DOC《基于组合Mayr和Cassie电弧模型的弧光接地故障仿真及分析*》

基于组合Mayr和Cassie电弧模型的弧光接地故障仿真及分析* 杨明波1,龙毅2,樊三军1,马格土2 (1.

贵州电网有限责任公司贵阳供电局,贵阳 550004;

2. 输配电装备及系统安全与新技术国家重点实验室(重庆大学),重庆 400044) 摘要:弧光接地故障在配电网中发生的概率较大,其动态特性对于检测电弧故障起着十分重要的作用.Mayr、Cassie模型是研究电弧接地故障两种经典模型,适用于描述电弧不同的物理特性.文中以电弧电流为变量建立过渡函数,构造了一种Mayr-Cassie组合模型,该模型综合考虑了电弧对流散热和径向传导散热.在PSCAD/EMTP平台上搭建了单相电弧接地故障模型,分析了电弧电压、电流、电阻的动态特征,并进一步将该模型用于10 kV配电网故障分析中,结果表明该模型可准确反映电弧特性. 关键词:Mayr模型;

Cassie模型;

过渡函数;

动态特征 中图分类号:TM743 文献标识码:B 文章编号: Simulation and analysis of arc grounding fault based on combined Mayr and Cassie arc models Yang Mingbo1, Long Yi2, Fan San-Jun1, Ma Getu2 (1. Guiyang Power Supply Bureau, Guizhou Power Grid Co., Ltd., Guiyang Power Supply Bureau, Guiyang 550004, China. 2. State Key Laboratory of Power Transmission Equipment &

System Security and New Technology, Chongqing University, Chongqing 400044, China) Abstract: The arc grounding fault in the distribution network is highly possible, and the dynamic characteristics of which play an important role in detecting arc faults. The Mayr and Cassie models are two classical models in the study of arc grounding faults in distribution networks, which are suitable for describing different physical properties of arc. In this paper, the transition function is established by using the arc current as a variable, and a Mayr-Cassie combinatorial model is constructed. The model considers both arc convection heat dissipation and radial conduction heat dissipation. The single-phase arcing grounding fault model is built on the PSCAD / EMTP platform. The dynamic characteristics of arc voltage, current and resistance are analyzed. The model is further used in the fault analysis of a specific 10kV distribution network. The results show that the model can accurately reflect arc characteristics. Keywords: Mayr model, Cassie model, transition function, dynamic characteristics

0 引言随着城市化建设的发展,其配电系统已十分庞大且复杂.间歇性弧光接地故障作为配电网中常见的故障形式,对城市配电系统安全稳定运行提出了考验.为了能够及时检测相应的故障,有必要研究电弧的动态特征.而在实际配电系统中模拟电弧特性存在着安全性、重复性等问题[1].因此,建立合理的电弧故障仿真模型十分必要. 关于弧光接地故障的建模研究最早以高压电器绝缘领域的Cassie模型[2]和Mayr模型[3]为代表.后续科研人员在此基础上进一步地简化模型或实用性推导,提出了Browne模型[4],Urbanek模型[5],对数电弧模型[6]等.对于电弧性接地故障来说,电弧电阻的变化范围要跨过低阻区和高阻区[7],而Cassie模型适合描述电弧电阻高阻区特性,Mayr模型适合描述电弧电阻低阻区特性,均具有片面性,无法完整描述电弧性接地现象.因此,有学者将2种常用电弧模型在结构上进行整合,构建了Mayr-Cassie组合电弧模型以期取得良好的仿真效果,但该组合模型中Mayr模型和Cassie模型对电弧电阻贡献比例固定且均为50%[8].文献[9]根据静态电弧伏安特性的经验公式模拟了弧光接地故障特性,该方法本质上是根据电弧长度分段拟合电弧静态特性,依赖经验公式参数的合理性和准确性. 在借鉴国内外有关配电网系统中单相弧光接地过电压建模等研究成果的基础上,本文在经典的Mayr和Cassie电弧故障数学模型的基础上,以电弧电流为变量建立过渡函数,构造了一种Mayr-Cassie组合模型,合理地解决了该组合模型的动态分配问题.基于PSCAD/EMTP平台搭建了弧光接地故障模型,研究分析了电弧的动态特性,仿真结果验证了模型的正确性.