配电线路单相触树接地故障特征分析.pdf
《配电线路单相触树接地故障特征分析.pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《配电线路单相触树接地故障特征分析.pdf(7页珍藏版)》请在咨信网上搜索。
1、电 力 系 统 及 其 自 动 化 学 报Proceedings of the CSU-EPSA第 35 卷 第 7 期2023 年 7 月Vol.35 No.7Jul.2023配电线路单相触树接地故障特征分析宁鑫1,2,胡馨月3,张华1,2,孙章3,雷潇1,2,王军3(1.国网四川省电力公司电力科学研究院,成都 610041;2.电力物联网四川省重点实验室,成都 610041;3.西华大学电气与电子信息学院,成都 610039)摘要:针对树线矛盾引发山火问题,本文搭建配电线路单相触树接地故障真型试验平台并以竹线搭接为对象进行研究。试验分析了树线放电引燃过程及其泄露电流变化特征,在此基础上界定
2、初始搭接、放电击穿、水汽蒸发和明火蔓延 4 个发展阶段,并对引燃过程中的等效阻抗变化特征进行分析。试验分析表明,在一定范围内电压和含水率的增加使引燃时间减少;同时,本文从电场强度和植被电导率角度揭示了影响机理。研究成果对配电线路引发山火的防治具有一定指导意义。关键词:山火;单相触树;泄漏电流;等效阻抗;引燃时间中图分类号:TM75文献标志码:A文章编号:1003-8930(2023)07-0137-07DOI:10.19635/ki.csu-epsa.001245Characteristic Analysis of Tree-contact Single-phase-to-ground Fau
3、lt in PowerDistribution LinesNING Xin1,2,HU Xinyue3,ZHANG Hua1,2,SUN Zhang3,LEI Xiao1,2,WANG Jun3(1.Electric Power Research Institute,State Grid Sichuan Electric Power Company,Chengdu 610041,China;2.Power Internet of Things Key Laboratory of Sichuan Province,Chengdu 610041,China;3.School ofElectrica
4、l Engineering and Electronic Information,Xihua University,Chengdu 610039,China)Abstract:Aimed at the problem of hill fires caused by contradictions between trees and lines,a true test rig for powerdistribution lines under tree-contract single-phase-to-ground fault was built,and bamboo wire laps were
5、 taken as the research object.The process of tree-line discharge ignition and the corresponding leakage current change characteristicswere analyzed through tests.On this basis,four development stages of initial lap,discharge breakdown,water vaporevaporation and spreading of open fire were defined,an
6、d the equivalent impedance change characteristics in the ignition process were analyzed.The experimental analysis shows that an increase in voltage and moisture content within acertain range will reduce the ignition time.Meanwhile,the mechanism of influence in terms of electric field strengthand veg
7、etation conductivity is revealed.The research results are of certain guiding significance for the prevention andcontrol of hill fires caused by power distribution lines.Keywords:hill fire;single-phase tree-contact;leakage current;equivalent impedance;ignition time近年来,我国电网建设发展迅速,电力线路覆盖面积大幅增加1-3,加之输电线
8、路穿越林区及众多草场区域,受到树木生长的严重威胁4。随着树线矛盾日益突出,尤其是单相触树故障的发生,产生的泄漏电流热效应引燃植被,明火蔓延导致发生山火的危害5-6。例如,2020年发生在四川省凉山州西昌市“330”森林火灾7及2009年发生在俄勒冈州杰克逊县的一场山火,后果极其惨重。然而,导线触树接地故障 TSF(tree-contact single-phase-to-ground fault)的发展演变过程、特性参数变化、规律及机理尚未完全掌握。针对上述问题,国内外学者对TSF引燃特性开展了部分研究。文献8在12.5 kV三相输电线路上用树枝模拟单相触树接地故障,得到了电压、电流波形变化特
9、点;文献9通过分析得到故障电流随炭化程度增加而增大;文献10利用稀疏编码技术提取TSF中的高频特征可用于故障检测;文献11分析得到35 kV的导线向树放电,在不同树种、枝条半收稿日期:2023-02-21;修回日期:2023-03-29网络出版时间:2023-05-05 13:51:32基金项目:国网四川省电力公司科技项目(52199720002V)通信作者:孙章(1986),男,硕士,高级实验师,研究方向为新能源发电、输配电山火监测预警技术等。Email:宁鑫等:配电线路单相触树接地故障特征分析电 力 系 统 及 其 自 动 化 学 报138第 7 期径、含水率条件下对临界击穿距离的影响规律
10、,并建立了TSF泄露电流模型,但该模型较为理想,忽略了环境状态影响因子;文献12拟合不同放电阶段的特性和频率分布,明确电晕放电、隐性放电和闪络放电依次发生,即TSF的放电过程;文献13分析得到TSF引燃发展阶段,获得引燃机理及物理特征、电气特征;文献14构建基于树木电阻率、高度、半径、电阻率-温度特性等实际物理参数的TSF过渡阻抗工频时变模型,得到零序电压、电流随时间的变化规律;文献15得出TSF等效阻抗模型;文献16得出风速大小使树闪电弧的温度下降变快,持续时间变短等特征。然而,上述研究多采取理想模型或模拟试验方式,无法真实还原树线放电的复杂过程,缺乏对树线放电过程及特征的掌握。为此,本文搭
11、建真型试验平台,以自然生长的竹子为试验对象,开展树线放电故障特征分析。试验同步测量泄漏电流和相电压,并依据电流变化对竹线放电过程进行分析,界定为4个发展阶段;在此基础上对等效阻抗动态变化进行分析,进一步研究电压与含水率对引燃时间的影响规律及影响机理。本文研究成果可为配电线路触树故障保护提供一定的支撑,对配电线路引发山火防治具有一定的指导意义。1试验平台设计与方法1.1试验平台及布置依托现有设备搭建导线触树接地故障真型试验平台如图1所示。变压器型号为SCB11-400/10,联结组别为Y/;利用0.2级的电压与电流互感器对电信号进行测量;裸导线为LGJ-70的三相钢芯铝绞线;高速摄像机,红外摄像
12、仪记录试验现象与温度变化。1.2试验步骤(1)竹子选取。试验选取尺寸(接触部位直径)在2535 mm间的自然生长的小琴丝竹为对象,测量得到的部分竹子尺寸及含水率如表1所示。(2)竹线搭接。搭建如图1所示的试验平台,利用耐火绝缘绳将竹子与A相导线固定,搭接高度2 m。(3)数据记录。升压至指定电压,保证摄像机、红外摄像仪同步开启,记录试验现象及温升变化;通过计时器记录故障开始时间及明火出现时间。Pico采集器采样频率为5 kHz,带宽为20 M。(4)试验结束,重新选取竹子,重复上述步骤。2试验结果分析2.1引燃阶段界定试验过程所出现的现象如图2所示。单相触树后出现火星、炸裂、水汽蒸发、明火及蔓
13、延贯穿等典型现象,竹线放电过程中的故障相电压即A相电压总体呈下降趋势,变化特征相较于电流不明显,如图3所示。本文依据泄漏电流的变化特征与试验现象对竹线放电全过程划分为4个阶段如图4所示。阶段阶段 初始搭接。泄露电流从70.1 mA缓慢上升至172.3 mA,无明显现象。阶段阶段 放电击穿。泄漏电流快速上升至758.4 mA,导线与竹子搭接处周围发生空气间隙击穿,出现微小火星及电弧;由于前期电流热效应的热量积累,水汽开始蒸发出现少量白烟如图2(b)所示。阶段阶段 水汽蒸发。水汽开始大量向外喷射并伴随明显的排气声,竹子表面开始炭化,并逐渐向图 1模拟试验平台Fig.1Simulation test
14、 rig接地方式转换装置电抗器组及电流传感器电压传感器380 V电源调压器升压变压器三相并联电容器组10 kV线路树线放电烘箱红外热像仪 高速摄像机高精度无感采样电阻表 1试验植被Tab.1Test vegetation序号12345678910111213141516171819植被及编号竹子1#竹子2#竹子3#竹子4#竹子5#竹子6#竹子7#竹子8#竹子9#竹子10#竹子11#竹子12#竹子13#竹子14#竹子15#竹子16#竹子17#竹子18#竹子19#绝对含水率/%111.3084.50114.14137.45116.50103.40109.94122.40115.99110.5210
15、5.36114.6683.73161.58172.90165.45146.63157.66125.78接触部位直径/mm26.525.531.530.029.026.526.533.030.529.025.528.525.027.530.028.027.026.530.0宁鑫等:配电线路单相触树接地故障特征分析139第 35 卷前发展形成炭化路径,电流值稳于750 mA附近;同时,由于电流热效应和竹子内部热量的大量积累,竹子的中部发生炸裂伴随大量白烟,泄漏电流出现细微下降(差值低于5mA);随着热量的持续累积,竹子根部发生炸裂,泄漏电流值断崖式下降(由800 mA附近降至500 mA附近),产
16、生的现象如图2(c)、(d)所示。阶段阶段 明火蔓延。图4中标识t时刻开始出现明火,其现象如图2(e)所示,电流值保持在750 mA附近。火焰和炭化路径快速向前发展进而贯穿整棵竹子,如图2(f)所示,由于水汽蒸发剧烈使电流值出现短暂下降,但持续放电和炭化路径的发展使电流值总体为上升趋势,最后即将贯穿时刻对应的电流升至2.447 A。2.2等效阻抗特征分析树线放电故障发展到明火阶段,存在引燃周围植被的风险,伴随燃烧颗粒物掉落,也可能引燃地面枯落物,蔓延导致发生山火。等效阻抗是影响泄漏电流发生变化的根本原因,本文针对竹子等效阻抗动态变化,依据树线放电引燃4个阶段进行分析,得出等效阻抗动态变化如图5
17、所示。阶段阶段 阻抗急剧降低。泄漏电流热效应导致竹子的温度持续上升,此时阻抗值急剧下降,在110 s内,由82.23 k下降至29.75 k,平均下降速率为477/s。阶段阶段 阻抗快速降低。水汽蒸发会使阻抗值升高,但由于温度升高及竹子表面开始炭化对阻抗值降低的影响更大。竹子的等效阻抗值总体快速下降,在75 s内,由29.75 k下降至7.39 k,平均下降速率为298/s。阶段阶段 阻抗缓慢变化。水汽蒸发、温度和炭化路径对竹子等效阻抗值的影响相互持平,变化趋于水平,但由于温度较高,竹子内部压强增大,发生炸裂,水汽突然大量喷出,阻抗值出现短暂上升,再次逐渐稳至6 k左右。阶段阶段 阻抗持续降低
18、。由于温度升高、水汽剧烈蒸发、炭化路径持续发展及电弧对植被导电性均有影响,进而影响等效阻抗值,但影响程度时刻在变化,所以阻抗值存在起伏;蒸发的影响逐渐减图 2引燃全过程实景Fig.2Whole ignition process in real life(e)明火产生(f)蔓延贯穿(d)竹线炸裂图 3引燃过程的 A 相电压Fig.3Phase-A voltage in ignition process5.85.75.65.55.4A相电压/kV时间/s503500100150200250300(b)火星出现(c)水汽喷射(a)竹线搭接图 4引燃过程的泄漏电流Fig.4Leakage curren
19、t in ignition process2.52.01.51.00.50泄漏电流/A时间/s5035001001502000.070 12503002.4472.0830.759 90.758 40.172 3图 5引燃过程的等效阻抗Fig.5Equivalent impedance in ignition process100806040200电阻值/k时间/s503500100150200625030082.2329.757.39电 力 系 统 及 其 自 动 化 学 报140第 7 期弱,电弧促进炭化通道的发展,炭化使竹子的导电率显著提升,也是阻抗变化总体呈现下降趋势的主要原因,到贯穿
20、时刻等效阻抗值下降至5 k左右。2.3引燃时间特征分析植被引燃时间是树线放电过程中极为重要的特征参数,决定故障切除的响应时间裕度。依据已有文献和试验现象,重点针对外部电压和内部植被含水率两大影响因素进行研究,探究电压和植被含水率对导线触树接地故障引燃时间的影响规律。(1)不同电压下引燃时间变化。试验保持除电压以外的其他条件基本不变,选取2.7 kV、3.0 kV、3.5 kV、4.0 kV、4.5 kV、5.0 kV、5.5 kV、5.8 kV、6.5 kV和7.0 kV这 10组不同的电压,对最极端的试验结果(引燃时间最短)进行对比分析。多次重复试验验证得到电压低于2.7 kV之后,无论搭接
21、时间多长,均不会引燃竹子。因此对2.7 kV及以上电压进行分析,试验结果如图6所示。由图6可知,随着电压升高,引燃时间锐减至194 s,仅为最长引燃试验的3.7%。(2)不同含水率下引燃时间的变化。以含水率在50%200%范围内的10组试验数据进行对比分析,其结果如图7所示。由图7可以看出,含水率与引燃时间呈负相关,含水率的升高使引燃时间锐减至最长时间的16%。依据GB/T 19312009木材含水率测定方法,采用绝对含水率来衡量植被含水率的大小,其通用计算公式为17W=m1-m0m0100%(1)式中:m1为试样湿重;m0为试样绝对干重;W为绝对含水率。(3)作用效果对比分析。上述分析表明电
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 配电 线路 单相 接地 故障 特征 分析
1、咨信平台为文档C2C交易模式,即用户上传的文档直接被用户下载,收益归上传人(含作者)所有;本站仅是提供信息存储空间和展示预览,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对上载内容不做任何修改或编辑。所展示的作品文档包括内容和图片全部来源于网络用户和作者上传投稿,我们不确定上传用户享有完全著作权,根据《信息网络传播权保护条例》,如果侵犯了您的版权、权益或隐私,请联系我们,核实后会尽快下架及时删除,并可随时和客服了解处理情况,尊重保护知识产权我们共同努力。
2、文档的总页数、文档格式和文档大小以系统显示为准(内容中显示的页数不一定正确),网站客服只以系统显示的页数、文件格式、文档大小作为仲裁依据,平台无法对文档的真实性、完整性、权威性、准确性、专业性及其观点立场做任何保证或承诺,下载前须认真查看,确认无误后再购买,务必慎重购买;若有违法违纪将进行移交司法处理,若涉侵权平台将进行基本处罚并下架。
3、本站所有内容均由用户上传,付费前请自行鉴别,如您付费,意味着您已接受本站规则且自行承担风险,本站不进行额外附加服务,虚拟产品一经售出概不退款(未进行购买下载可退充值款),文档一经付费(服务费)、不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
4、如你看到网页展示的文档有www.zixin.com.cn水印,是因预览和防盗链等技术需要对页面进行转换压缩成图而已,我们并不对上传的文档进行任何编辑或修改,文档下载后都不会有水印标识(原文档上传前个别存留的除外),下载后原文更清晰;试题试卷类文档,如果标题没有明确说明有答案则都视为没有答案,请知晓;PPT和DOC文档可被视为“模板”,允许上传人保留章节、目录结构的情况下删减部份的内容;PDF文档不管是原文档转换或图片扫描而得,本站不作要求视为允许,下载前自行私信或留言给上传者【自信****多点】。
5、本文档所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权,请谨慎使用;网站提供的党政主题相关内容(国旗、国徽、党徽--等)目的在于配合国家政策宣传,仅限个人学习分享使用,禁止用于任何广告和商用目的。
6、文档遇到问题,请及时私信或留言给本站上传会员【自信****多点】,需本站解决可联系【 微信客服】、【 QQ客服】,若有其他问题请点击或扫码反馈【 服务填表】;文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“【 版权申诉】”(推荐),意见反馈和侵权处理邮箱:1219186828@qq.com;也可以拔打客服电话:4008-655-100;投诉/维权电话:4009-655-100。