CN109728576A - 基于改进的快速转移故障点熄弧的方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了基于改进的快速转移故障点熄弧的方法和系统，包括分析对快速转移故障点熄弧有效性产生影响的因素；根据影响因素获取故障信息，判断故障类型，故障类型包括单相电弧接地故障；在故障类型为单相电弧接地故障的情况下，投入消弧柜，对故障线路首周波零序电流分量做数字滤波，提取工频零序电流，预测下一个周期工频电流过零点；根据下一个周期工频电流过零点的预测值，在下一个工频电流过零时将故障相母线进行金属性接地。本发明无需增加一次设备投资，利用现有的消弧柜及测量装置即可完成，需要装置较少，同时适用于稳定电弧接地和间歇性电弧接地，能够有效提高熄弧的成功率，降低电弧接地的危害，提高配电网的安全性和可靠性。

Description

基于改进的快速转移故障点熄弧的方法和系统

技术领域

本发明涉及电力系统技术领域，尤其是涉及基于改进的快速转移故障点熄弧的方法和系统。

背景技术

在我国中性点采用非有效接地方式的中压配电网中，单相经电弧接地故障的处理一直以来困扰供电运行部门。传统熄弧技术在中性点安装消弧线圈，随着配电网规模的日益增加，接地电流越来越大，由于消弧线圈无法补偿接地电流中的高频分量和有功分量，而且容量受到制造技术限制，其使用范围和熄弧能力受到制约。很多学者为此提出了消弧线圈的改进技术，力图实现全电流补偿，但性价比较低、现场应用较少。很多现场为了解决熄弧问题，将中性点接地方式改为了小电阻接地，发生接地后快速跳闸，但是影响了供电可靠性。

近年来，快速转移故障点熄弧技术作为消弧线圈的一种补充和替代，因其具有较高的性价比得到了越来越多的应用。其思路是线路发生单相电弧接地故障时，将故障相母线快速地金属性接地，从而实现熄灭电弧。但是现场运行发现在长线路重负荷运行状态下，母线接地后接地电弧可能持续燃烧，快速转移故障点熄弧技术不能完全保证原故障点可靠熄弧。

综上所述，现有研究中缺少对快速转移故障点熄弧技术影响因素的分析以及缺少相应的改进方法。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供基于改进的快速转移故障点熄弧的方法和系统，无需增加一次设备投资，利用现有的消弧柜及测量装置即可完成，需要装置较少，同时适用于稳定电弧接地和间歇性电弧接地，能够有效提高熄弧的成功率，降低电弧接地的危害，提高配电网的安全性和可靠性。

第一方面，本发明实施例提供了基于改进的快速转移故障点熄弧的方法，包括：

分析对快速转移故障点熄弧有效性产生影响的影响因素；

根据所述影响因素获取故障信息，并根据所述故障信息判断故障类型，其中，所述故障类型包括单相电弧接地故障；

在所述故障类型为所述单相电弧接地故障的情况下，投入消弧柜，对故障线路首周波零序电流分量做数字滤波，提取工频零序电流，预测下一个周期工频电流过零点；

根据所述下一个周期工频电流过零点的预测值，在下一个工频电流过零时将故障相母线进行金属性接地。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，所述影响因素包括电弧特性、母线接地时刻、线路长度和线路负荷。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，所述单相电弧接地故障包括单相稳定电弧接地故障和单相间歇性电弧接地故障。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中，所述预测下一个周期工频电流过零点包括：

当所述故障类型判定为所述单相电弧接地时，启动零序电流检测装置；

记录故障线路首周波零序电流分量；

对故障线路首周波零序电流分量做数字滤波，提取工频零序电流；

根据提取的工频零序电流预测下一个工频电流过零点时间。

结合第一方面的第三种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第四种可能的实施方式，其中，所述在下一个工频电流过零时将故障相母线金属性接地包括：

获取信号传输与分相电子开关的延迟时间；

将故障相母线金属性接地合闸命令发送时刻确定为所述下一个工频电流过零点时间减去所述延迟时间。

第二方面，本发明实施例提供了基于改进的快速转移故障点熄弧的系统，包括：

分析单元，用于分析对快速转移故障点熄弧有效性产生影响的影响因素；

判断单元，用于根据所述影响因素获取故障信息，并根据所述故障信息判断故障类型，其中，所述故障类型包括单相电弧接地故障；

预测单元，用于在所述故障类型为所述单相电弧接地故障的情况下，投入消弧柜，对故障线路首周波零序电流分量做数字滤波，提取工频零序电流，预测下一个周期工频电流过零点；

操作单元，用于根据所述下一个周期工频电流过零点的预测值，在下一个工频电流过零时将故障相母线进行金属性接地。

本发明提供了基于改进的快速转移故障点熄弧的方法和系统，包括提供影响快速转移故障点熄弧技术的影响因素，分别为电弧特性、母线接地时刻、线路长度、线路负荷；针对母线接地时刻为唯一可控因素，对故障线路首周波零序电流分量做数字滤波，提取工频零序电流，预测下一个周期工频电流过零点；在下一个工频电流过零时将故障相母线金属性接地。本发明在已有快速转移故障点熄弧技术的基础上做出改进，需要装置较少，同时适用于稳定燃烧电弧和间歇性燃烧电弧，能够有效提高熄弧的成功率，降低电弧接地的危害，提高配电网的安全性和可靠性。

本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的基于改进的快速转移故障点熄弧的方法流程图；

图2为本发明实施例提供的中心点不接地配电网示意图；

图3为本发明实施例提供的快速转移熄弧技术硬件结构图；

图4为本发明实施例提供的Mayr电弧模型仿真电路示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

现有技术中缺少能够有效提高快速转移故障点熄弧技术熄弧有效性的方法。基于此，本发明实施例提供的在电弧电流过零点快速短接母线的快速转移故障点熄弧技术改进方法，在已有快速转移故障点熄弧技术的基础上做出改进，需要装置较少，同时适用于稳定燃烧电弧和间歇性燃烧电弧，能够有效提高熄弧的成功率，降低电弧接地的危害，提高配电网的安全性和可靠性。

为便于对本实施例进行理解，首先对本发明实施例所公开的在电弧电流过零点快速短接母线的快速转移故障点熄弧技术改进方法进行详细介绍。

实施例一：

参照图1，基于改进的快速转移故障点熄弧的方法，包括：

步骤S101，分析对快速转移故障点熄弧有效性产生影响的影响因素；

步骤S102，根据影响因素获取故障信息，并根据故障信息判断故障类型，其中，故障类型包括单相电弧接地故障；

步骤S103，在故障类型为单相电弧接地故障的情况下，投入消弧柜，对故障线路首周波零序电流分量做数字滤波，提取工频零序电流，预测下一个周期工频电流过零点；

步骤S104，根据下一个周期工频电流过零点的预测值，在下一个工频电流过零时将故障相母线进行金属性接地。

具体地，影响快速转移故障点熄弧技术有效性的因素包括：电弧特性、母线接地时刻、线路长度和线路负荷。单相电弧接地故障包括：单相稳定电弧接地故障和单相间歇性电弧接地故障。

进一步地，预测下一个周期工频电流过零点包括：

故障类型判定为单相电弧接地时启动零序电流检测装置；

记录故障线路首周波零序电流分量；

对故障线路首周波零序电流分量做数字滤波，提取工频零序电流；

根据提取的工频零序电流预测下一个工频电流过零点T0。

进一步地，在下一个工频电流过零时将故障相母线金属性接地包括：

考虑信号传输与分相电子开关延迟时间TD；

故障相母线金属性接地合闸命令发送时刻为T0-TD。

进一步地，电弧特性对快速转移故障点熄弧技术的影响包括：对于相同的电弧时间常数τm和燃弧耗散功率ploss，弧柱电场强度e和电弧电流i的乘积 的数值越小，越有利于熄弧；

其他条件相同时，时间常数τm越小，越有利于熄弧；

其他条件相同时，耗散功率ploss越大，越有利于熄弧。

进一步地，母线接地时刻对快速转移故障点熄弧技术的影响包括：

相较于其他母线接地时刻，在接地电流过零点附近将故障相母线短接对应的电弧游离作用最小，最利于熄弧。

进一步地，线路长度和负荷电流对快速转移故障点熄弧技术的影响包括：负荷电流越大，线路长度越长，越不利于熄弧。

如图2所示，线路1 的F点处发生故障，10-20ms时间内根据暂态信号选线方法选出故障线路。同时，根据三相工频电压有效值判断故障相。分析零序信号的各次谐波含量和相角、谐波失真率、间谐波含量等因素判断是否为经电弧接地故障。若判断为电弧接地，则对故障线路首周波零序电流分量做数字滤波，提取工频零序电流。弧道电流过零点可近似为故障线路零序电流过零点，预测下一个周期工频电流过零点T0，设信号传输与分相电子开关延迟时间为TD，在T0-TD时刻发合闸指令，故障相母线金属性接地，接地一段时间后断开母线接地，如果故障没有消失，则利用保护设备断开故障线路或者利用馈线自动化设备断开故障区段。

目前，为了弥补消弧线圈不能补偿高频分量及有功分量的不足，快速转移故障点熄弧技术被越来越广泛地应用于中性点非有效接地的配电网中。本发明实施例提出在电弧电流过零点快速短接母线的改进方法，利用电弧电流过零点弧隙游离作用最弱时将相母线接地的策略。本发明实施例具有如下优点：（1）无需增加一次设备投资，利用现有的消弧柜即可完成熄弧；（2）同时适用于单相稳定电弧接地和单相间歇性电弧接地；（3）在电弧电流过零点将故障相母线接地，有效地提高了快速转移故障点熄弧技术的成功率，提高配电网的安全性。理论分析和仿真实验证明了本文所提出的改进方法的准确性和有效性。

根据图2和图3，EMTP软件对图2所示网络进行仿真分析。采用EMTP软件构建了10kV中性点不接地系统中单相电弧接地故障模型。设定线路1单回线长度为20km，距离母线出口处10km处发生A相经电弧接地故障。线路1负荷单相等效电阻60 ，等效电感0.001mH，等效电容0μF。线路为电缆1:1混合线路。

采用EMTP软件中TACS模块的TACS控电阻、数值积分元件、综合数学元件等，实现了Mayr电弧模型，见图4。通过EMTP_OUT指针采集弧道电流和弧道电压，发送给积分元件和指数元件，利用公式（1）：

（1）

计算弧道阻抗后传回T控电阻。通过逻辑模块与T控开关实现电弧的间歇性，预估弧道电流工频分量过零点的范围，在范围内弧道电流小于0.1A时电弧熄灭。接地点相电压大于6kV时电弧重燃，并通过计时器保证不在同一个周波中出现多次电弧燃烧熄灭。电弧时间常数7×10-4s，耗散功率600W。

（1）单相稳定电弧接地仿真

仿真系统线路1产生单相稳定电弧接地故障，电弧在相电压最大值时刻（0.105s）燃烧。采用“首半波”法选线，可快速确定故障线路为线路1。对线路1零序电流的首周波数据做数字滤波，提取零序电流工频分量，并计算下一个工频电流过零点时刻为0.1396s，整个过程可在一个周波时间内完成。过零点时刻母线金属性接地的仿真结果显示，母线接地后故障点电压大幅降低，弧道电流为0，电弧熄灭。保持电弧参数、线路参数、负荷参数、燃弧时间等条件不变，若随机时刻将母线接地，设接地时间为0.137s。此种情况下的仿真结果显示，母线接地后故障点电压虽然大幅降低，但弧道电流幅值明显增加，电弧持续燃烧。

（2）单相间歇性电弧接地仿真

对于间歇性电弧，设相电压最大值时刻（0.105s）电弧燃烧，在第一个工频电流过零点（0.115s）熄灭，并在下一个周期相电压最大值时刻重燃，以此类推，经过三次熄灭三次重燃。仿真结果显示，设定母线接地时刻为电弧熄灭期间的0.12s，接地后弧道电流为0，电弧熄灭。仿真结果显示，若将母线接地时刻设为燃烧期间的0.13s，接地后电弧弧道电流增加，电弧持续燃烧。

本发明提供了基于改进的快速转移故障点熄弧的方法和系统，包括分析对快速转移故障点熄弧有效性产生影响的因素；根据影响因素获取故障信息，并判断故障类型，其中，故障类型包括单相电弧接地故障；在故障类型为单相电弧接地故障的情况下，投入消弧柜，对故障线路首周波零序电流分量做数字滤波，提取工频零序电流，预测下一个周期工频电流过零点；根据下一个周期工频电流过零点的预测值，在下一个工频电流过零时将故障相母线进行金属性接地。本发明无需增加一次设备投资，利用现有的消弧柜及测量装置即可完成，需要装置较少，同时适用于稳定电弧接地和间歇性电弧接地，能够有效提高熄弧的成功率，降低电弧接地的危害，提高配电网的安全性和可靠性。

实施例二：

基于改进的快速转移故障点熄弧的系统，包括：

分析单元，用于分析对快速转移故障点熄弧有效性产生影响的影响因素；

判断单元，用于根据所述影响因素获取故障信息，并根据所述故障信息判断故障类型，其中，所述故障类型包括单相电弧接地故障；

预测单元，用于在所述故障类型为所述单相电弧接地故障的情况下，投入消弧柜，对故障线路首周波零序电流分量做数字滤波，提取工频零序电流，预测下一个周期工频电流过零点；

操作单元，用于根据所述下一个周期工频电流过零点的预测值，在下一个工频电流过零时将故障相母线进行金属性接地。

本发明实施例提供的快速转移故障点熄弧的系统，与上述实施例提供的快速转移故障点熄弧的方法具有相同的技术特征，所以也能解决相同的技术问题，达到相同的技术效果。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统和装置的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种基于改进的快速转移故障点熄弧的方法，其特征在于，包括：

分析对快速转移故障点熄弧有效性产生影响的影响因素；

根据所述影响因素获取故障信息，并根据所述故障信息判断故障类型，其中，所述故障类型包括单相电弧接地故障；

在所述故障类型为所述单相电弧接地故障的情况下，投入消弧柜，对故障线路首周波零序电流分量做数字滤波，提取工频零序电流，预测下一个周期工频电流过零点；

根据所述下一个周期工频电流过零点的预测值，在下一个工频电流过零时将故障相母线进行金属性接地。

2.根据权利要求1所述的基于改进的快速转移故障点熄弧的方法，其特征在于，所述影响因素包括电弧特性、母线接地时刻、线路长度和线路负荷。

3.根据权利要求1所述的基于改进的快速转移故障点熄弧的方法，其特征在于，所述单相电弧接地故障包括单相稳定电弧接地故障和单相间歇性电弧接地故障。

4.根据权利要求1所述的基于改进的快速转移故障点熄弧的方法，其特征在于，所述预测下一个周期工频电流过零点包括：

当所述故障类型判定为所述单相电弧接地时，启动零序电流检测装置；

记录故障线路首周波零序电流分量；

对故障线路首周波零序电流分量做数字滤波，提取工频零序电流；

根据提取的工频零序电流预测下一个工频电流过零点时间。

5.根据权利要求4所述的基于改进的快速转移故障点熄弧的方法，其特征在于，所述在下一个工频电流过零时将故障相母线金属性接地包括：

获取信号传输与分相电子开关的延迟时间；

将故障相母线金属性接地合闸命令发送时刻确定为所述下一个工频电流过零点时间减去所述延迟时间的时刻。

6.一种基于改进的快速转移故障点熄弧的系统，其特征在于，包括：

分析单元，用于分析对快速转移故障点熄弧有效性产生影响的影响因素；

判断单元，用于根据所述影响因素获取故障信息，并根据所述故障信息判断故障类型，其中，所述故障类型包括单相电弧接地故障；

预测单元，用于在所述故障类型为所述单相电弧接地故障的情况下，投入消弧柜，对故障线路首周波零序电流分量做数字滤波，提取工频零序电流，预测下一个周期工频电流过零点；

操作单元，用于根据所述下一个周期工频电流过零点的预测值，在下一个工频电流过零时将故障相母线进行金属性接地。