CN106353642A - 基于消弧线圈接入控制短时异态信号的小电流接地选线和调谐方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了基于消弧线圈接入控制短时异态信号的小电流接地选线和调谐方法，包括以下步骤：(1)消弧线圈接入控制短时异态下的信号提取及接地选线；(2)优先接地故障选线的消弧线圈随调式调谐；(3)将消弧线圈投入运行并补偿故障点的电容电流，熄灭电弧；所述步骤(1)中，消弧线圈不接入电力系统中，在电力系统发生单相接地故障时，选线及调谐装置快速采集并分析电力系统的电压及电流信号，准确选择接地故障线路；所述步骤(2)中，预先计算出系统各条线路的额定零序电容电流I_Cn0N，并存入指定的数据库,故障后利用采集分析所得的数据，结合选线结果和数据库中的数据计算出线路总的额定零序电容电流I_C∑0N,以I_C∑0N和合理的调谐系数为依据计算出消弧线圈的调谐工作点,然后将消弧线圈正确调谐。

Description

基于消弧线圈接入控制短时异态信号的小电流接地选线和调 谐方法

技术领域

本发明属于电力系统自动化技术领域，是一种电力系统控制和故障检测技术，适用于解决中性点经消弧线圈接地的小电流接地电力系统的接地故障选线和消弧线圈的调谐问题，具体涉及基于消弧线圈接入控制短时异态信号的小电流接地选线和调谐方法。

背景技术

我国的配电系统主要采用中性点不接地或经消弧线圈接地的小电流接地运行方式。城市35kV及以下配电网主要采用中性点经消弧线圈接地的方式。小电流接地方式的最大优点是当系统发生单相接地故障时，故障电流较小，不必立即跳闸，系统供电仍能保证线电压的对称性，不影响连续供电。规程规定，这种情况可以继续运行1～2h，在找到故障线路并采取必要的负载转供措施之后将接地故障线路切除。

上世纪80年代至今人们已提出了各种小电流接地选线方法，生产出了各种选线装置并得到广泛应用，然而，长期的、大量的实践应用，以及长期的系统性调研都证明，消弧线圈接地系统的小电流接地选线准确率是无法令人满意的。按照规程要求，消弧线圈接地系统基本上全部配备了相应的选线装置，但实际上并未真正投入使用的现象普遍存在，仍然不得不逐路进行人工拉闸断电的方法以确定接地故障线路。而中性点不接地(中性点绝缘)系统的小电流接地选线准确率是令人满意的。

中性点经消弧线圈接地的电力系统，当发生单相接地时，基波零序信号没有可被用于选线的特征，只能采用零序谐波信号或时域暂态信号进行选线。谐波含量较小，且不稳定，因而经互感器等信号传送通道及A/D变换后其幅值及相位的准确性很难保证。当然就难以保证选线的准确性了。

发生接地后系统的暂态信号与接地发生起始时刻接地相电压的相位(电压的初始相位)有着直接关系，不同的电压初始相位会导致暂态信号的起始值变化很大。很多时候暂态信号很小甚至为零，于是装置采样后算出的暂态信号的误差就很大。因此，基于暂态信号的选线准确率也难以得到保证。

近年来，国内对于单相接地故障选线方法的研究按照选线原理的不同分为以下几类：利用稳态信号实现选线的方法；利用接地故障暂态信号实现选线的方法；注入信号寻迹法；附加电阻法；消弧线圈投切电流增量法。这些方法基于不同的原理在复杂的电力系统故障工况下进行选线时表现出各自的优势与不足。其中

一.利用稳态信号实现选线的方法,包括

基于零序电流基波的选线方法，基于零序谐波电流分量的选线方法，零序电流有功分量法，负序电流法和零序导纳法。

1.基于零序电流基波的选线方法,包括

(1)零序电流比幅法

中性点不接地系统单相接地短路时，流过故障元件的零序电流在数值上等于所有非故障元件对地电容电流之和,即故障线路上的零序电流最大,所以只要通过零序电流幅值大小的比较就可以找出故障线路。但这种方法不能排除电流互感器(CT)不平衡的影响，以及受线路长短、系统运行方式及过渡电阻大小的影响使得零序电流幅值过小而难以检测与比幅。

(2)零序电流相对相位法

中性点不接地系统中故障线路与非故障线路的零序电流分别为从线路流向母线和从母线流向线路，所以只要比较零序电流方向就可找出故障线路。当存在很短的线路或线路长短悬殊很大时，会产生“时针效应”,相位判断困难，易引起误判且该方法对中性点经消弧线圈接地系统失效。

(3)群体比幅比相法

其原理是先进行零序电流幅值比较，选出几个幅值较大者作为候选(希望通过选大来避免“时针效应”，但实际上不能完全避免)，在此基础上进行相位比较，选出相位与其它相位相反的电流对应的线路，即为故障线路。该方法基本解决了前两种方法存在的问题。

2.基于零序谐波电流分量的选线方法，包括

(1)谐波电流方向法

随着谐波次数的增加，感抗增大而容抗减小，总能找到一个M使故障线路对M次谐波电流呈感性，从而故障线路与非故障线路的M次谐波电流方向相反，同时所有大于M次谐波的电流均满足这一关系。此法受CT不平衡电流或负荷中M次谐波分量的影响，且谐波次数越高其相对误差越大，选线精度越低。

(2)五次谐波分量法

由于谐波电流方向原理所使用的高次谐波分量较小，易受干扰，实际运行中多使用五次谐波分量法。从过渡电阻的非线性可知故障点本身就是一个谐波源(金属性接地是经电阻接地发展而来的)，且以基波和奇次谐波为主，而工程实践与理论上都证明系统中的五次谐波含量相对较大，所以使用五次谐波分量为宜。由于零序电流五次谐波分量在谐振接地系统中有着与中性点不接地系统中零序电流基波相同的特点，再利用前述原理(如群体比幅比相法)即可解决中性点经消弧线圈接地系统的选线问题。但负荷中的五次谐波源、CT不平衡电流和过渡电阻大小均会影响选线精度。

3.零序电流有功分量法

零序电流有功分量是根据线路存在对地电导以及消弧线圈存在电阻损耗，故障电流中含有有功分量，非故障线路和消弧线圈的有功电流方向相同且都经过故障点返回，因此，故障线路有功分量比非故障线路大且方向相反。根据这一特点，可选出故障线路。在设计具体的选线装置时，可利用零序电压与零序电流计算并比较各线路零序有功功率的大小与方向来确定故障线路。有功分量法的优点是不受消弧线圈的影响，但由于故障电流中有功分量非常小并且受线路三相参数不平衡的影响，检测灵敏度低，可靠性得不到保障。

4.负序电流法

因为小电流接地故障的负序电流具有与零序电流相同的分布特征，所以负序电流法也可以通过比较各线路负序电流的大小与方向选择故障线路。由于负序电源阻抗比较小，故障线路负序电流绝大部分流入了电源回路，使得非故障线路的负序电流比较小，有利于接地选线。但正常运行时线路中也会存在较大的负序电流，并且负序电流的获取远不如零序电流来得简单、准确，所以负序电流法的实际应用效果并不比零序电流法好。

5.零序导纳法

小电流接地系统的零序网络可以等效为一空载均匀传输线，一般可以忽略线路的阻抗，零序电流主要为对地电容电流和电导泄漏电流。零序导纳法通过在馈线端口测量零序电流与电压来获得故障时各条线路的零序导纳，根据故障线路的零序导纳分布在直角坐标系的第二和第三象限、正常线路的零序导纳分布在第一象限的这一特点来选择故障线路，该算法具有较好的准确性和适应性，但是对于间歇瞬时性接地故障几乎失效。

二.利用接地故障暂态过程实现选线的方法，包括

1.首半波法

首半波原理是基于接地故障发生在相电压接近最大值瞬间这一假设，此时故障相电容电荷通过故障相线路向故障点放电，故障线路分布电容和分布电感具有衰减振荡特性，该电流不经过消弧线圈，所以暂态电感电流的最大值相应于接地故障发生在相电压经过零瞬间，而故障发生在相电压接近于最大值的瞬间时，暂态电感电流为零。此时的暂态电容电流比暂态电感电流大得多，不论是中性点不接地系统还是中性点经消弧线圈接地系统，故障发生瞬间的暂态过程近似相同。利用故障线路暂态零序电流和电压首半波的幅值和方向均与非故障线路不同的特点，即可实现选线。但故障发生在相电压过零值附近时，首半波电流的暂态分量值很小，再加上过渡电阻的影响，易引起方向误判。

2.基于小波分析的选线方法

单相接地时，故障电压和电流的暂态过程持续时间短并含有丰富的特征量，而稳态时数值较小，因此在接地故障检测中选用一种适合分析其暂态分量的新理论将有利于故障选线。小波分析可对信号进行精确分析，特别是对暂态突变信号和微弱信号的变化较敏感，能可靠地提取出故障特征。根据小波变换的模极大值理论可知，出现故障和噪声会导致信号奇异，而小波变换的模极大值点对应着采样数据的奇异点，由于噪声的模极大值随着尺度的增加而衰减，所以经过适当的尺度分解后即可忽略噪声影响而得到较理想的暂态短路信号。小波变换是把一个信号分解成不同尺度和位置的小波之和，利用合适的小波和小波基对暂态零序电流的特征分量进行小波变换后，易看出故障线路的暂态零序电流特征分量的幅值包络线高于非故障线路，且其特征分量的相位也与非故障线路相反，这样就能构造出利用暂态信号的选线判据。但电力系统的实际运行是复杂多变的，可能出现暂态分量小于稳态分量的情况，这时就应对母线零序电压和各出线零序电流进行基波的小波系数提取，然后类似地构造选线判据。

3.基于人工智能的选线技术

神经网络和模糊理论是人工智能技术中比较成熟的技术，神经网络可以根据电气量与故障间的映射做出判断。而模糊控制则根据输入信号利用一些常规的判据得到选线结果，根据模糊理论得到隶属函数，最后对选线结果信息做出融合得到最后选线结果。这些方法虽充分利用了现代人工智能方面的技术，但仅在信号处理层次上做出了努力，没有深入分析信号的本质特征，实际应用效果还有待检验。

三.注入信号寻迹法

注入信号寻迹法简称注入信号法，在发生接地故障后，通过三相电压互感器(PT)的中性点向接地线路注入特定频率(225Hz)的电流信号，注入信号会沿着故障线路经接地点注入大地，用信号探测器检测每一条线路，有注入信号流过的线路被选为故障线路。该方法的优点是不受消弧线圈的影响，不要求装设零序电流互感器(CT)，并且用探测器沿故障线路探测还可以确定架空线路故障点的位置。其缺点是需要安装信号注入设备。对于谐振接地电网来说，注入法选线正确率远高于前面介绍的几种方法，但从实际运行结果来看，还有相当一部分故障情况下不能正确选线，主要原因是注入信号能量受PT的限制而不能太高；同时，在接地电阻较大时，健康线路分布电容会对注入信号分流从而干扰正确选线。此外，对间歇性接地来说，注入的信号变化不连续也会影响正确选线。

四.附加电阻法

在系统发生单相接地后，先通过装设于各线路的零序电流互感器采集各线路的零序电流，然后令并联电阻投入运行，再次采集各线路的零序电流。将两次采集的数据作比较，求出各线路零序电流的变化量，其中最大者即为接地线路，因为并联电阻投入后产生的有功电流仅流过接地点，使接地线路零序电流明显增加，而其他线路零序电流基本不变。这样做带来的问题是使接地电流增大，加大对故障点绝缘的破坏，很可能导致事故扩大，且对电缆线路来说，这一问题更为突出。同时，此方法提高了系统运行维护的成本，需要増加并联电阻、电阻投切装置、控制回路、保护回路等设备,安装维护比较复杂。

五.消弧线圈投切电流增量法

以配电网中性点位移电压作为特征量对配电网单相接地故障进行识别，如果发生接地故障，消弧线圈对故障点的接地电流进行补偿以减小接地电流、熄灭接地弧光；通过断开中性点与消弧线圈之间的开关装置使消弧线圈短时退出运行；通过分析消弧线圈退出前后各条线路零序电流的变化值选出单相接地故障线路；选出故障线路后再次投入消弧线圈，保证消弧线圈发挥补偿效果。此方法对消弧线圈进行了断开与投入两次操作，以消弧线圈退出前后故障线路零序电流变化值非0为选线依据，而随着过渡电阻的增大，零序电流变化量将急剧减小，故障线路与非故障线路在零序电流变化量上的差别也将减小。实际上非故障线路零序电流的变化值并不为0，且当补偿电流不规范时，故障线路零序电流的变化不一定符合其判据，所以此方法可能会误选。

有许多装置采用了综合选线法，同时采用多种方法选线，综合判断，从原理上可互相弥补，保证选线的准确性，但实践证明，这样的选线方案也不可靠。

发明专利201110195040.2设计了一种选线方法，在接地故障存续期间，人为控制退出消弧线圈，然后再将其投入，该方法认为消弧线圈退出前后只有发生接地故障的线路的零序电流有变化，并以此为依据选出故障电路。实际上，当工程中消弧线圈的补偿度不理想时，接地线路的零序电流增量不一定最大，并且因为接地点总有过渡电阻，非故障线路的零序电流也存在着变化。所以这种方法在选线原理上也有较大的缺陷。

中性点不接地的电力系统，当发生单相接地时，其基波零序信号特征明显，相互关联关系简单而稳定，据此制定选线原理并用于选线装置，选线的准确率能够令人满意。

近几十年以来，本发明人一直关注着该技术领域的科研与实践状况，也有相应的研究成果得到应用。基于发明人的实践经验和现场走访以及最近进行的全国性调研，经过深入的研究，提出本发明，从工程上真正解决我国中性点经消弧线圈接地配电网小电流接地选线不准确的现状。

发明内容

在遍历各种方法与思路之后，本发明的思路是“谐振接地电力系统即中性点经消弧线圈接地的电力系统在正常运行状态下其消弧线圈与中性点保持断开的状态，以保证系统中发生单相接地故障之初该系统的中性点不接地，小电流接地选线及消弧线圈调谐装置(简称“选线及调谐装置”)尽快采集此状态下系统的电信号，并用于生成后续准确的接地选线及系统线路总的额定零序电容电流计算结果，当按照计算所得的系统线路总的额定零序电容电流将消弧线圈容量调整完成后，闭合消弧线圈与系统中性点之间的开关装置，将消弧线圈接入系统，补偿故障点的电容电流，达到消弧的目的。按照接地选线结果将接地故障线路从母线上断开，然后再断开消弧线圈与系统中性点之间的连接”。

本发明的技术方案是基于消弧线圈接入控制短时异态信号的小电流接地选线和调谐方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)消弧线圈接入控制短时异态下的信号提取及接地选线；

(2)优先接地故障选线的消弧线圈随调式调谐；

(3)将消弧线圈投入运行并补偿故障点的电容电流，熄灭电弧；

所述步骤(1)中，消弧线圈不接入电力系统中，在电力系统发生单相接地故障时，选线及调谐装置快速采集并分析电力系统的电压及电流信号，准确选择接地故障线路；

所述步骤(2)中，预先计算出系统各条线路的额定零序电容电流I_Cn0N，并存入指定的数据库,故障后利用采集分析所得的数据，结合选线结果和数据库中的数据计算出线路总的额定零序电容电流I_C∑0N,以I_C∑0N和合理的调谐系数为依据计算出消弧线圈的调谐工作点,然后将消弧线圈正确调谐。

进一步，所述步骤(1)中在中性点与消弧线圈之间串联一个开关K,开关K在系统正常运行时处于断开状态。

进一步，所述步骤(1)中采用电力系统中性点的位移电压或母线电压互感器测出的零序电压作为特征量，在线连续监测该特征量以判断是否发生单相接地故障。

进一步，所述步骤(2)中线路总的额定零序电容电流I_C∑0N通过公式(b)计算：

$I_{C\mathrm{\Σ}0N}=I_{C\mathrm{\Σ}0}\·\frac{100}{U_0}=I_n\·\frac{100}{U_0}+(I_{Cn1}^{\′}+I_{Cn2}^{\′})\·\frac{100}{U_0}=I_n\·\frac{100}{U_0}+I_{Cn0N}---\left(b\right)$

其中I_Cn0N通过查找数据库得到；I_n，U₀为采集分析所得的实时数据。

进一步，所述步骤(3)中补偿故障点的电容电流，对于全补偿方式，消弧线圈提供的额定电感电流I_LN应满足I_LN＝3I_C∑0N；对于非全补偿，应根据要求的调谐系数对I_LN进行调整，进而计算出消弧线圈的调谐工作点；接地故障线路从母线断开后，恢复系统中性点与消弧线圈之间的开关至断开状态。

本发明的技术方法有两个要点：消弧线圈接入控制短时异态下的信号提取及接地故障选线方法；优先接地故障选线的消弧线圈随调式调谐方法。下面将对上述两点分别进行说明。

1消弧线圈接入控制短时异态下的信号提取及接地故障选线步骤

图1所示为中性点经消弧线圈接地电力系统结构及单相接地故障示意图。

电力系统中消弧线圈传统的运行方式是，无论系统中有无接地故障发生，开关K始终保持闭合状态，消弧线圈X_p保持在合适的调谐状态，当线路上发生单相接地故障时，能立即向接地点d提供合适的补偿电流，使得接地点d的接地电流很小，从而使接地电弧自行熄灭。

按照本发明的设计，该电力系统中消弧线圈的运行方式是，当系统正常运行时开关K并不闭合，而是一直保持在断开状态，即消弧线圈不接入到电力系统中，这样，对于正常运行的电力系统并无影响。采用电力系统中性点的位移电压或母线电压互感器测出的零序电压作为特征量，在线连续监测该特征量以判断是否发生单相接地故障。从系统发生单相接地故障开始起的短时间段内开关K仍保持断开状态，使消弧线圈仍然处于未接入电力系统的状态，此时消弧线圈并未进行消弧，但此状态保持的时间极短，本发明称之为“短时异态”。选线及调谐装置快速采集电力系统在“短时异态”中的电压及电流信号，提取并分析电压和电流的信号特征，准确选择出接地故障线路，同时，将消弧线圈正确调谐后，再将开关K闭合，使消弧线圈投入运行，补偿接地点的电容电流，熄灭电弧。

“短时异态”下的电力系统处于中性点不接地运行方式，此时系统中的零序基波信号量大、稳定、故障特征明确，因而可以保证接地故障线路选择的可靠性与准确性。

2优先接地故障选线的消弧线圈随调式调谐步骤

一般的消弧线圈随调方式是消弧线圈永久性连接在电力系统的中性点上，即图1中的K是永久闭合的，当系统正常运行时消弧线圈并不准确调谐，当系统中发生单相接地故障后快速将消弧线圈准确调谐。

本发明采用的消弧线圈随调方式是，当系统正常运行时开关K并不闭合，而是一直保持断开状态，即消弧线圈不接入到系统中，这样，对于正常运行的电力系统并无影响。采用电力系统中性点的位移电压或母线电压互感器测出的零序电压作为特征量，在线连续监测该特征量以判断是否发生单相接地故障。从系统发生单相接地故障开始起的短时间段内开关K仍保持断开状态，使消弧线圈仍然处于未接入电力系统的状态，此时消弧线圈并未进行消弧，但此状态保持的时间极短，本发明称之为“短时异态”。选线及调谐装置快速采集电力系统在“短时异态”中的电压及电流信号，计算出系统在此运行方式下线路总的额定零序电容电流I_C∑0N，即当发生金属性接地时(此时图中R_d＝0)系统中线路总的零序电容电流，以I_C∑0N和合理的调谐系数为依据计算出消弧线圈的调谐工作点，将消弧线圈正确调谐后再将开关K闭合，使得消弧线圈投入运行并能很好地补偿故障点的电容电流，熄灭电弧。

本发明采用的消弧线圈随调方式的关键问题之一是如何依据短时异态中测得的零序电压及零序电流计算出I_C∑0N。图2展示了第n条线路的A相d点单相接地后短时异态下的零序信号分布，此时开关K断开，消弧线圈不起作用，消弧线圈支路电流为零，在作用下所有电流均为容性，所以下述计算不计它们的相位，采用代数运算。在作用下系统线路零序电容电流的总和的大小与流入接地点的零序电流的大小相等，如式(a)。

$I_{C\mathrm{\Σ}0}=I_{d0}=\left(\underset{i=1}{\overset{n-1}{\mathrm{\Σ}}}{I}_{Ci}^{\′}\right)+(I_{Cn1}^{\′}+I_{Cn2}^{\′})=I_n+(I_{Cn1}^{\′}+I_{Cn2}^{\′})---\left(a\right)$

可将I_C∑0归算至I_C∑0N：

$I_{C\mathrm{\Σ}0N}=I_{C\mathrm{\Σ}0}\·\frac{100}{U_0}=I_n\·\frac{100}{U_0}+(I_{Cn1}^{\′}+I_{Cn2}^{\′})\·\frac{100}{U_0}=I_n\·\frac{100}{U_0}+I_{Cn0N}---\left(b\right)$

式中：I_C∑0为在作用下系统线路零序电容电流的总和；I_d0为短时异态下流入接地点的零序电流；I′_Ci，I′_Cn1，I′_Cn2为在作用下各条非故障线路的零序电容电流及故障线路以接地点为分界的两段线路的零序电容电流；I_n为接地故障线路首端的零序电流；以100为假设发生金属性接地时零序电压互感器二次侧输出电压的伏特值；U₀为短时异态下零序电压互感器二次侧输出电压的伏特值；I_Cn0N是第n条线路的额定零序电容电流。

预先算出系统中各条线路的额定零序电容电流I_Cn0N，并存入指定的数据库中，在利用式(b)计算I_C∑0N之前查表取出相应的I_Cn0N。假设采用全补偿方式时，消弧线圈应该提供的额定电感电流I_LN应满足I_LN＝3I_C∑0N；当要求不是全补偿时，可参照前式并按照补偿度的要求对I_LN做适当调整，进而计算出消弧线圈的调谐工作点。

本发明的有益效果

本发明的消弧线圈接入控制短时异态下的信号提取及接地故障选线方法，创造了一种短时异态运行方式并提取该状态下的电气信号，然后利用中性点不接地系统的单相接地故障选线方法进行接地故障线路选择，故障信号稳定、特征明确，选线结果准确、可靠。本发明提出的优先接地故障选线的消弧线圈随调式方法，利用短时异态下的电气量准确地计算出消弧线圈应提供的补偿电流，从而对其准确调谐，投入后熄灭电弧。

附图说明

图1为中性点经消弧线圈接地电力系统结构及单相接地故障示意图。

其中，为消弧线圈补偿的电感电流；X_P为消弧线圈电抗；C₁，C₂分别为线路1，线路2三相对地电容；C_n1，C_n2分别为故障点前、后段线路的每相对地电容；R_d为过渡电阻；为接地点故障电流。

图2为第n条线路的A相d点单相接地后短时异态下的零序信号分布图。

其中，为短时异态下流入接地点的零序电流；为在作用下非故障线路1,2的零序电容电流；为故障线路以接地点为分界的两段线路的零序电容电流；为接地故障线路首端的零序电流；为短时异态下零序电压互感器二次侧输出电压的伏特值。

图3为实施例中配电系统接线图。

图4为实施例中各条线路首端零序电流信号波形图。

图5为实施例中运用本发明的调谐方法补偿后接地点残流波形图。

具体实施方式

本发明揭示了消弧线圈接入控制短时异态信号的小电流接地选线和调谐方法，具体步骤如下：

(1)在中性点经消弧线圈接地的小电流接地系统中，在中性点与消弧线圈之间串联一个开关K,开关K在系统正常运行时处于断开状态。

(2)采用配电网中性点位移电压或母线电压互感器测出的零序电压作为特征量，正确识别配电网是否发生了单相接地故障。当系统发生单相接地故障时，短时间内仍不投入消弧线圈进行补偿，采用基于消弧线圈接入控制短时异态下的信号提取及接地选线方法进行信号采样以及接地故障选线。

具体的，从系统发生单相接地故障后开始起的短时间段内开关K仍保持断开状态，使消弧线圈仍然处于未接入电力系统的状态，此时消弧线圈并未进行消弧，但此状态保持的时间极短，本发明称之为“短时异态”。选线及调谐装置快速采集电力系统在“短时异态”中的电压及电流信号，提取并分析电压和电流的信号特征，准确选择出接地故障线路。

(3)利用信号采样装置采集的信号，采用优先接地故障选线后的消弧线圈随调式方法先进行系统电容电流的测算。

具体的，首先预先算出系统中各条线路的额定零序电容电流I_Cn0N，并存入指定的数据库中。然后依据式(b)，利用采集分析所得的数据，结合选线结果和数据库中的数据计算得到总的额定零序电容电流I_C∑0N,即当发生金属性接地时(此时图中Rd＝0)系统中线路总的零序电容电流。

$I_{C\mathrm{\Σ}0N}=I_{C\mathrm{\Σ}0}\·\frac{100}{U_0}=I_n\·\frac{100}{U_0}+(I_{Cn1}^{\′}+I_{Cn2}^{\′})\·\frac{100}{U_0}=I_n\·\frac{100}{U_0}+I_{Cn0N}---\left(b\right)$

基于不同配电网络对补偿度的不同要求，假设采用全补偿方式时，消弧线圈应该提供的额定电感电流I_LN应满足I_LN＝3I_C∑0N；当要求不是全补偿时，可参照前式并按照补偿度的要求对I_LN做适当调整，进而计算出消弧线圈的调谐工作点。以I_C∑0N为依据将消弧线圈正确调谐后，再将开关K闭合，使得消弧线圈投入运行并能很好地补偿故障点的电容电流，熄灭电弧。

(4)将接地故障线路从母线断开后，恢复系统中性点与消弧线圈之间的开关K至断开状态。

实施例

下面根据某一具体配电网建立仿真模型作为实例，采用本发明的方法实现单相接地故障选线及消弧线圈的调谐功能。本发明的其它特征、目的和优点也可以从实施例的说明和附图中看出。图3中的10kV配电网有6条线路，将6条线路各自的零序电容电流数据存入数据库中。

在线路4首端模拟单相经电阻接地故障，故障发生于0.025s，接地电阻500Ω。故障后快速采集各条线路首端零序电流信号(图4)，进行信号处理，分析得出各条线路的零序电流幅值与相位情况，选出故障线路。

通过信号处理与数据分析可得，故障线路为第5出线。其基波零序电流幅值为11.5845A，为其余非故障线路基波零序电流幅值的4-6倍；故障线路的基波零序电流相位为-144.9063°，与非故障线路基波零序电流反相。各线路首端零序电流波形如图4所示。

依据公式(b)，对测得的故障线路4首端零序电流进行归算并加上数据库中故障线路(第4出线)的额定零序电容电流数据后可得到I_C∑0N，据此对消弧线圈进行调谐。图5展示了消弧线圈调谐并投入之后接地点的残流波形，可以看出，利用本发明的调谐方式，在0.105s时刻投入消弧线圈后使接地点残流幅值从16A减少至0.6A以下，调谐准确且补偿效果极佳。

综上所述，通过本发明所叙述的方法可以准确地选出故障线路，并对消弧线圈进行准确调谐，再结合选线结果指导现场运行人员准确切除故障线路，达到保障配电网安全稳定运行的目的。本发明按照上述实施例进行了说明、验证，但上述实施例不以任何形式限定本发明，凡采用等同替换或等效变换的形式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.基于消弧线圈接入控制短时异态信号的小电流接地选线和调谐方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)消弧线圈接入控制短时异态下的信号提取及接地选线；

(2)优先接地故障选线的消弧线圈随调式调谐；

(3)将消弧线圈投入运行并补偿故障点的电容电流，熄灭电弧；

所述步骤(1)中，消弧线圈不接入电力系统中，在电力系统发生单相接地故障时，选线及调谐装置快速采集并分析电力系统的电压及电流信号，准确选择接地故障线路；

所述步骤(2)中，预先计算出系统各条线路的额定零序电容电流I_Cn0N，并存入指定的数据库,故障后利用采集分析所得的数据，结合选线结果和数据库中的数据计算出线路总的额定零序电容电流I_C∑0N,以I_C∑0N和合理的调谐系数为依据计算出消弧线圈的调谐工作点,然后将消弧线圈正确调谐。

2.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述步骤(1)中在中性点与消弧线圈之间串联一个开关K,开关K在系统正常运行时处于断开状态。

3.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述步骤(1)中采用电力系统中性点的位移电压或母线电压互感器测出的零序电压作为特征量，在线连续监测该特征量以判断是否发生单相接地故障。

4.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述步骤(2)中线路总的额定零序电容电流I_C∑0N通过公式(b)计算：

$I_{C\mathrm{\Σ}0N}=I_{C\mathrm{\Σ}0}\·\frac{100}{U_0}=I_n\·\frac{100}{U_0}+(I_{Cn1}^{\′}+I_{Cn2}^{\′})\·\frac{100}{U_0}=I_n\·\frac{100}{U_0}+I_{Cn0N}---\left(b\right)$

其中I_Cn0N通过查找数据库得到；I_n，U₀为采集分析所得的实时数据。

5.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述步骤(3)中补偿故障点的电容电流，对于全补偿方式，消弧线圈提供的额定电感电流I_LN应满足I_LN＝3I_C∑0N；对于非全补偿，应根据要求的调谐系数对I_LN进行调整，进而计算出消弧线圈的调谐工作点；接地故障线路从母线断开后，恢复系统中性点与消弧线圈之间的开关至断开状态。