一种模拟中压配电电缆潜伏性故障的方法技术

本发明专利技术提供了一种模拟中压配电电缆潜伏性故障的方法，包括以下步骤：基于Kizilcay动态电弧模型，建立得到中压配电电缆潜伏性故障的数学等效模型；基于中压配电电缆潜伏性故障的数学等效模型，在PSCAD电磁仿真软件中搭建典型的小电阻中压电缆配电系统和中压配电电缆潜伏性故障等效仿真模型，并进行中压配电电缆潜伏性故障的仿真模拟，得到并观察潜伏性故障的等效仿真波形；以等效仿真模型为基础，借助主要的三个参数即电弧特征电压、特征电阻及时间常数的设定对故障特征的影响进行研究分析，实现中压配电电缆潜伏性故障的仿真模拟。实现中压配电电缆潜伏性故障的仿真模拟。实现中压配电电缆潜伏性故障的仿真模拟。

【技术实现步骤摘要】
一种模拟中压配电电缆潜伏性故障的方法


[0001]本专利技术涉及电缆故障建模
，尤其是一种模拟中压配电电缆潜伏性故障的方法。

技术介绍

[0002]本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的
技术介绍
信息，不必然构成在先技术。
[0003]电力电缆作为输配电的关键设备，因其美观、占地面积少、供电安全性高等特点而被大量使用在城市的输配电网络建设中，同时沿海岛屿的供电、与岛屿或大陆之间的并网、海上油气开采、海上工作平台建设、风电场的电能输送，同样需要使用电缆进行输电；
[0004]目前，受电缆设计生产、实际运维和运行环境等多种因素的影响，电缆故障的情况时常发生，电缆已成为电网实际运行中的安全隐患之一。
[0005]中压电缆在发生永久性故障之前，同一位置可能会发生瞬时的、自恢复的电弧接地故障，这些故障持续时间短、故障能量小，因此当故障发生时，传统的保护装置无法启动；且此类故障可以在短时间(1/4
‑
4个周期)内消失，一般不影响电缆正常输配电。而大多数的此类故障到最终会发展成为永久性接地故障，存在潜伏性故障的特征，因此把这种在电缆同一位置发生的具有自恢复性的小能量电弧故障称为电缆潜伏性故障，电缆潜伏性故障的研究有利于电缆线路状态检修的发展，对预防电缆永久故障、减少因故障造成的停电损失及保障电力系统安全运行具有重要意义。
[0006]专利技术人发现，当电缆发生潜伏性故障时，常规保护及故障指示器不会启动；且潜伏性故障电流波形与其他过电流(如电机启动、负荷瞬变、永久性接地故障等)初期波形存在高度一致性，给潜伏性故障的预防识别和保护带来了困难。

技术实现思路

[0007]为了解决上述问题，本公开提出了一种基于电弧理论的中压配电电缆潜伏性故障的模拟方法，基于能量平衡和控制论的Kizilcay电弧模型，建立了中压配电电缆潜伏性故障等效模型。并在PSCAD中搭建典型的小电阻中压电缆配电系统和中压配电电缆潜伏性故障等效仿真模型，仿真模拟了电缆潜伏性故障，并对比了不同故障参数对潜伏性故障电弧特征的影响，实现了对中压配电电缆潜伏性故障的精准模拟。
[0008]为了实现上述目的，本专利技术是通过如下的技术方案来实现：
[0009]一种模拟中压配电电缆潜伏性故障的方法，包括以下步骤：
[0010]S1:基于Kizilcay动态电弧模型，建立得到中压配电电缆潜伏性故障的数学等效模型；
[0011]S2:基于中压配电电缆潜伏性故障的数学等效模型，在PSCAD电磁仿真软件中搭建典型的小电阻中压电缆配电系统和中压配电电缆潜伏性故障等效仿真模型，并进行中压配电电缆潜伏性故障的仿真模拟，得到并观察潜伏性故障的等效仿真波形；
[0012]S3:以等效仿真模型为基础，借助主要的三个参数即电弧特征电压、特征电阻及时间常数的设定对故障特征的影响进行研究分析，实现中压配电电缆潜伏性故障的仿真模拟。
[0013]如上所述的一种模拟中压配电电缆潜伏性故障的方法，所述步骤S1中Kizilcay动态电弧模型的数学表达式为：
[0014][0015]其中，τ为时间特征常数；G为电弧静态等效电导；g为电弧瞬时电导，并和电弧瞬时电阻R
arc
满足下列数量关系：
[0016][0017]所述电弧静态等效电导G为电弧顺势电流i
f
和静态电弧电压u
st
(t)的相关函数：
[0018][0019]u
st
(t)＝u0+r0|i
f
(t)|
[0020]其中,u0为电弧特征电压；r0为电弧特征电阻；
[0021]将上述公式整理即可得到所述Kizilcay动态电弧模型的完整公式为：
[0022][0023]如上所述的一种模拟中压配电电缆潜伏性故障的方法，基于所述Kizilcay 动态电弧模型建立得到中压配电电缆潜伏性故障的数学等效模型过程中，将水树、电树通道中未发生电弧放电的部分等效为恒定电阻R0。
[0024]如上所述的一种模拟中压配电电缆潜伏性故障的方法，将所述恒定电阻R0和所述Kizilcay动态电弧模型进行串联，所述中压配电电缆潜伏性故障的数学等效模型看作所述电弧瞬时电阻R
arc
和缺陷通道等效的所述恒定电阻R0的串联，得到其表达式为：
[0025]u
f
(t)＝i
f
(t)(R0+R
arc
(t))
[0026]其中，u
f
为所述中压配电电缆电缆潜伏性故障的电压，i
f
为所述中压配电电缆潜伏性故障的电流。
[0027]如上所述的一种模拟中压配电电缆潜伏性故障的方法，所述步骤S2中，在所述PSCAD电磁仿真软件中利用Bergeron电缆模型建立小电阻系统中压电缆配电系统,末端连接n条电缆馈线。
[0028]如上所述的一种模拟中压配电电缆潜伏性故障的方法，在所述PSCAD电磁仿真软件中的EMTDC平台上根据现场实际故障配电网电缆参数搭建所述中压配电电缆潜伏性故障等效仿真模型，并进行仿真模拟。
[0029]如上所述的一种模拟中压配电电缆潜伏性故障的方法，基于单一变量原则，通过改变所述电弧特征电压参数设定得出所述电弧特征电压对潜伏性故障特征的影响为电弧特征电压与电弧大小呈负相关关系。
[0030]如上所述的一种模拟中压配电电缆潜伏性故障的方法，基于单一变量原则，通过
改变所述时间特征常数参数设定得出所述时间特征常数对潜伏性故障特征的影响为时间常数仅和电弧前半个周期的发展趋势呈负相关关系。
[0031]如上所述的一种模拟中压配电电缆潜伏性故障的方法，基于单一变量原则，通过改变所述电弧特征电阻参数设定得出所述电弧特征电阻对电弧模型的影响不大。
[0032]如上所述的一种模拟中压配电电缆潜伏性故障的方法，通过对不同参数大小进行组合得到三个主要参数设定对故障模拟效果最佳的参数组合情况为：所述电弧特征电压u0＝2kV，所述时间特征常数τ＝0.2ms，所述故障特征电阻r0＝0.005Ω。
[0033]上述本专利技术的有益效果如下：
[0034]本专利技术通过基于能量平衡和控制论的Kizilcay电弧模型，建立了中压配电电缆潜伏性故障的数学等效模型，在PSCAD电磁仿真软件中利用Bergeron电缆模型建立小电阻系统中压电缆配电系统,末端连接n条电缆馈线，在PSCAD电磁仿真软件中的EMTDC平台上根据现场实际故障配电网电缆参数搭建所述中压配电电缆潜伏性故障等效仿真模型，并进行仿真模拟，观察仿真波形，借助主要的三个参数即电弧特征电压、特征电阻及时间常数的设定对故障特征的影响进行研究分析，实现中压配电电缆潜伏性故障的仿真模拟，最终通过对不同参数大小进行组合得到三个主要参数设定对故障模拟效果最佳的参数组合。
附图说明
[0035]构成本专利技术的一部分的说明书附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种模拟中压配电电缆潜伏性故障的方法，其特征在于，包括以下步骤：S1:基于Kizilcay动态电弧模型，建立得到中压配电电缆潜伏性故障的数学等效模型；S2:基于中压配电电缆潜伏性故障的数学等效模型，在PSCAD电磁仿真软件中搭建典型的小电阻中压电缆配电系统和中压配电电缆潜伏性故障等效仿真模型，并进行中压配电电缆潜伏性故障的仿真模拟，得到并观察潜伏性故障的等效仿真波形；S3:以等效仿真模型为基础，借助主要的三个参数即电弧特征电压、特征电阻及时间常数的设定对故障特征的影响进行研究分析，实现中压配电电缆潜伏性故障的仿真模拟。2.如权利要求1中所述的一种模拟中压配电电缆潜伏性故障的方法，其特征在于，所述步骤S1中Kizilcay动态电弧模型的数学表达式为：其中，τ为时间特征常数；G为电弧静态等效电导；g为电弧瞬时电导，并和电弧瞬时电阻R
arc
满足下列数量关系：所述电弧静态等效电导G为电弧顺势电流i
f
和静态电弧电压u
st
(t)的相关函数：u
st
(t)＝u0+r0|i
f
(t)|其中,u0为电弧特征电压；r0为电弧特征电阻；将上述公式整理即可得到所述Kizilcay动态电弧模型的完整公式为：3.如权利要求2中所述的一种模拟中压配电电缆潜伏性故障的方法，其特征在于，基于所述Kizilcay动态电弧模型建立得到中压配电电缆潜伏性故障的数学等效模型过程中，将水树、电树通道中未发生电弧放电的部分等效为恒定电阻R0。4.如权利要求3中所述的一种模拟中压配电电缆潜伏性故障的方法，其特征在于，将所述恒定电阻R0和所述Kizilcay动态电弧模型进行串联，所述中压配电电缆潜伏性故障的数学等效模型看作所述电弧瞬时电阻R
arc
和缺陷通道等效的所述恒定电阻R0...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘朝章，刘建，孙锐，王聪，田怀源，韩丙光，张文山，毛忠浩，高俊营，张小虎，张付东，徐京睿，韩立群，
申请(专利权)人：国家电网有限公司，
类型：发明
国别省市：