[发明专利]输电线路高阻接地故障电弧建模方法

说明书

技术领域

本发明属于电力系统保护和控制技术领域，特别涉及一种输电线路高阻接地故障 电弧建模方法。

背景技术

受绝缘子闪络、雷击、山火等因素影响，高压输电线路常发生对周围树枝、毛竹放 电以及经山火焰放电造成单相高阻接地故障。近年来，在我国大部分省份均有高阻接地故 障发生情况报道，高阻接地故障易导致差动保护、零序保护、距离保护动作延时甚至拒动 作；传统基于阻抗原理的测距原理精度显著下降；受启动门槛的限制，基于行波原理的故障 测距及保护精度也受到了较大的挑战，此外高阻接地故障发生大多伴随电弧现象，容易引 发火灾，导致严重的生命和财产重大损失。

实时监测高阻故障的发生并实施保护的关键在于对故障电弧动态特征的分析和 掌握，其核心在于电弧的动态建模。

最为著名的动态电弧模型为Cassie模型(1939年提出)和Mayr模型(1943年提出)， Mayr模型动态比较的是电弧瞬时功率与热传导功率的大小，而Cassie模型动态比较的是瞬 态电弧电压与电弧稳态电压的大小。后续科研人员在此基础上也做了进一步的模型简化或 实用性推导，比如Zeller模型、BrowneTE模型，UrbanekJ模型等。但是，上述电弧模型均 为微分方程表达式，数值求解中每一时刻电弧电压都是前一时刻电弧电压与未知参数电弧 时间常数τ_m，电弧热耗散功率P_m等迭代计算实时得到的，导致了实际数值计算十分复杂。特 别是，目前的主流故障检测和保护算法均是基于时域或频域解析方程来实现的，现有的基 于微分方程的电弧模型难以直接应用到解析方程中来。

因此，针对高阻接地故障，目前国内外故障分析与保护计算一般均简单地将电弧 假设为大数值纯电阻，忽视实际电弧的动态非线性以及非阻性成分，这直接导致了实际电 力系统中发生高阻接地故障时，继电保护动作性能的延迟和失效，以及故障测距精度的不 可信。

发明内容

本发明的目的是为了克服传统电弧微分方程计算复杂、难以直接为故障检测应用 的不足，提出了一种输电线路高阻接地故障电弧建模方法，该方法基于描述空气放电本质 的汤逊原理，利用大量电子的定向运动来表达电弧电流，再利用电弧空间中电场和电子崩 运动的耦合关系来建立电弧电压与电流的函数关系，从而建立高阻接地故障电弧模型。

为了达到上述目的，本发明的技术方案为：

输电线路高阻接地故障电弧建模方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤(1)根据线路电压等级设置饱和电流定值I_S和基准电压定值U_T，实时采集故障 电弧支路电流信号i_F；

步骤(2)根据线路电压等级设置饱和电流定值I_S和基准电压定值U_T，取值范围分别 为0.001A～0.1A与25V～10kV，根据如下公式计算电弧电压u_a：

u_a＝sgn(i_F)·U_Tln(|i_F|/I_S+1)

步骤(3)设置固定接地电阻R_F，电弧电压与固定接地电阻R_F串联共同建立故障点电 压，取值范围为0Ω～300Ω，求得故障点电压u_F：

u_F＝u_a+R_F·i_F

本发明的特点及效果：

本发明直接给出了故障电弧电压与电弧电流的解析表达式，克服了传统电弧基于 微分方程表达导致的迭代计算复杂、难以直接为继电保护和故障测距应用的难题，可以直 接应用到故障检测分析中。同时，本发明所提模型是基于故障电弧的空气放电物理本质，物 理意义清晰便于理解，同时建模精度高。

附图说明

图1为应用本发明的输电线路高阻接地故障示意图。

具体实施方式

本发明提出的输电线路高阻接地故障电弧建模方法，结合附图及实施例详细说明 如下。