输电线路高阻故障建模及其检测方法概述

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1、输电线路高阻故障建模及其检测方法概述第一章绪论1.1课题研究的背景和意义目前，HIF是一种很难被传统的继电保护装置所检测的单相接地故障，虽然其对电力系统本身危害并不大，但是如果不能及时处理，当人或牲畜靠近故障点时就会有接触高电压的危险，HIF通常会伴随着电弧，容易引发火灾，可能会给生命和财产造成重大的损失[1]。输电线路是电能传输的重要组成部分，一旦发生事故，将会造成难以预料的后果。我国国土面积广阔，地形地貌复杂，输电线路由于绝缘子闪络、雷击、山火火焰对线路放电，以及与树枝或其它表面等发生有害的电气接触都可能引发HI

2、F，而这种不易察觉的故障的存在可能会导致电力系统出现更严重的故障[2、3、4]。因此，研究HIF的故障特征、建立精确的数学模型和仿真模型、提出可靠性强的检测方法具有重要的现实意义。本课题对输电线路的暂态分析及建模、HIF暂态分析及建模和HIF检测方法三个方面进行了研究，提出了新的关于HIF建模、仿真和检测的方法。..1.2国内外研究现状国外对于HIF暂态过程分析的研究比较深入，尤其以美国为主较早对HIF的暂态过程进行了研究。有学者提出[5]HIF经常伴随着交流电弧，但是其阻抗是阻性的，这不同于通常情况下的电弧回路是感

3、性的故障。在中低电压等级下发生HIF后，产生燃弧路径的长度较小，初始电流通常不会超过100A，而在输电线路这样的高电压等级下产生的电弧长度往往很长，初始电流能达到几千安培，同时，过渡电阻呈现出非线性且不呈感性。研究学者通过现场试验[6]，建立了发生在沙地上伴随有电弧的HIF模型，通过对实验数据的分析，指出由于HIF过程会伴随着电弧，根据故障电流中的谐波分量，尤其是三次谐波，来检测HIF是可行的。文献[7]通过对HIF的暂态过程的分析，归纳总结了其故障特征：过渡电阻的非线性（nonlinearity）、故障电流波形关于

4、Y轴不对称（asymmetry）、故障电流存在建立过程（buildup）以及在建立过程中存在停止阶段（shoulder）。目前国内外对于HIF模型的研究，还没有找到能精确反映HIF特性的模型，各种实验都高度依赖实地测试，昂贵的阶段测试和不可预测的实验环境都限制了HIF的综合性研究，因此建立一个可以准确表现HIF特征的数学模型是非常有必要的。最早的HIF模型是伊曼纽尔模型，它基于实验室的测量和电路理论元件，由两个反向并联的直流源和二极管组成。文献[8]考虑到接地阻抗的非线性，将伊曼纽尔模型的电阻和电感由非线性元件代替。

5、文献[9]引入电弧模块，在伊曼纽尔模型中新增了时变电压源和瞬态分析控制系统(TACS)两个控件。文献[10]将模型进行了简化,仅由一个非线性电阻、两个二极管和两个直流源组成。文献[11]在简化模型的基础上新增了两个控制电弧点火的二极管和谐波电压源。综上所述，这些模型都通过改进伊曼纽尔和电弧模型重现HIF过程，在实际应用中，模块简单、仿真速度快、参数容易调整，但是HIF特征表现得不明显。课题将基于HIF的物理过程和实测数据，通过数值计算等方法建立能够充分表现HIF特征的模型。..第二章输电线路在EMTP中的建模2.1超

6、高压输电线路故障暂态概述当电力系统发生故障时会产生很多附加的暂态分量，这些故障分量包含了丰富的故障信息。在频域上，从直流分量到高频交流分量，暂态信息分布在非常广阔的频谱范围内。这些高频分量比工频分量包含有更多的故障信息，如故障类型、位置及方向等，完全可以通过对暂态分量的分析与研究开辟一类新的保护算法，实现传统依据工频量无法实现的保护原理。对超高压输电线路而言,暂态分量的如下[26]:(1)当输电线路发生故障时,会产生从故障点向线路两端传播的故障行波。当输电线路的波阻抗发生突变时，波阻抗会出现不连续点，行波将会在这个不

7、连续点处发生明显的折反射，在输电线路的传播路径中，故障行波会发生多次折射和反射的叠加，这会在电气信号中产生大量的频率高于50Hz的暂态分量。(2)大多数EHV输电线路上的故障均伴随有电弧，断路器的初始电弧的燃起与熄灭、第二次燃弧和熄弧，以及交流电弧随之反复出现的重燃和熄灭等等，这都能够在输电线路上产生丰富的频带较宽的高频信号。由于输电线路通常较长，分布电容很大，基于集中参数元件的故障等值暂态研究方法已经不适用了，因此为了准确地分析暂态过程，采用分布参数对输电线路进行暂态分析。.2.2在EMTP中的建模与仿真J.Mar

8、ti模型是目前应用最广泛的具有频率相关参数的远距离输电线路的模型[29、30]，它建立在分布参数的Bergeron模型的基础上，考虑到线路参数会随频率变化的性质而建立的，其对于长距离输电线路的暂态分析更为精确，基于频域分析，线路两侧（设为k侧和m侧）的电流为：本文采用电磁暂态分析程序（EMTP）搭建输电线路的仿真模型[31]。由于EMTP采用行