一种考虑故障发展过程的配电网弧光接地故障建模方法技术

本申请涉及考虑故障发展过程的配电网弧光接地故障建模方法，包括以下步骤：采集线路故障相电压与接地故障电流，并进行离散傅里叶变换提取故障相电压与故障电流的工频分量，计算得到接触电阻的变化曲线；利用最小二乘法对接触电阻进行指数函数拟合，得到接触电阻值随时间变化的函数关系式，建立考虑故障发展过程的接触电阻模型；建立考虑故障发展过程的动态电弧模型，推导弧隙电阻表达式；基于接触电阻与弧隙电阻串联的配电网弧光接地故障解析方法，解得线路出口处的零模电压、零模电流的电气量的解析表达。本申请通过将故障点的过渡电阻等效为弧隙电阻与接触电阻的串联组合，建立弧光故障时的解析方程组，实现对故障过程中故障电气量的计算。障电气量的计算。障电气量的计算。

【技术实现步骤摘要】
一种考虑故障发展过程的配电网弧光接地故障建模方法


[0001]本申请涉及电力系统保护与故障检测
，特别涉及到考虑故障发展过程的弧光接地故障建模方法。

技术介绍

[0002]配电网线路分支较多，接线复杂多变，线路所处的自然地理环境往往较为恶劣，经常会发生经树枝、草地、灌木等非金属导电介质接地的高阻(过渡电阻在几百甚至上千欧姆)接地故障。交流线路在发生接地故障时，存在能量的积累与释放过程，因此电弧将不断熄灭与重燃。因弧光高阻接地故障电气量微弱，此类弧光高阻接地故障的检测难度较大，若故障不能被及时地发现、清除，易引发森林火灾等电气事故。在电弧故障发展过程中，会引起接地介质的碳化与燃烧过程，此过程受热效应、磁场等多因素影响难以对故障过程进行刻画。因此有必要展开考虑故障发展过程的配电网弧光接地故障建模方法的研究，进一步掌握弧光接地发展下的故障特征，有利于配电网线路的选线、消弧，减少人身触电、森林火灾等事故发生概率，增强配电网供电可靠性。
[0003]现对于弧光高阻接地故障的研究往往将故障支路视为电弧模型与塔基固定电阻的串联，建立高阻接地故障模型，并给出相关故障电气量的解析表达。此类方法忽略了在故障发展过程中接地介质的变化过程，由于故障电弧温度高达上千度，极易引发接地介质的碳化燃烧，形成碳化通道使得接触电阻值降低，无法对发展过程中的故障电气量进行准确表达。同时对于弧隙通道的电阻未准确刻画，未考虑在故障发展过程中各因素对电弧燃烧与熄灭的影响，因此传统的弧光高阻接地故障模型无法全面刻画考虑发展过程中的弧光接地故障特征。
[0004]弧光高阻接地故障由于过渡电阻值较大，故障电气量信息微弱，导致传统的继电保护方法难以准确识别故障线路与故障相，保护装置不能及时跳开，可能导致孤光接地故障不断发展引发电气火灾，极大的危害了电力系统的供电安全性与可靠性。若不能对弧光高阻接地故障的发展过程进行精确建模，则无法分析故障电气量的变化过程，对故障选线与选相造成较大干扰。

技术实现思路

[0005]本申请实施例的目的在于提供一种考虑故障发展过程的配电网弧光接地故障建模方法，通过将故障点的过渡电阻等效为弧隙电阻与接触电阻的串联组合，建立弧光故障时的解析方程组，实现对故障过程中故障电气量的计算。
[0006]为实现上述目的，本申请提供如下技术方案：本申请实施例提供一种考虑故障发展过程的配电网弧光接地故障建模方法，包括以下具体步骤：步骤一：采集线路故障相电压与接地故障电流，并进行离散傅里叶变换提取故障相电压与故障电流的工频分量，计算得到接触电阻的变化曲线；
步骤二：利用最小二乘法对接触电阻进行指数函数拟合，得到接触电阻值随时间变化的函数关系式，建立考虑故障发展过程的接触电阻模型；步骤三：建立考虑故障发展过程的动态电弧模型，推导弧隙电阻表达式；步骤四：基于接触电阻与弧隙电阻串联的配电网弧光接地故障解析方法，解得线路出口处的零模电压、零模电流的电气量的解析表达。
[0007]所述步骤一中，采集线路故障相电压与接地故障电流 ，并进行离散傅里叶变换提取故障相电压与故障电流的工频分量、，计算得到接触电阻的变化曲线，。
[0008]所述步骤二中，得到接触电阻值随时间t变化的函数关系式如下：，其中：为接触电阻初始值；为接触电阻稳定值及碳化通道的阻值；为接触电阻减小的时间常数。
[0009]所述步骤三中，弧隙电阻表达式具体为：，其中，表示弧隙在标准大气下的的耗散功率；和分别为电弧电压和电流，而表示电弧从电网中的吸收功率；则表示弧隙中存储的能量；考虑在接触物燃烧过程中，由于火焰温度远高于环境温度，故电弧的耗散功率下降，根据基尔霍夫热辐射定律，得到接触物燃烧时耗散功率表示为：，其中，表示接触物燃烧时弧隙在标准大气下的的耗散功率；表示弧隙温度，表示火焰温度，表示环境温度。
[0010]所述步骤四中，考虑故障发展过程得电弧模型的表达式为：，其中，表示电弧电导，将上式改写成弧隙电阻的形式： ，求解得：
[0011]其中，为弧隙电阻。
[0012]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：通过将故障点的过渡电阻等效为弧隙电
阻与接触电阻的串联组合，建立弧光故障时的解析方程组，实现对故障过程中故障电气量的计算。建立的弧光高阻接地故障模型能够有效反应接触物燃烧碳化的影响，建立考虑故障发展过程的弧光高阻接地故障模型，为后续研究配电网弧光接地故障发展机理提供理论支撑。
附图说明
[0013]为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
[0014]图1是本专利技术实施的考虑故障发展过程的配电网弧光接地故障建模方法的流程图。
[0015]图2是在故障线路发生电弧接地故障的电弧接地故障等效模型。
[0016]图3是考虑接地故障发展过程的接触电阻模型。
[0017]图4是考虑故障发展过程动态电弧模型的电弧电压。
[0018]图5是考虑故障发展过程动态电弧模型的弧隙电阻。
具体实施方式
[0019]下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行描述。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
[0020]术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
[0021]术语“第一”、“第二”等仅用于将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不能理解为指示或暗示相对重要性，也不能理解为要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。
[0022]参照图1，本申请实施例提供包括以下具体步骤：步骤一：采集线路故障相电压与接地故障电流，并进行离散傅里叶变换提取故障相电压与故障电流的工频分量，计算得到接触电阻的变化曲线；步骤二：利用最小二乘法对接触电阻进行指数函数拟合，得到接触电阻值随时间变化的函数关系式，建立考虑故障发展过程的接触电阻模型；步骤三：建立考虑故障发展过程的动态电弧模型，推导弧隙电阻表达式；步骤四：基于接触电阻与弧隙电阻串联的配电网弧光接地故障解析方法，解得线路出口处的零模电压、零模电流的电气量的解析表达。
[0023]如图2所示，通过将故障点的过渡电阻等效为弧隙电阻与接触电阻的串联组合，在具体的实例中包括以下步骤：
实时监测配电系统各个节点的电压的变化，当线路发生接地本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种考虑故障发展过程的配电网弧光接地故障建模方法，其特征在于，包括以下具体步骤：步骤一：采集线路故障相电压与接地故障电流，并进行离散傅里叶变换提取故障相电压与故障电流的工频分量，计算得到接触电阻的变化曲线；步骤二：利用最小二乘法对接触电阻进行指数函数拟合，得到接触电阻值随时间变化的函数关系式，建立考虑故障发展过程的接触电阻模型；步骤三：建立考虑故障发展过程的动态电弧模型，推导弧隙电阻表达式；步骤四：基于接触电阻与弧隙电阻串联的配电网弧光接地故障解析方法，解得线路出口处的零模电压、零模电流的电气量的解析表达。2.根据权利要求1所述的一种考虑故障发展过程的配电网弧光接地故障建模方法，其特征在于，所述步骤一中，采集线路故障相电压与接地故障电流 ，并进行离散傅里叶变换提取故障相电压与故障电流的工频分量、，计算得到接触电阻的变化曲线，。3.根据权利要求2所述的一种考虑故障发展过程的配电网弧光接地故障建模方法，其特征在于，所述步骤二中，得...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾海燕，陈爽，曾祥君，张钟毓，朱程雯，李航，喻锟，曾超，
申请(专利权)人：长沙理工大学，
类型：发明
国别省市：