進(jìn)行仿真試驗(yàn)，仿真試驗(yàn)了小電流接地系統(tǒng)在接地方式、故障初始相角、過(guò)渡電阻不同的故障模式下發(fā)生故障，同時(shí)提取了在不同工況下發(fā)生故障時(shí)的零序電流和零序電壓。

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