電力電纜運行故障模型的建立以及故障特征量的提取研究

摘要：對小電流接地系統單相接地故障選線的研究，除了廣泛深入的理論研究外，還有必要通過試驗來對理論研究的成果進行驗證。考慮到在實際條件下，電力系統在正常運行下禁止接地試驗，這樣很難獲得接地故障的原始數據，因此通常通過數字仿真的方法來驗證研究成果。在小電流接地系統仿真試驗研究中應用最廣泛的是MATLAB和ATP。本文將利用ATP進行線路仿真數據分析。

關鍵詞：故障選線；故障特征；數據分析

引言

小電流接地方式下的配電網發生單相接地故障時，其故障電流的微弱性以及故障電弧的不穩定性和故障形式的多變性，都給故障選線帶來了困難，本文通過對電力電纜運行故障模型進行建立以及對其故障特征量進行提取，并進行了歸一化處理，構成了一個比較完備的用于驗證選線方法的數據庫。

1 基于ATP的系統仿真分析及仿真模型的建立

1.1 仿真模型建立及模型參數設置

1.1.1 采樣頻率的選擇

信號采樣頻率的選取會對采集數據造成一定影響。如果采樣頻率過高，采集到的數據的相關程度就會增加，故障數據的特征就不是很明顯，不利于辨識；而采樣頻率過低，采集到的數據就很少，這就可能丟失必要的信息，很容易造成故障線路的漏選。

圖1為系統的仿真模型示意圖，分別提取圖1中各線路故障后的暫態分量，進行頻譜分析，計算其幅頻和相頻特性。首先通過各條線路零序電流的頻譜分析得到暫態信號的主諧振頻率(定義暫態信號中幅值較大、能量較高的信號對應的頻率為主諧振頻率)，進而選取適合本課題使用的采樣頻率。

1.1.2 仿真模型的搭建及參數設置

本文以某110kV變電站10kV母線的輻射型配電網絡為模型搭建仿真平臺，其仿真模型示意圖如右圖1所示。該系統共有6條出線，線路長度分別為5km，10km，12km，15km，20km，30km。變壓器低壓側中性點通過開關K與消弧線圈接地，中性點不接地系統和經消弧線圈接地系統分別通過開關K的開合狀態來表示，具體參數的設置見表1。

根據以上參數，利用EMTP/ATP仿真軟件建立小電流接地系統的仿真模型如圖2所示。

2 模型仿真結果及分析

2.1 諧振接地系統，正常運行時，母線端三相電壓、電流波形如圖3所示。

2.2 諧振接地系統，發生金屬性接地故障：以在t=0.05s時刻，線路L6在距離母線15km處發生金屬性接地故障為例，仿真得到故障線路首端的三相電壓及零序電壓、零序電流波形如圖4所示。

根據圖3所示，得出以下結論：

(1) 發生單相接地故障后，暫態電流幅值遠大于穩態電流幅值；

(2) 暫態過程結束后，故障相電壓幾乎變為零，而非故障相電壓升高為線電壓；系統中出現零序電壓，當暫態過程結束后，其值為電網正常運行時的相電壓。

3 結束語

通過EMTP/ATP搭建的單母線6條饋線的110kV變電站仿真模型進行仿真試驗，仿真試驗了小電流接地系統在接地方式、故障初始相角、過渡電阻不同的故障模式下發生故障，同時提取了在不同工況下發生故障時的零序電流和零序電壓。

參考文獻：

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