[發(fā)明專利]一種適用于輸電線路弧光接地故障電弧精確建模方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201811072692.5
• 申請(qǐng)日: 2018-09-14
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN109061393A
• 公開(kāi)（公告）日: 2018-12-21
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王賓
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 清華大學(xué);國(guó)網(wǎng)上海市電力公司
• 主分類號(hào): G01R31/08
• 分類號(hào): G01R31/08;G01R31/02
• 代理公司: 西安智大知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所 61215
• 代理人: 段俊濤

一種適用于輸電線路弧光接地故障電弧精確建模方法，屬于電力系統(tǒng)故障檢測(cè)和保護(hù)領(lǐng)域；根據(jù)外電離引起的空氣飽和電流I_s、氣體電離常數(shù)c₁、c₂及燃弧溫度T均為已知常數(shù)，根據(jù)仿真需要設(shè)定電弧間隙長(zhǎng)度值d，采集故障支路電弧電流I_F，根據(jù)公式計(jì)算得到電弧電壓u_a，本發(fā)明給出了故障電弧電壓和電弧電流的函數(shù)關(guān)系，克服了傳統(tǒng)微分形式電弧模型計(jì)算復(fù)雜、難以直接應(yīng)用于繼電保護(hù)領(lǐng)域的問(wèn)題；摒棄以往電弧建模過(guò)程的簡(jiǎn)化、擬合等手段，模型自身所包含的參量都具有明確的物理意義，建模精度高。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)保護(hù)和控制技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種適用于輸電線路弧光接地故障電弧精確建模方法。

技術(shù)背景

源荷分布的不平衡性決定了我國(guó)對(duì)遠(yuǎn)距離高壓輸電的需求。高壓輸電線路走廊通道長(zhǎng)、覆蓋面積廣，易發(fā)生由雷擊、山火、絕緣子閃絡(luò)所引起的單相弧光接地故障。此類故障的故障支路是由電弧電阻以及接地介質(zhì)串聯(lián)組合而成，電弧電阻較大的非線性特征給故障點(diǎn)電壓的估算帶來(lái)一定的挑戰(zhàn)，使得傳統(tǒng)單端阻抗測(cè)距算法精度受到影響。

為了精確、快速的定位輸電線路弧光接地故障，研究學(xué)者大多將目光集中在如何改進(jìn)故障測(cè)距算法上。但對(duì)于此類故障，故障支路中電弧模型中的間隙長(zhǎng)度決定了故障點(diǎn)電壓的波形特征，進(jìn)一步?jīng)Q定了能否準(zhǔn)確估算或擬合出故障點(diǎn)電壓，從而實(shí)現(xiàn)精確測(cè)距。

國(guó)內(nèi)學(xué)者在開(kāi)展弧光接地故障保護(hù)研究時(shí)，多將故障支路用固定電阻替代，但這種簡(jiǎn)化方式導(dǎo)致了測(cè)距性能不佳。針對(duì)該問(wèn)題，ABB等公司將接地電阻劃分為塔基電阻和電弧電阻，并用方波來(lái)表示電弧電壓，但此種方式忽略了電弧本身極具研究?jī)r(jià)值的電弧動(dòng)態(tài)特性，致使故障電阻非線性過(guò)強(qiáng)，測(cè)距精度較差。

提高輸電線路弧光接地故障測(cè)距精度的關(guān)鍵在于對(duì)故障電弧動(dòng)態(tài)特征的分析和掌握，其核心在于電弧的動(dòng)態(tài)建模。最為著名的動(dòng)態(tài)電弧模型為Cassie模型(1939年提出)和Mayr模型(1943年提出)。后續(xù)科研人員在此基礎(chǔ)上也做了進(jìn)一步的模型簡(jiǎn)化推導(dǎo)，比如Zeller模型、Browne T E模型，Urbanek J模型等。但上述電弧模型均為微分方程表達(dá)式，數(shù)值求解中每一時(shí)刻電弧電壓都是前一時(shí)刻電弧電壓與未知參數(shù)電弧時(shí)間常數(shù)τ_m、電弧熱耗散功率P_m等迭代計(jì)算實(shí)時(shí)得到的，導(dǎo)致了計(jì)算過(guò)程十分復(fù)雜，難以直接應(yīng)用于解析方程中來(lái)。

為解決上述問(wèn)題，有關(guān)學(xué)者提出了描述電弧V-I特性的電弧對(duì)數(shù)模型，該模型可直接應(yīng)用于目前主流的基于時(shí)域或頻域解析方程的故障檢測(cè)和保護(hù)算法。但該模型假定電弧間隙長(zhǎng)度恒定，忽略了間隙長(zhǎng)度對(duì)故障點(diǎn)電壓波形估算的重要影響，面對(duì)復(fù)雜多變的實(shí)際故障工況模型精度浮動(dòng)性較大。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服現(xiàn)有電弧模型不能量化分析電弧燃弧長(zhǎng)度對(duì)電弧燃弧特性影響的不足，本發(fā)明的目的是提出了涉及間隙長(zhǎng)度的一種適用于輸電線路弧光接地故障電弧精確建模方法，該方法基于描述氣體放電物理本質(zhì)的湯遜原理，結(jié)合理想氣體狀態(tài)方程構(gòu)建了包含參量電弧間隙長(zhǎng)度d的電弧電壓與電流解析表達(dá)式，適用于分析不同擊穿間隙長(zhǎng)度條件下的燃弧特性。

為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明的技術(shù)方案為：

一種適用于輸電線路弧光接地故障電弧精確建模方法，具體包括以下步驟：

步驟(1)、實(shí)時(shí)采集故障支路電弧電流I_F；

步驟(2)、依次設(shè)定飽和電流I_s＝10^-10A、氣體電離常數(shù)c₁＝2.86×10⁶K·cm^-1，c₂＝7.47×10⁴K·kV·cm^-1；根據(jù)實(shí)際需求設(shè)定電弧間隙長(zhǎng)度值d，理論取值范圍為0-100cm，根據(jù)如下公式計(jì)算電弧電壓u_a：