摘要: 随着城市配电网中的电缆线路占比越来越高，电容电流较大的城区配电网不宜继续采用传统的中性点不接地或谐振接地方式，越来越多的大中城市电容电流较高的城区配电网将中性点接地方式改造为经小电阻接地。当小电阻接地系统发生高阻接地故障时，常伴随... 展开 随着城市配电网中的电缆线路占比越来越高，电容电流较大的城区配电网不宜继续采用传统的中性点不接地或谐振接地方式，越来越多的大中城市电容电流较高的城区配电网将中性点接地方式改造为经小电阻接地。当小电阻接地系统发生高阻接地故障时，常伴随有电弧的产生，且传统的零序过流保护难以检测到故障零序电流，此将极易引发严重的火灾事故及人身与系统设备安全事故。因此，开展小电阻接地系统高阻接地故障电弧模型及检测方法的研究，可以帮助解决传统零序保护难以切除高阻接地故障等问题，提高小电阻接地系统的可靠性，推进小电阻接地方式的实际应用。 本文首先针对高阻接地故障伴随产生的电弧现象介绍了电弧的组成、温度、能量平衡等物理特性，理论推导了电弧长度与电弧最小击穿电压之间的关系表达式;并从稳态及暂态两方面分析小电阻接地系统高阻接地故障时系统零序电压、各线路零序电流及接地故障暂态电流等特性。为后续电弧模型的研究及高阻接地故障检测方法的研究奠定基础。 为准确模拟高阻接地故障电弧现象，通过COMSOL及MATLAB/Simulink仿真分析，提出一种考虑动态电弧长度的改进Schwarz电弧模型。在理论推导电弧长度与电弧最小击穿电压二者关系的基础上，利用COMSOL Multiphysics仿真软件建立了交流电弧的磁流体动力学模型，分析了电弧长度对电弧等离子体电场强度、温度以及电弧电压电流的影响，仿真结果表明电弧长度是影响电弧的物理与电气特性的重要因素。其次，通过分析Cassie电弧模型、Mayr电弧模型、Schwarz电弧模型及“控制论”电弧模型等几种常见的电弧数学模型的优缺点，并基于电弧长度对电弧物理发展过程及电气特性的影响，提出一种考虑电弧长度动态变化的改进Schwarz电弧模型，该模型既考虑了电弧燃烧时耗散功率以及电弧时间常数跟随电弧电导动态变化，同时考虑了电弧长度对燃弧过程的影响。利用MATLAB/Simulink搭建本文所提的改进Schwarz电弧模型，仿真所得模型的燃弧电压与现场实测数据对比误差约为5 ％,将其燃弧电压与理论公式计算结果及磁流体动力学模型仿真结果进行对比，验证了所提模型的有效性;并从电弧电压与电流两个角度将提出的改进Schwarz电弧模型与Mayr模型、Schwarz模型、“控制论”模型对比，分析表明所提改进电弧模型在模拟燃弧电压、稳态燃烧电压、电流零休特性等方面的合理性。将所提的改进Schwarz电弧模型应用于后续高阻接地故障检测方法的仿真验证中，以分析检测方法在不同故障条件下的可靠性。 针对小电阻接地系统高阻接地故障难以被传统的零序过流保护识别的问题，提出一种基于小波包分解的高阻接地故障检测方法。首先介绍了小波变换及小波包分解的基本原理，其次介绍了基于小波包分解系数极性与阈值的检测方法流程步骤及检测判据，并阐述了特征频带的选取。最后利用MATLAB/Simulink仿真验证了所提检测方法对于故障点经不同过渡电阻直接接地、故障点经不同过渡电阻与所提出的改进的Schwarz电弧模型串联接地、不同故障相角及距母线不同故障距离等多种故障条件下的可靠性。 收起