中性点直接接地电网单相串联铁磁谐振检测与类型辨识

张超; 王宾; 张海; 刘宗杰; 朱海鹏; 袁冰

doi:10.7500/AEPS20220225008

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中性点直接接地电网单相串联铁磁谐振检测与类型辨识

研制与开发 | 更新时间：2025-06-16

- 中性点直接接地电网单相串联铁磁谐振检测与类型辨识
- Detection and Type Identification of Single-phase Series Ferroresonance in Neutral Point Solid Grounding Power Grid
- 电力系统自动化 2022年46卷第19期页码：172-179
- 作者机构：
  
  1.山东理工大学电气与电子工程学院，山东省淄博市 255000
  2.新型电力系统运行与控制全国重点实验室（清华大学），北京市100084
  3.国网山东省电力公司济宁供电公司，山东省济宁市 272000
- 作者简介：
  
  张超(1998—)，男，硕士研究生，主要研究方向：电力系统故障诊断。E-mail：17854118360@163.com
  王宾(1978—)，男，通信作者，博士，副研究员，博士生导师，主要研究方向：电力系统继电保护。E-mail：binw_ee@mail.tsinghua.edu.cn
  张海(1988—)，男，硕士，高级工程师，主要研究方向：电网调度运行控制。E-mail：hunter_zhh@163.com
- 基金信息：
  
  国家自然科学基金资助项目(52077116)
- DOI：10.7500/AEPS20220225008
  中图分类号：
- 收稿日期：2022-02-25，
  
  修回日期：2022-04-28，
  
  网络出版日期：2022-06-30，
  
  纸质出版日期：2022-10-10
- 稿件说明：
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张超,王宾,张海等.中性点直接接地电网单相串联铁磁谐振检测与类型辨识[J].电力系统自动化,2022,46(19):172-179.

ZHANG Chao,WANG Bin,ZHANG Hai,et al.Detection and Type Identification of Single-phase Series Ferroresonance in Neutral Point Solid Grounding Power Grid[J].Automation of Electric Power Systems,2022,46(19):172-179.
张超,王宾,张海等.中性点直接接地电网单相串联铁磁谐振检测与类型辨识[J].电力系统自动化,2022,46(19):172-179. DOI： 10.7500/AEPS20220225008.

ZHANG Chao,WANG Bin,ZHANG Hai,et al.Detection and Type Identification of Single-phase Series Ferroresonance in Neutral Point Solid Grounding Power Grid[J].Automation of Electric Power Systems,2022,46(19):172-179. DOI： 10.7500/AEPS20220225008.

摘要

铁磁谐振表现出来的非线性波形特征是实施有效检测的重要依据，但是由于缺少谐振回路的解析解，难以给出合理的检测阈值；再加上实际系统中还存在与谐振波形特征类似的故障或扰动，比如弧光高阻接地故障，现有的铁磁谐振检测方法准确性不高。对比分析了中性点直接接地系统单相串联铁磁谐振和弧光高阻接地故障模型，通过分段线性化获取了状态方程时域解析解。设计了一种基于相电压频谱和相电流均值包络线特征共同辨识的检测方法，并利用伏安特性进一步辨识弧光高阻接地故障与工频铁磁谐振。最后，仿真和现场录波数据验证了检测算法的有效性。

Abstract

The nonlinear waveform characteristic of ferroresonance is an important basis for effective detection. However

due to the lack of analytical solution of resonance circuit

it is difficult to give a reasonable detection threshold. In addition

there are faults or disturbances similar to the characteristics of resonance waveform in the actual system

such as arc high-impedance grounding fault

and the accuracy of the existing ferroresonance detection methods is not high. In this paper

the single-phase series ferroresonance and arc high-impedance grounding fault models of neutral point solid grounding system are compared and analyzed

and the time-domain analytical solution of the state equation is obtained by piecewise linearization. A detection method based on the common identification of phase voltage spectrum and phase current mean envelope is designed

and the arc high-impedance grounding fault and power frequency ferromagnetic resonance are further identified by using volt-ampere characteristics. Finally

simulation and field recording data verify the effectiveness of the detection algorithm

关键词

Keywords

references

赵晓斌，谢小荣，李岩，等 . 高压直流与含串补交流系统次/超同步铁磁谐振机理与解决措施［J］. 电力自动化设备， 2021 ， 41 （ 7 ）： 160 - 166 .

ZHAO Xiaobin ， XIE Xiaorong ， LI Yan ， et al . Mechanism and counter-measure of sub-/super-synchronous ferromagnetic resonance between HVDC and AC system with series compensation ［J］. Electric Power Automation Equipment ， 2021 ， 41 （ 7 ）： 160 - 166 .

CHEN J W ， CHU E L ， LI Y C ， et al . Faulty feeder identification and fault area localization in resonant grounding system based on wavelet packet and Bayesian classifier ［J］. Journal of Modern Power Systems and Clean Energy ， 2020 ， 8 （ 4 ）： 760 - 767 .

李其莹 . 中性点不接地系统铁磁谐振的并联电路计算模型与诊断方法［J］. 变压器， 2019 ， 56 （ 2 ）： 34 - 38 .

LI Qiying . Parallel circuit calculation model and diagnostic method of ferroresonance for neutral ungrounded system ［J］. Transformer ， 2019 ， 56 （ 2 ）： 34 - 38 .

朱柏寒，陈羽，马金杰 . 基于波前陡度的输电线路单端行波故障测距［J］. 电力系统自动化， 2021 ， 45 （ 9 ）： 130 - 135 .

ZHU Baihan ， CHEN Yu ， MA Jinjie . Wavefront steepness based single-ended traveling wave fault location for transmission lines ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2021 ， 45 （ 9 ）： 130 - 135 .

郝毅，张艳霞 . 基于小波包分频特性的中性点不接地系统铁磁谐振检测［J］. 电网技术， 2006 ， 30 （ 23 ）： 72 - 76 .

HAO Yi ， ZHANG Yanxia . Detection of ferroresonance in neutral non-grounding system based on decomposition characteristic of wavelet packet ［J］. Power System Technology ， 2006 ， 30 （ 23 ）： 72 - 76 .

谢家安，李天云，贺建伟，等 . HHT在铁磁谐振过电压辨识中应用［J］. 电力自动化设备， 2009 ， 29 （ 1 ）： 75 - 78 .

XIE Jiaan ， LI Tianyun ， HE Jianwei ， et al . Application of HHT to ferroresonance over-voltage recognition ［J］. Electric Power Automation Equipment ， 2009 ， 29 （ 1 ）： 75 - 78 .

耿建昭，王宾，董新洲，等 . 中性点有效接地配电网高阻接地故障特征分析及检测［J］. 电力系统自动化， 2013 ， 37 （ 16 ）： 85 - 91 .

GENG Jianzhao ， WANG Bin ， DONG Xinzhou ， et al . Analysis and detection of high impedance grounding fault in neutral point effectively grounding distribution network ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2013 ， 37 （ 16 ）： 85 - 91 .

EMANUEL A E ， CYGANSKI D ， ORR J A ， et al . High impedance fault arcing on sandy soil in 15 kV distribution feeders： contributions to the evaluation of the low frequency spectrum ［J］. IEEE Transactions on Power Delivery ， 1990 ， 5 （ 2 ）： 676 - 686 .

KWON W H ， LEE G W ， PARK Y M ， et al . High impedance fault detection utilizing incremental variance of normalized even order harmonic power ［J］. IEEE Transactions on Power Delivery ， 1991 ， 6 （ 2 ）： 557 - 564 .

WANG Yikai ， YIN Xin ， XU Wen ， et al . Fault line selection in cooperation with multi-mode grounding control for the floating nuclear power plant grid ［J］. Protection and Control of Modern Power Systems ， 2020 ， 5 （ 2 ）： 74 - 83 .

薛永端，李娟，陈筱薷，等 . 谐振接地系统高阻接地故障暂态选线与过渡电阻辨识［J］. 中国电机工程学报， 2017 ， 37 （ 17 ）： 5037 - 5048 .

XUE Yongduan ， LI Juan ， CHEN Xiaoru ， et al . Faulty feeder selection and transition resistance identification of high impedance fault in a resonant grounding system using transient signals ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2017 ， 37 （ 17 ）： 5037 - 5048 .

王宾，崔鑫 . 基于伏安特性动态轨迹的谐振接地系统弧光高阻接地故障检测方法［J］. 中国电机工程学报， 2021 ， 41 （ 20 ）： 6959 - 6968 .

WANG Bin ， CUI Xin . Detection method of arc high resistance grounding fault in resonant grounding system based on dynamic trajectory of volt-ampere characteristic ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2021 ， 41 （ 20 ）： 6959 - 6968 .

韦明杰，张恒旭，石访，等 . 基于谐波能量和波形畸变的配电网弧光接地故障辨识［J］. 电力系统自动化， 2019 ， 43 （ 16 ）： 148 - 154 .

WEI Mingjie ， ZHANG Hengxu ， SHI Fang ， et al . Identification of arcing grounded fault in distribution network based on harmonic energy and waveform distortion ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2019 ， 43 （ 16 ）： 148 - 154 .

王宾，张超，丁心志 . 中性点直接接地系统单相串联铁磁谐振时域解析分析［J］. 中国电机工程学报， 2022 ， 42 （ 6 ）： 2124 - 2133 .

WANG Bin ， ZHANG Chao ， DING Xinzhi . Time domain analytical analysis of single-phase series ferromagnetic resonance in neutral point solid grounding power system ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2022 ， 42 （ 6 ）： 2124 - 2133 .

互感器第102部分：带有电磁式电压互感器的变电站中的铁磁谐振： GB/T 20840.102—2020 ［S］. 北京：中国标准出版社， 2020 .

Instrument transformers—Part 102： ferroresonance oscillationsin substations with inductive voltage transformers ： GB/T 20840.102—2020 ［S］. Beijing ： Standards Press of China ， 2020 .

郭凤仪，高洪鑫，唐爱霞，等 . 局部二值模式直方图匹配的串联故障电弧检测及选线［J］. 电工技术学报， 2020 ， 35 （ 8 ）： 1653 - 1661 .

GUO Fengyi ， GAO Hongxin ， TANG Aixia ， et al . Series arc fault detection and line selection based on local binary pattern histogram matching ［J］. Transactions of China Electrotechnical Society ， 2020 ， 35 （ 8 ）： 1653 - 1661 .

刘健，刘磊，林圣 . 基于波形相似度检测的换相失败预测控制改进方法［J］. 电力系统自动化， 2021 ， 45 （ 10 ）： 132 - 139 .

LIU Jian ， LIU Lei ， LIN Sheng . Improved prediction control method for commutation failure based on waveform similarity detection ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2021 ， 45 （ 10 ）： 132 - 139 .

曹文思，吴擎，徐铭铭，等 . 基于分形理论与聚类分析的小电阻接地系统高阻接地保护方法［J］. 电力自动化设备， 2020 ， 40 （ 4 ）： 204 - 209 .

CAO Wensi ， WU Qing ， XU Mingming ， et al . Protection method based on fractal theory and cluster analysis for grounding fault with high resistance of low resistance grounding system ［J］. Electric Power Automation Equipment ， 2020 ， 40 （ 4 ）： 204 - 209 .

魏科文，张靖，何宇，等 . 基于VMD和相关性聚类的谐振接地系统单相接地故障选线［J］. 电力系统保护与控制， 2021 ， 49 （ 22 ）： 105 - 113 .

WEI Kewen ， ZHANG Jing ， HE Yu ， et al . Single-phase grounding fault line selection in a resonant grounding system based on VMD and correlation clustering ［J］. Power System Protection and Control ， 2021 ， 49 （ 22 ）： 105 - 113 .

张博，鲁铁成，杜晓磊 . 中性点接地系统铁磁谐振非线性动力学分析［J］. 高电压技术， 2007 ， 33 （ 1 ）： 31 - 35 .

ZHANG Bo ， LU Tiecheng ， DU Xiaolei . Nonlinear dynamic analysis of ferroresonance in neutral-grounded power system ［J］. High Voltage Engineering ， 2007 ， 33 （ 1 ）： 31 - 35 .

孙月琴，倪江，王宾，等 . 应用于输电线路单端测距的高阻接地故障电弧模型分析［J］. 电力系统自动化， 2016 ， 40 （ 22 ）： 86 - 92 .

SUN Yueqin ， NI Jiang ， WANG Bin ， et al . Transmission line high-impedance fault modeling analysis for single-end fault location ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2016 ， 40 （ 22 ）： 86 - 92 .

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