本發(fā)明屬于配電網(wǎng)故障分析，尤其涉及一種單相金屬性接地故障特征分析及建模方法、電子設(shè)備及存儲(chǔ)介質(zhì)。

背景技術(shù)：

1、由于中性點(diǎn)非有效接地方式發(fā)生單相接地故障時(shí)，電網(wǎng)的中性點(diǎn)余地之間的接地阻抗很大，流過(guò)接地點(diǎn)的電流很小，因此被稱為小電流接地系統(tǒng)。配電網(wǎng)單相接地故障占網(wǎng)中故障總數(shù)的80％以上，當(dāng)發(fā)生單相接地故障后系統(tǒng)線電壓依然對(duì)稱，且單相接地故障接地點(diǎn)電流小、電弧能量低、造成的破壞小，因而絕大多數(shù)瞬時(shí)性故障隨著電弧的熄滅可自愈。

2、實(shí)際應(yīng)用中，為減小經(jīng)濟(jì)損失，可不停電帶故障運(yùn)行1～2h。但是，如果電弧長(zhǎng)期不能熄滅，則可能引發(fā)很嚴(yán)重的后果，一是使瞬時(shí)性接地故障發(fā)展為永久性接地故障；二是故障時(shí)，健全相電壓持續(xù)處于過(guò)電壓狀態(tài)，容易導(dǎo)致健全相絕緣擊穿，引發(fā)更嚴(yán)重的兩相接地短路故障，威肋、電力設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)行等。

3、目前，配電網(wǎng)架空線路沒有大量安裝零序電流互感器，因此無(wú)法直接采取零序電流，通過(guò)三相電流互感器輸出合成的零序電流將產(chǎn)生不平衡電流，必然對(duì)采用零序電流進(jìn)行故障分析造成影響，無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)10kv配電網(wǎng)單相接地故障分析，影響配電網(wǎng)的安全性和可靠性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明提供一種10kv配電網(wǎng)單相接地故障特征分析方法，本技術(shù)構(gòu)建了分析框架，可以深入地理解故障特性，為后續(xù)的故障檢測(cè)、定位和保護(hù)設(shè)計(jì)提供堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。

2、方法包括：s101：定義中性點(diǎn)不接地情況下的單相金屬性接地故障穩(wěn)態(tài)分析以及定義中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)單相金屬性接地故障穩(wěn)態(tài)分析；

3、s102：基于暫態(tài)電容電流、暫態(tài)電感電流、暫態(tài)接地電流對(duì)單相金屬性接地故障執(zhí)行暫態(tài)分析；

4、s103：基于matlab仿真軟件對(duì)小電流接地系統(tǒng)進(jìn)行建模，以及對(duì)單相金屬性接地故障進(jìn)行建模及仿真驗(yàn)證；

5、s104：對(duì)小電流接地系統(tǒng)的單相接地故障特性進(jìn)行仿真分析，輸出分析結(jié)果信息。

6、進(jìn)一步需要說(shuō)明的是，步驟s101還包括：若配電網(wǎng)a相發(fā)生接地故障時(shí)，配電網(wǎng)中各相對(duì)地電壓表示為：

7、

8、非故障相的電壓升高，根據(jù)對(duì)稱分量法計(jì)算得零序電壓為：

9、

10、b、c兩相分別流入故障點(diǎn)的電流為：

11、

12、非故障相電流之和為接地點(diǎn)電流，即：是配電網(wǎng)正常情況下單相對(duì)地電容電流的3倍。

13、進(jìn)一步需要說(shuō)明的是，步驟s101還包括：當(dāng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，配電網(wǎng)中的三相電壓不再對(duì)稱，配電網(wǎng)中有零序電壓的產(chǎn)生，數(shù)值與故障前相等，但方向相反；

14、由于故障相與大地相連接，配電網(wǎng)中與故障相相同相上的對(duì)地電壓都變?yōu)榱悖枪收舷嗟膶?duì)地電壓升高倍；

15、由于零序電壓的出現(xiàn)，各條線路上都會(huì)產(chǎn)生零序電流，健全線路零序電流大小三相對(duì)地電容電流之和，并且由母線流向線路；故障線路零序電流等于總系統(tǒng)中健全線路零序電流之和，方向相反。

16、進(jìn)一步需要說(shuō)明的是，步驟s101還包括：

17、配電網(wǎng)接地點(diǎn)存在電感電流il，故障點(diǎn)的流回的總電流為：

18、

19、其中：ic∑為全系統(tǒng)總的對(duì)地電容電流之和；

20、il電感電流，則

21、對(duì)于故障線路的零序電流來(lái)講，饋線的零序電流為本身對(duì)地電容電流與經(jīng)過(guò)故障點(diǎn)的殘余電流之差。

22、進(jìn)一步需要說(shuō)明的是，步驟s102在計(jì)算暫態(tài)電容電流時(shí)，將電阻rl與電感l(wèi)所在的支路視為開路，則：

23、

24、當(dāng)時(shí)，回路中的暫態(tài)電容電流具備周期性的衰減特性及震蕩特性；滿足衰減和振蕩周期性的特性，式(2-9)特征方程的根為：

25、

26、其中：自由震蕩分量的衰減系數(shù)；c回路時(shí)間常數(shù)；ωf電容電流暫態(tài)自由震蕩分量角頻率；

27、故障后的暫態(tài)電容電流ic分為暫態(tài)自由振蕩分量ic.os和穩(wěn)態(tài)工頻分量ic.ot，利用t＝0時(shí)ic.os+ic.ot＝0與icm＝umωc的條件關(guān)系，經(jīng)拉普拉斯變換化簡(jiǎn)后得：

28、ic＝ic.os+ic.ot(2-10)

29、當(dāng)故障發(fā)生時(shí)電源電壓初始相位為時(shí)，暫態(tài)電容電流自由振蕩分量ic.os出現(xiàn)最大值；

30、當(dāng)電源電壓電壓初始相位為時(shí)，暫態(tài)電容電流自由振蕩分量ic.os出現(xiàn)最小值。

31、進(jìn)一步需要說(shuō)明的是，步驟s102的暫態(tài)電感電流是根據(jù)kvl得到：

32、

33、其中，w為線圈匝數(shù)，φt為磁鏈；

34、根據(jù)t＝0,ψl＝0初始條件與兩個(gè)關(guān)系，得il的表示為：

35、

36、式中ilm為電感電流值，τl為電感回路時(shí)間常數(shù)。

37、進(jìn)一步需要說(shuō)明的是，步驟s102中的暫態(tài)接地電流定義為暫態(tài)電容電流和暫態(tài)電感電流之和，表達(dá)式為：

38、id＝ic+il(2-13)

39、式(2-13)中第一項(xiàng)表示接地電流的穩(wěn)態(tài)分量，剩余部分是接地電流暫態(tài)分量。

40、本技術(shù)還提供一種單相金屬性接地故障特征分析及建模系統(tǒng)，系統(tǒng)包括：故障穩(wěn)態(tài)分析模塊、電流分析模塊、建模仿真模塊以及接地故障分析模塊；

41、故障穩(wěn)態(tài)分析模塊，用于定義中性點(diǎn)不接地情況下的單相金屬性接地故障穩(wěn)態(tài)分析以及定義中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)單相金屬性接地故障穩(wěn)態(tài)分析；

42、電流分析模塊，基于暫態(tài)電容電流、暫態(tài)電感電流、暫態(tài)接地電流對(duì)單相金屬性接地故障執(zhí)行暫態(tài)分析；

43、建模仿真模塊基于matlab仿真軟件對(duì)小電流接地系統(tǒng)進(jìn)行建模，以及對(duì)單相金屬性接地故障進(jìn)行建模及仿真驗(yàn)證；

44、接地故障分析模塊，用于對(duì)小電流接地系統(tǒng)的單相接地故障特性進(jìn)行仿真分析，輸出分析結(jié)果信息。

45、根據(jù)本技術(shù)的另一個(gè)實(shí)施例，提供了一種電子設(shè)備，包括存儲(chǔ)器、處理器及存儲(chǔ)在所述存儲(chǔ)器上并可在所述處理器上運(yùn)行的計(jì)算機(jī)程序，所述處理器執(zhí)行所述程序時(shí)實(shí)現(xiàn)單相金屬性接地故障特征分析及建模方法的步驟。

46、根據(jù)本技術(shù)的又一個(gè)實(shí)施例，還提供了一種存儲(chǔ)介質(zhì)，其上存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)程序，所述計(jì)算機(jī)程序被處理器執(zhí)行時(shí)實(shí)現(xiàn)單相金屬性接地故障特征分析及建模方法的步驟。

47、從以上技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：

48、本技術(shù)提供的單相金屬性接地故障特征分析及建模方法從小電流接地系統(tǒng)及中性點(diǎn)不接地和經(jīng)消弧線圈接地的單相金屬性接地故障的穩(wěn)態(tài)分析到暫態(tài)分析，本技術(shù)提供了分析框架，可以深入地理解故障特性，為后續(xù)的故障檢測(cè)、定位和保護(hù)設(shè)計(jì)提供堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。

49、本技術(shù)提供的單相金屬性接地故障特征分析及建模方法通過(guò)對(duì)暫態(tài)電容電流、暫態(tài)電感電流及暫態(tài)接地電流的詳細(xì)分析，該方能夠捕捉到故障發(fā)生瞬間的復(fù)雜電氣行為。對(duì)于理解故障初期的電流特征、波形變化等至關(guān)重要，有助于提高故障識(shí)別的準(zhǔn)確性和速度。

50、本技術(shù)還利用matlab仿真軟件進(jìn)行建模和仿真驗(yàn)證，不僅降低了實(shí)驗(yàn)成本，還提高了研究效率。通過(guò)仿真，可以模擬不同條件下的故障情況，對(duì)故障特性進(jìn)行深入研究，為實(shí)際系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和運(yùn)行提供有價(jià)值的參考。matlab仿真平臺(tái)具有高度靈活性和可擴(kuò)展性，可以根據(jù)需要進(jìn)一步修改和完善模型，以適應(yīng)不同場(chǎng)景和需求下的故障分析。

51、本技術(shù)方法的可以直接應(yīng)用于配電網(wǎng)的故障檢測(cè)、定位和保護(hù)裝置的設(shè)計(jì)中，提高配電網(wǎng)的安全性和可靠性。