[发明专利]一种基于磁场分布的配电网电弧故障定位方法

说明书

本发明公开了一种基于磁场分布的配电网电弧故障定位方法，涉及电力系统技术领域；包括以下步骤：基于单相电弧故障实验，建立电弧故障仿真的几何模型；通过有限元仿真计算出电弧故障的电气参数和外部物理特征；判断仿真计算结果的有效性；以建立空间电流密度与磁场之间的关系模型；将反映到测量点故障特征最微弱的电弧位置以及电弧间隙尺寸工况下的测量结果，作为诊断区域内是否发生电弧故障的判据；改变仿真区域内导体和电弧间隙的几何尺寸；根据实际电弧实验参数调整输入电压和短路电流，并通过有限元仿真计算得出各工况和各几何结构下电弧故障发生后的磁场分布；将实验测量点的数值结果进行拟合，得出电弧故障定位的判据。

技术领域

本发明涉及电力系统技术领域，具体涉及一种基于磁场分布的配电网电弧故障定位方法。

背景技术

配电网作为电能传输、分配的关键环节，在为用户提供优质、稳定的电能中起着至关重要的作用。近年来，随着国家经济的快速发展和大量分布式电源的接入，使得用电负荷急剧增加、电网的拓扑结构日益复杂，进而使得由于人为因素或绝缘破损、电气连接松动等因素引发的电弧故障所占比例大幅提高。当电弧故障发生后，弧柱可等效为一个非线性动态电阻接入电网。

电弧故障的诊断方法通常基于起弧后的外部物理特征和电流信号的畸变，用于电弧故障诊断定位的外部物理特征主要有压力、光线强度、温度，但基于这些特定外部特征的诊断方法容易受到实际运行场景的环境因素影响，造成保护装置误动作，从而影响电网的稳定运行。此外，基于外部物理特征的诊断方法通常需要提前知道电弧故障发生的位置，使得检测方法具有很大的局限性。

另外，当电弧故障发生时，电流会出现无规则的混沌特性并有不稳定的高频分量掺杂其中。使得通过时频变换技术，对电流信号进行频谱分析以实现故障电弧的检测已成为研究热点。然而，有些负载类型往往具有与电弧故障电流类似的频谱特征，使得单独对电流信号的频谱特征分析难以准确检测故障电弧。

因此，需要一种能够解决电弧故障快速识别、定位难题的新方法。

发明内容

本发明提供了一种基于磁场分布的配电网电弧故障定位方法，通过对比仿真所得出的电流曲线和实验值证实仿真结果的有效性，并根据几何结构标定测量点在仿真区域中的位置，以通过测量点的数值判定区域内是否发生电弧故障，然后调整系统的运行工况、几何结构，从而通过不同条件下检测点的数值结果拟合出，能够适用于整个区域内电弧故障识别与定位的判据，进而识别并定位配电网电弧故障。

本发明通过下述技术方案实现：

本发明提供了一种基于磁场分布的配电网电弧故障定位方法，包括以下步骤：

S10、基于单相电弧故障实验，建立电弧故障仿真的几何模型；

S20、根据电弧起弧以及持续燃烧的物理本质，通过有限元仿真计算出电弧故障的电气参数和外部物理特征；

S30、对比实验采集与仿真计算得到的电流参数，以判断仿真计算结果的有效性；

S40、在仿真计算结果有效的情况下，于仿真区域中标定用于检测起弧过程以及电弧持续燃烧时磁场变化的测量点，以建立空间电流密度与磁场之间的关系模型；

S50、将反映到测量点故障特征最微弱的电弧位置以及电弧间隙尺寸工况下的测量结果，作为诊断区域内是否发生电弧故障的判据；

S60、改变仿真区域内导体和电弧间隙的几何尺寸,并对所述几何模型模型进行网格划分；

S70、根据实际电弧实验参数调整输入电压和短路电流，并通过有限元仿真计算得出各工况和各几何结构下电弧故障发生后的磁场分布；

S80、将各组实验测量点的数值结果进行拟合，得出电弧故障定位的判据。