[发明专利]一种基于分段线性等效的弧光接地故障建模及解析方法

说明书

一种基于分段线性等效的弧光接地故障建模及解析方法，基于对数电弧模型建立了高精度的非线性弧光高阻接地故障模型，用分段线性等效实现故障点处电弧非线性伏安特性的表达，并基于分段线性等效实现了对非线性弧光高阻接地故障状态方程的求解，给出了欠阻尼和过阻尼情况下馈线出口处的故障零模电压、零模电流的解析表达式；本发明建立的弧光高阻接地故障模型精度高，提出的分段线性等效可以实现电弧非线性的表达，能够获取故障电气量的解析表达式，为后续设计兼具可靠性和灵敏性的中性点经消弧线圈接地配电系统弧光高阻接地故障检测算法提供了充足的理论支撑。

技术领域

本发明属于电力系统配电线系统继电保护领域，特别涉及一种基于分段线性等效的中性点经消弧线圈接地配电系统弧光高阻接地故障建模及解析表达方法。

背景技术

我国的中压配电网多以中性点经消弧线圈接地方式为主，由于配电网的分支线路较多，所处的自然地理环境复杂多样，发生单相故障的概率较高，约占故障总数的80％左右。随着现有的基于行波、暂态量的故障检测技术的大量使用，故障检测的正动率已经有了一定的提高，特别是对金属性或经较低过渡电阻的故障时，正动率已经达到了 90％以上。但遗憾的是，近年来由单相接地故障导致的人身触电伤亡、诱发山火等恶性事故仍频繁发生，其主要原因是：此类故障发生时，线路经树枝、沙地、草皮等非金属导电介质接地，接地电阻较大(几百甚至上千欧姆)，大部分情况下因线路与大地间的电压差还会导致空气间隙或固体介质绝缘的击穿，引发非线性电弧。对非线性弧光高阻接地故障的建模分析、检测已逐渐成为业内学者关注的热点、难点问题，而建立高精度的非线性弧光高阻接地故障模型并给出相关故障电气量的解析表达式是设计有效的检测算法的基础与关键。

现有的研究对弧光高阻接地故障的建模、分析暴露出明显的缺陷。研究人员往往将线路与大地间的过渡电阻看作是一固定电阻，并基于固定电阻模型给出相关故障电气量的解析表达式，此类建模、分析方法严重忽略了由电弧引发的非线性，精度有待提高。同时，在获得解析表达式的过程中，大多以故障时的零状态响应过程代替故障的全响应过程，忽略了受故障前等效电容、电感储能影响的零输入响应过程。此外，虽有相关的文献提出了一系列的电弧模型用于表征单相接地故障电弧的非线性，但此类建模、分析方法对高阻的关注程度并不够，同时，基于可以实现电弧电压、电弧电流解析表达的电弧模型也仅能获取故障点处的相关电气量的解析表达式，而无法获取馈线出口处故障电气量的解析表达式。现有的故障建模、分析方法的不足导致基于其设计的相关故障检测算法存在一定的缺陷，进而会造成故障长时间存在而不能被及时地发现，发展为更为严重的两相短路、甚至三相短路故障，甚至引发火灾，损坏电力设备，造成人员触电伤亡等。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种基于分段线性等效的弧光接地故障建模及解析方法，建立了高精度的弧光高阻接地故障模型，并给出馈线出口处的零模电压、零模电流的解析表达式，基于对数电弧模型建立了高精度的非线性弧光高阻接地故障模型，用分段线性等效实现故障点处电弧非线性伏安特性的表达，并基于分段线性等效实现了对非线性弧光高阻接地故障状态方程的求解，给出了欠阻尼和过阻尼情况下馈线出口处故障零模电压、零模电流的解析表达式，建立的弧光高阻接地故障模型与解析表达式的精度较高，为后续设计有效的弧光高阻接地故障检测算法提供了充足的理论支撑。

为了达到上述目的，本发明的技术方案为：

一种基于分段线性等效的弧光接地故障建模及解析方法，包括以下步骤：